Các vết nứt hàn được phân loại theo tính chất của chúng thành vết nứt nóng, vết nứt nóng lại, vết nứt lạnh, vết rách dạng tấm, v.v. Sau đây là giải thích chi tiết về nguyên nhân, đặc điểm và phương pháp phòng ngừa của các vết nứt khác nhau.
01
vết nứt nóng
Nó xảy ra ở nhiệt độ cao trong quá trình hàn nên được gọi là vết nứt nóng. Nó được đặc trưng bởi vết nứt dọc theo ranh giới hạt austenite ban đầu. Tùy thuộc vào vật liệu của kim loại được hàn (thép cường độ cao hợp kim thấp, thép không gỉ, gang, hợp kim nhôm và một số kim loại đặc biệt, v.v.), hình dạng, phạm vi nhiệt độ và nguyên nhân chính gây ra vết nứt nóng cũng khác nhau. Hiện nay, vết nứt nhiệt được chia thành ba loại: vết nứt tinh thể, vết nứt hóa lỏng và vết nứt đa phương.
hình ảnh
(1) Vết nứt tinh thể
Nó chủ yếu xảy ra trong các mối hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp chứa nhiều tạp chất (chứa S, P, C, Si cao) và thép austenit một pha, hợp kim gốc niken và một số mối hàn hợp kim nhôm. Loại vết nứt này xảy ra trong quá trình kết tinh hàn, gần đường dây rắn. Do kim loại đông đặc bị co lại, kim loại lỏng còn sót lại không đủ và không thể lấp đầy kịp thời. Vết nứt giữa các hạt xảy ra dưới tác dụng của ứng suất.
Các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát là: về mặt yếu tố luyện kim, điều chỉnh hợp lý thành phần kim loại mối hàn, rút ngắn phạm vi vùng nhiệt độ giòn, kiểm soát hàm lượng tạp chất có hại như lưu huỳnh, phốt pho, cacbon trong mối hàn; tinh chế các hạt cơ bản của kim loại hàn, nghĩa là thêm Mo, V, Ti, Nb và các nguyên tố khác một cách thích hợp; Về mặt công nghệ, có thể phòng ngừa bằng cách gia nhiệt trước khi hàn, kiểm soát năng lượng đường dây, giảm hiện tượng bó mối nối, v.v.
(2) Các vết nứt hóa lỏng gần khu vực đường may
Nó là một loại vết nứt vi mô nứt dọc theo ranh giới hạt austenite. Kích thước của nó rất nhỏ và xuất hiện ở vùng HAZ gần đường nối hoặc giữa các lớp. Sự hình thành của nó nói chung là do kim loại ở khu vực gần đường nối hoặc kim loại giữa các đường hàn trong quá trình hàn làm cho thành phần eutectic có độ nóng chảy thấp trên ranh giới hạt austenite ở những khu vực này bị nấu chảy lại ở nhiệt độ cao. Dưới tác dụng của ứng suất kéo, thành phần eutectic nóng chảy thấp các vết nứt giữa các hạt Austenite tạo thành các vết nứt hóa lỏng.
Các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát loại vết nứt này về cơ bản giống như các biện pháp đối với vết nứt tinh thể. Đặc biệt trong luyện kim, việc giảm hàm lượng các nguyên tố eutectic nóng chảy thấp như lưu huỳnh, phốt pho, silicon và boron càng nhiều càng tốt; về mặt công nghệ, nó có thể làm giảm năng lượng dòng và giảm độ lõm của dòng nhiệt hạch trong bể nóng chảy.
(3) Vết nứt đa giác
Nó được gây ra bởi độ dẻo thấp ở nhiệt độ cao trong quá trình hình thành đa giác. Loại vết nứt này không phổ biến và các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát nó có thể bao gồm việc thêm các nguyên tố như Mo, W, Ti, v.v. vào mối hàn để tăng năng lượng kích thích đa phương.
02
hâm nóng lại vết nứt
Nó thường xảy ra ở một số loại thép và hợp kim nhiệt độ cao có chứa các nguyên tố tăng cường kết tủa (bao gồm thép cường độ cao hợp kim thấp, thép chịu nhiệt peclit, hợp kim nhiệt độ cao được tăng cường kết tủa và một số thép không gỉ austenit). Không có vết nứt nào được tìm thấy sau khi hàn. Thay vào đó, các vết nứt xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt. Các vết nứt do nung lại xảy ra ở các phần hạt thô quá nóng của vùng chịu nhiệt hàn và hướng của chúng là mở rộng dọc theo ranh giới hạt thô austenite của dây chuyền nhiệt hạch.
Về việc lựa chọn vật liệu để ngăn ngừa các vết nứt do nung lại, có thể sử dụng thép hạt mịn. Về mặt công nghệ, sử dụng năng lượng tuyến tính nhỏ hơn, sử dụng nhiệt độ gia nhiệt trước cao hơn và các biện pháp gia nhiệt tiếp theo, đồng thời sử dụng vật liệu hàn có độ tương ứng thấp để tránh tập trung ứng suất.
03
vết nứt lạnh
Nó chủ yếu xảy ra ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt hàn của thép cacbon cao và trung bình, thép hợp kim thấp và trung bình, nhưng đôi khi vết nứt nguội cũng xảy ra trong các mối hàn ở một số kim loại, chẳng hạn như một số thép cường độ siêu cao, titan và hợp kim titan. Nhìn chung, xu hướng đông cứng của loại thép, hàm lượng hydro và sự phân bố của mối hàn và trạng thái ứng suất hạn chế của mối nối là ba yếu tố chính gây ra vết nứt nguội trong quá trình hàn thép cường độ cao. Dưới tác dụng của nguyên tố hydro và ứng suất kéo, cấu trúc martensite hình thành sau khi hàn tạo thành các vết nứt nguội. Sự hình thành của nó thường là xuyên hạt hoặc giữa các hạt. Các vết nứt nguội thường được chia thành các vết nứt chân mối hàn, vết nứt hạt hàn và vết nứt gốc.
Việc ngăn ngừa và kiểm soát vết nứt nguội có thể bắt đầu từ ba khía cạnh: thành phần hóa học của phôi, lựa chọn vật liệu hàn và các biện pháp xử lý. Vật liệu có lượng carbon tương đương thấp hơn nên được sử dụng càng nhiều càng tốt; Nên sử dụng các điện cực có hàm lượng hydro thấp làm vật liệu hàn và nên sử dụng kết hợp cường độ thấp cho các mối hàn. Vật liệu hàn Austenitic cũng có thể được sử dụng cho các vật liệu có xu hướng nứt nguội cao; năng lượng tuyến tính, làm nóng trước và làm nóng sau phải được kiểm soát hợp lý. Xử lý nhiệt là một biện pháp quá trình để ngăn ngừa nứt lạnh.
Trong sản xuất hàn, do các loại thép và vật liệu hàn khác nhau được sử dụng, loại và độ cứng của kết cấu cũng như các điều kiện thi công cụ thể nên có thể xảy ra nhiều dạng nứt nguội khác nhau. Tuy nhiên, hiện tượng nứt chậm chủ yếu gặp phải trong quá trình sản xuất.
Vết nứt bị trì hoãn có ba dạng:
(1) Vết nứt chân mối hàn - Loại vết nứt này bắt nguồn từ bề mặt tiếp xúc giữa kim loại nền và mối hàn, có vị trí tập trung ứng suất rõ ràng. Hướng của vết nứt thường song song với đường hàn và thường bắt đầu từ bề mặt của chân mối hàn và kéo dài đến độ sâu của kim loại cơ bản.
(2) Vết nứt dưới mép mối hàn - Loại vết nứt này thường xuất hiện ở vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn có xu hướng đông cứng lớn và hàm lượng hydro cao. Nói chung, hướng vết nứt song song với đường nóng chảy.
(3) Vết nứt gốc - loại vết nứt này là một dạng vết nứt chậm phổ biến, chủ yếu xảy ra khi hàm lượng hydro cao và nhiệt độ gia nhiệt trước không đủ. Loại vết nứt này tương tự như vết nứt chân mối hàn và bắt nguồn từ chân mối hàn, nơi tập trung ứng suất lớn nhất. Các vết nứt gốc có thể xảy ra ở phần hạt thô của vùng chịu ảnh hưởng nhiệt hoặc ở kim loại mối hàn.
Xu hướng đông cứng của loại thép, hàm lượng hydro và sự phân bổ của mối hàn và trạng thái ứng suất hạn chế của mối nối là ba yếu tố chính gây ra vết nứt nguội trong quá trình hàn thép cường độ cao. Ba yếu tố này có mối liên hệ với nhau và củng cố lẫn nhau trong những điều kiện nhất định.
Xu hướng đông cứng của các loại thép chủ yếu được xác định bởi thành phần hóa học, độ dày tấm, quá trình hàn và điều kiện làm mát. Khi hàn, loại thép có xu hướng hóa cứng càng lớn thì càng dễ tạo ra các vết nứt. Tại sao thép bị nứt sau khi được làm cứng? Có thể tóm tắt thành hai khía cạnh sau:
(1) Sự hình thành cấu trúc martensite giòn và cứng - martensite là dung dịch rắn siêu bão hòa của cacbon trong sắt ɑ. Nguyên tử cacbon tồn tại dưới dạng nguyên tử xen kẽ trong mạng tinh thể, làm cho nguyên tử sắt lệch khỏi vị trí cân bằng và mạng tinh thể thay đổi. Sự biến dạng lớn khiến mô ở trạng thái cứng lại. Đặc biệt trong điều kiện hàn, nhiệt độ gia nhiệt ở khu vực gần đường hàn rất cao khiến các hạt austenite phát triển nghiêm trọng. Khi nguội nhanh, austenite thô sẽ chuyển thành martensite thô. Có thể biết từ lý thuyết độ bền của kim loại rằng martensite là một cấu trúc giòn và cứng, tiêu tốn ít năng lượng hơn khi xảy ra đứt gãy. Vì vậy, khi tồn tại martensite trong mối hàn, các vết nứt rất dễ hình thành và giãn nở.
(2) Quá trình đông cứng sẽ hình thành nhiều khuyết tật mạng hơn - kim loại sẽ hình thành một số lượng lớn các khuyết tật mạng trong điều kiện mất cân bằng nhiệt. Những khiếm khuyết mạng tinh thể này chủ yếu là chỗ trống và sai lệch. Khi biến dạng nhiệt trong vùng ảnh hưởng nhiệt hàn tăng lên, các chỗ trống và sai lệch sẽ di chuyển và tụ lại trong điều kiện ứng suất và mất cân bằng nhiệt. Khi nồng độ của chúng đạt đến một giá trị tới hạn nhất định thì nguồn vết nứt sẽ hình thành. Dưới tác động liên tục của ứng suất, các vết nứt vĩ mô sẽ tiếp tục mở rộng và hình thành.
Hydro là một trong những tác nhân quan trọng gây ra vết nứt nguội khi hàn thép cường độ cao và có đặc tính chậm. Vì vậy, các vết nứt muộn do hydro gây ra được gọi là “vết nứt do hydro gây ra” trong nhiều tài liệu. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng hàm lượng hydro trong mối hàn thép cường độ cao càng cao thì độ nhạy với vết nứt càng lớn. Khi hàm lượng hydro trong một khu vực cục bộ đạt đến một giá trị tới hạn nhất định, các vết nứt sẽ bắt đầu xuất hiện. Giá trị này được gọi là giá trị tới hạn để tạo ra vết nứt. Hàm lượng hydro [H]cr.
Giá trị [H]cr của vết nứt nguội ở các loại thép khác nhau là khác nhau và nó liên quan đến thành phần hóa học, độ bền của thép, nhiệt độ gia nhiệt trước và điều kiện làm mát của thép.
(1) Trong quá trình hàn, độ ẩm trong vật liệu hàn, rỉ sét, vết dầu ở rãnh mối hàn và độ ẩm môi trường đều là nguyên nhân khiến mối hàn giàu hydro. Trong trường hợp bình thường, lượng hydro trong kim loại cơ bản và dây hàn rất nhỏ, nhưng không thể bỏ qua độ ẩm trong lớp phủ điện cực và độ ẩm trong không khí, trở thành nguồn hydro hóa chính.
(2) Khả năng hòa tan và khuếch tán của hydro trong các cấu trúc kim loại khác nhau là khác nhau. Độ hòa tan của hydro trong austenite lớn hơn nhiều so với ferrite. Vì vậy, trong quá trình chuyển từ austenite sang ferit trong quá trình hàn, độ hòa tan của hydro giảm đột ngột. Đồng thời, tốc độ khuếch tán của hydro thì ngược lại, tăng đột ngột khi chuyển từ austenite sang ferit.
Dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong quá trình hàn, một lượng lớn hydro sẽ bị hòa tan trong vũng nóng chảy. Trong quá trình làm nguội và đông đặc tiếp theo, do độ hòa tan giảm mạnh nên hydro sẽ thoát ra ngoài càng nhiều càng tốt, nhưng do nguội nhanh nên hydro sẽ không có thời gian thoát ra ngoài. Tồn tại trong kim loại mối hàn tạo thành hydro khuếch tán.
04
Vết rách mỏng
Đó là một vết nứt ở nhiệt độ thấp bên trong. Nó được giới hạn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của kim loại cơ bản hoặc mối hàn của các tấm dày và chủ yếu xảy ra ở các mối nối loại "L", "T" và "+". Nó được định nghĩa là một vết nứt nguội dạng bậc xuất hiện trong vật liệu nền do độ dẻo của tấm thép dày cán theo chiều dày không đủ để chịu được biến dạng co ngót khi hàn theo hướng này. Nói chung, đó là do trong quá trình cán các tấm thép dày, một số tạp chất phi kim loại trong thép được cán thành các tạp chất dạng dải song song với hướng cán. Những tạp chất này gây ra tính dẫn điện dị hướng trong tính chất cơ học của tấm thép. Để ngăn ngừa hiện tượng rách lớp, bạn có thể sử dụng thép tinh luyện trong việc lựa chọn vật liệu, nghĩa là sử dụng các tấm thép có hiệu suất hướng z cao. Bạn cũng có thể cải tiến thiết kế mối nối để tránh các mối hàn một phía hoặc tạo các rãnh ở phía chịu ứng suất theo hướng z.
Vết rách dạng lamellar khác với vết nứt nguội. Sự xuất hiện của nó không liên quan gì đến cấp độ bền của loại thép mà chủ yếu liên quan đến lượng tạp chất và hình dạng phân bố trong thép. Nói chung, vết rách dạng tấm có thể xảy ra ở các tấm thép cán dày, chẳng hạn như thép cacbon thấp, thép cường độ cao hợp kim thấp và thậm chí cả các tấm hợp kim nhôm. Nước mắt lamellar có thể được chia thành ba loại theo vị trí của chúng:
Loại thứ nhất là vết rách dạng tấm gây ra bởi các vết nứt nguội ở chân mối hàn hoặc chân mối hàn trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt hàn.
Loại thứ hai là vết nứt bao gồm dọc theo vùng chịu ảnh hưởng nhiệt hàn, đây là vết rách dạng tấm phổ biến nhất trong kỹ thuật.
Loại vết nứt tạp chất thứ ba ở kim loại cơ bản cách xa vùng ảnh hưởng nhiệt thường xảy ra ở các cấu trúc tấm dày có nhiều tạp chất vảy MnS.
hình ảnh
Hình thức rách lớp có liên quan chặt chẽ đến loại, hình dạng, sự phân bố và vị trí của các tạp chất. Khi các thể vùi MnS dễ bong tróc chiếm ưu thế dọc theo hướng lăn, vết rách dạng phiến có hình dạng bậc rõ ràng, khi bị các thể vùi silicat chi phối thì nó là tuyến tính, và khi bị các thể vùi Al chi phối thì nó không đều. Đã bước.
Khi hàn các kết cấu tấm dày, đặc biệt là các mối nối hình chữ T và góc, dưới các ràng buộc cứng, độ co ngót của mối hàn sẽ sinh ra ứng suất kéo lớn và biến dạng theo phương chiều dày của kim loại nền. Khi biến dạng vượt quá độ dẻo của kim loại cơ bản, khi khả năng biến dạng xảy ra, các tạp chất và ma trận kim loại sẽ tách ra và sẽ xảy ra các vết nứt nhỏ. Dưới tác động liên tục của ứng suất, các đầu vết nứt sẽ mở rộng dọc theo mặt phẳng nơi chứa các vùi, tạo thành cái gọi là "nền".
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nước mắt dạng phiến, chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
(1) Loại, số lượng và hình thức phân bố của tạp chất phi kim loại là nguyên nhân cơ bản gây ra hiện tượng rách lớp. Đó là lý do cơ bản cho tính chất dị hướng và cơ học của thép.
(2) Ứng suất kiềm chế hướng Z
Các kết cấu hàn có thành dày chịu các ứng suất hạn chế hướng Z khác nhau, ứng suất dư sau hàn và tải trọng trong quá trình hàn, đây là các điều kiện cơ học gây ra hiện tượng rách lamellar.
(3) Ảnh hưởng của hydro
Người ta thường tin rằng hydro là yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến hiện tượng rách lớp do nứt lạnh gần vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.
Vì việc xé lớp có tác động lớn và nguy hiểm rất nghiêm trọng nên cần phải đánh giá độ nhạy của thép đối với việc xé lớp trước khi thi công.
Các phương pháp đánh giá thường được sử dụng bao gồm độ co rút của vùng kéo theo hướng Z và phương pháp ứng suất tới hạn theo hướng Z. Để ngăn ngừa hiện tượng rách lớp, độ co của diện tích không được nhỏ hơn 15%. Nói chung, nó được dự kiến là 15 ~ 20%. Khi ở mức 25%, khả năng chống rách của lớp mỏng được coi là tuyệt vời.
Để ngăn ngừa hiện tượng rách màng mỏng, các biện pháp chủ yếu cần được thực hiện từ các khía cạnh sau:
(1) Thép tinh luyện
Phương pháp khử lưu huỳnh sớm của sắt nóng chảy và khử khí chân không có thể được sử dụng rộng rãi để nấu chảy thép có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp với hàm lượng lưu huỳnh chỉ 0.003~0,005% và độ co tiết diện của nó (Z hướng) có thể đạt 23 ~ 25%.
(2) Kiểm soát dạng tạp chất sunfua
Nó biến MnS thành sunfua của các nguyên tố khác, gây khó khăn cho việc kéo dài trong quá trình cán nóng, do đó làm giảm tính dị hướng. Hiện nay các nguyên tố phụ gia được sử dụng rộng rãi là canxi và các nguyên tố đất hiếm. Thép được xử lý như trên có thể tạo ra các tấm thép chống rách dạng lớp với độ co diện tích theo phương Z từ 50 đến 70%.
(3) Từ góc độ ngăn ngừa hiện tượng rách lớp, quá trình thiết kế và xây dựng chủ yếu là để tránh ứng suất hướng Z và sự tập trung ứng suất. Các biện pháp cụ thể như sau:
1) Nên tránh các mối hàn một bên càng nhiều càng tốt. Thay vào đó, sử dụng các mối hàn song phương có thể làm giảm trạng thái ứng suất ở vùng gốc của mối hàn và ngăn ngừa sự tập trung ứng suất.
2) Sử dụng mối hàn góc đối xứng với lượng hàn nhỏ thay vì mối hàn xuyên hoàn toàn với lượng hàn lớn để tránh ứng suất quá mức.
3) Nên tạo một góc xiên ở phía chịu ứng suất theo phương Z.
4) Đối với các mối nối hình chữ T, có thể hàn trước một lớp vật liệu hàn cường độ thấp trên tấm ngang để tránh nứt chân hàn và cũng làm giảm biến dạng hàn.
5) Để ngăn ngừa hiện tượng rách lớp do nứt nguội, nên áp dụng một số biện pháp ngăn ngừa nứt nguội càng nhiều càng tốt, chẳng hạn như giảm lượng hydro, tăng quá trình gia nhiệt sơ bộ một cách thích hợp, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp, v.v.
