Introducción a varios tipos de grietas de soldadura

Las grietas de soldadura, según su naturaleza en puntos, se pueden dividir en grietas calientes, grietas de recalentamiento, grietas en frío, desgarros laminados, etc. Lo siguiente se refiere únicamente a las causas de diversas grietas, características y métodos de prevención para una elaboración específica.
1. Grietas térmicas
Se produce a altas temperaturas durante la soldadura, el llamado craqueo térmico, que se caracteriza por agrietarse a lo largo de los límites originales de los granos de austenita. Según el material del metal de soldadura (acero de baja aleación y alta resistencia, acero inoxidable, hierro fundido, aleaciones de aluminio y algunos metales especiales, etc.), la forma de craqueo térmico, el rango de temperatura y la razón principal también son diferentes. En la actualidad, las grietas térmicas se dividen en tres categorías principales, como grietas de cristalización, grietas de licuefacción y grietas multilaterales.
(1) Las grietas de cristalización se producen principalmente en acero al carbono que contiene más impurezas, soldaduras de acero de baja aleación (que contienen S, P, C, Si es alto) y acero austenítico monofásico, aleaciones a base de níquel y algunas soldaduras de aleaciones de aluminio. Esta grieta se encuentra en el proceso de soldadura de cristalización, cerca de la línea de fase sólida, debido a la solidificación de la contracción del metal, el metal líquido residual es insuficiente, no se puede agregar de manera oportuna, bajo la acción de la tensión. ocurre a lo largo del agrietamiento del cristal.
Las medidas preventivas son: en factores metalúrgicos, ajuste apropiado de la composición del metal de soldadura, acortar el rango de la zona de temperatura frágil para controlar la soldadura en azufre, fósforo, carbono y otras impurezas nocivas; refinar el grano del metal de soldadura, es decir, la adecuada adición de elementos como Mo, V, Ti, Nb, etc.; en términos de tecnología, se puede precalentar antes de soldar, controlar la línea de energía, reducir las limitaciones de las juntas y otros aspectos a prevenir y controlar.
(2) La grieta de licuefacción de la zona cercana a la costura es un tipo de microfisura que se agrieta a lo largo del límite del grano de austenita, que es de tamaño muy pequeño y ocurre en la zona cercana a la costura de la ZAC o la capa intermedia. Su causa generalmente se debe a la soldadura cerca del metal del área de la costura o del metal de la capa intermedia de soldadura, a altas temperaturas, de modo que estas regiones de los límites del grano de austenita en los constituyentes eutécticos de bajo punto de fusión se vuelven a fundir, bajo la acción de una tensión de tracción a lo largo del intergranular de austenita. agrietamiento y formación de grietas de licuefacción.
Este tipo de medidas de prevención y control de grietas y las grietas de cristalización son básicamente las mismas. Especialmente en metalurgia, es muy eficaz reducir en la medida de lo posible el azufre, fósforo, silicio, boro y otros elementos constituyentes eutécticos de bajo punto de fusión del contenido; en el proceso, se puede reducir la energía de la línea y reducir la concavidad de la línea de fusión del baño de fusión.
(3) Las grietas de poligonización son causadas por una plasticidad muy baja a altas temperaturas durante la formación de la poligonización. Esta fisura no es común, y sus medidas de prevención y control se pueden añadir a la soldadura para mejorar la energía de excitación de poligonización de elementos como Mo, W, Ti, etc.
2. Recalentar grietas
Por lo general, no se encontraron en algunos que contienen elementos de acero reforzados por precipitación y aleaciones de alta temperatura (incluidos aceros de baja aleación de alta resistencia, acero perlítico resistente al calor, aleaciones de alta temperatura reforzadas por precipitación, así como algunos aceros inoxidables austeníticos). Grietas después de la soldadura, pero en el proceso de tratamiento térmico. Las grietas de recalentamiento surgen en la zona afectada por el calor de la soldadura de las partes de cristal grueso sobrecalentadas, cuya dirección es a lo largo de la línea de fusión de la extensión del límite del grano de cristal grueso de austenita.
Prevención y control del agrietamiento por recalentamiento a partir de la selección de materiales, se puede elegir acero de grano fino. En términos de proceso, elija una energía de línea más pequeña, elija una temperatura de precalentamiento más alta y con las medidas de calor posteriores, elija un material de soldadura de baja coincidencia para evitar la concentración de tensiones.
3. Grieta en frío
Ocurre principalmente en la zona afectada por el calor de soldadura de acero con alto, medio carbono, acero de baja y media aleación, pero algunos metales, como algunos aceros de ultra alta resistencia, titanio y aleaciones de titanio, etc. A veces, el agrietamiento en frío también ocurre en la soldadura. En general, la tendencia al endurecimiento del grado de acero, el contenido de hidrógeno y la distribución de las uniones soldadas, así como el estado de tensión de confinamiento de las uniones, son los tres factores principales de la soldadura de acero de alta resistencia para producir grietas en frío. La organización martensítica formada después de la soldadura bajo la acción del hidrógeno elemental, junto con la tensión de tracción, se forman grietas en frío. Su formación es generalmente a través del cristal o a lo largo del cristal. Las grietas en frío generalmente se clasifican como grietas en la base, grietas debajo de la soldadura y grietas en la raíz.
La prevención y el control de las grietas por frío pueden deberse a la composición química de la pieza de trabajo, la elección de los materiales de soldadura y las medidas del proceso en tres aspectos. Debería intentar elegir materiales con menor equivalente de carbono; los consumibles de soldadura deben seleccionarse con electrodos con bajo contenido de hidrógeno, las soldaduras deben combinarse con baja resistencia, para una alta tendencia al agrietamiento en frío del material también se pueden seleccionar consumibles de soldadura austeníticos; El control razonable de la energía de la línea, el precalentamiento y el post-tratamiento es prevenir y controlar el agrietamiento en frío de las medidas del proceso.
En la producción de soldadura, debido al uso de acero, materiales de soldadura, diferentes tipos de estructuras, acero, así como a diferentes condiciones específicas de construcción, pueden surgir diversas formas de grietas en frío. Sin embargo, lo principal que se encuentra a menudo en la producción es el retraso en el agrietamiento.

Hay tres formas de craqueo retardado:
(1) Grietas en la base de la soldadura: este tipo de grieta se origina en la unión del metal base y la soldadura, y hay un área obvia de concentración de tensiones. La dirección de la grieta suele ser paralela al canal de soldadura, generalmente comenzando desde la superficie del borde de la soldadura hasta la profundidad del material base.
(2) Grietas debajo del canal de soldadura: esta grieta a menudo ocurre en la tendencia al endurecimiento, mayor contenido de hidrógeno en la zona afectada por el calor de la soldadura. Generalmente la dirección de la grieta es paralela a la línea de fusión.
(3) grieta de raíz: esta grieta es una forma más común de craqueo retardado y ocurre principalmente en el caso de un mayor contenido de hidrógeno y una temperatura de precalentamiento insuficiente. Este tipo de grieta es similar a las grietas en la base de la soldadura y se origina en la parte de la soldadura donde la concentración de tensión es mayor en la raíz de la soldadura. Pueden ocurrir grietas de raíz en la sección de grano grueso de la zona afectada por el calor o en el metal de soldadura.
La tendencia al endurecimiento del grado de acero, el contenido de hidrógeno de la unión soldada y su distribución, así como el estado de la unión sometida a la tensión de confinamiento son los tres factores principales que producen grietas en frío al soldar acero de alta resistencia. Estos tres factores están interrelacionados y se refuerzan mutuamente bajo ciertas condiciones.
La tendencia al endurecimiento del grado de acero está determinada principalmente por la composición química, el espesor de la placa, el proceso de soldadura y las condiciones de enfriamiento. Al soldar, cuanto mayor sea la tendencia al endurecimiento del grado de acero, más probabilidades habrá de que se produzcan grietas. ¿Por qué el endurecimiento del acero provoca grietas? Se puede resumir en los dos aspectos siguientes.
a: la formación de una organización de martensita dura y frágil: la martensita es carbono en una solución sólida sobresaturada de hierro, los átomos de carbono con átomos intersticiales existen en la red, por lo que los átomos de hierro se desvían de la posición de equilibrio, la red sufre una gran aberración, lo que resulta en la organización en un estado endurecido. Especialmente en condiciones de soldadura, cerca del área de la costura la temperatura de calentamiento es muy alta, por lo que el crecimiento del grano de austenita ocurre seriamente, cuando el enfriamiento rápido, la austenita gruesa se transformará en martensita gruesa. De la teoría de la resistencia de los metales se puede saber que la martensita es una organización frágil y dura, la aparición de fractura consumirá menos energía, por lo tanto, en las uniones soldadas con presencia de martensita, las grietas son fáciles de formar y expandir.
b: El endurecimiento formará más defectos de red: se forma una gran cantidad de defectos de red cuando el metal se somete a condiciones de desequilibrio térmico. Estos defectos de la red son principalmente vacantes y dislocaciones. Con el aumento de la tensión térmica en la zona soldada afectada por el calor, bajo condiciones de tensión y desequilibrio térmico, tanto las vacantes como las dislocaciones se moverán y acumularán, y cuando su concentración alcance un cierto valor crítico, se formará una fuente de grieta. Bajo la acción continua de la tensión, la expansión se producirá continuamente y formará grietas macroscópicas.
El hidrógeno es uno de los factores importantes que causan el agrietamiento en frío de la soldadura de acero de alta resistencia y tiene la característica de retraso, por lo que en muchas publicaciones el agrietamiento retardado causado por el hidrógeno se denomina "craqueo por hidrógeno". Los estudios experimentales han demostrado que cuanto mayor es el contenido de hidrógeno de las uniones soldadas de acero de alta resistencia, mayor es la susceptibilidad al agrietamiento; cuando el contenido de hidrógeno local alcanza un cierto valor crítico, las grietas comenzarán a aparecer, y este valor se llama hidrógeno crítico. contenido de grietas [H]cr.
Varios valores de craqueo en frío de acero [H]cr son diferentes, están relacionados con la composición química del acero, el acero, la temperatura de precalentamiento y las condiciones de enfriamiento.
1: Al soldar, la humedad en el material de soldadura, el óxido y el aceite en el bisel de la pieza soldada y la humedad ambiental son causas del enriquecimiento de hidrógeno en la soldadura. Generalmente, la cantidad de hidrógeno en el material base y el alambre es muy pequeña, mientras que la humedad en la capa fundente del electrodo y la humedad en el aire no pueden ignorarse y se convierten en la principal fuente de enriquecimiento de hidrógeno.
2: El hidrógeno en diferentes organizaciones metálicas tiene una solubilidad y una capacidad de difusión diferentes; el hidrógeno en la solubilidad de la austenita es mucho mayor que la solubilidad de la ferrita. Por lo tanto, al soldar de austenita a ferrita, la solubilidad del hidrógeno cae repentinamente. Al mismo tiempo, la velocidad de difusión del hidrógeno ocurre al revés: la transición de austenita a ferrita aumenta repentinamente.
Al soldar a altas temperaturas, habrá una gran cantidad de hidrógeno disuelto en el baño fundido, en el posterior proceso de enfriamiento y solidificación, debido a la fuerte disminución de la solubilidad, el hidrógeno intenta escapar, pero debido al enfriamiento es muy rápido. de modo que el hidrógeno llega demasiado tarde para escapar y ser retenido en el metal de soldadura en la formación de hidrógeno por difusión.

4. Desgarro laminar
Es un agrietamiento interno a baja temperatura. Limitado al metal base de la placa gruesa o zona afectada por el calor de la soldadura, ocurriendo mayormente en las uniones tipo "L", "T", "+". Definido como una placa de acero gruesa laminada a lo largo del espesor de la dirección de la plasticidad no es suficiente para resistir la dirección de la tensión de contracción de la soldadura y se produjo en el metal base de una grieta en frío escalonada. Generalmente, debido al espesor de la placa de acero en el proceso de laminación, algunas inclusiones no metálicas dentro del acero ruedan paralelas a la dirección de laminación de las inclusiones de la banda, estas inclusiones provocadas por la placa de acero en las propiedades mecánicas de la conductividad de cada una. La prevención y control del desgarro laminar en la selección de materiales se puede seleccionar desde acero refinado, es decir, la selección de z para el alto rendimiento de la placa de acero, también se puede mejorar la forma del diseño de la unión, para evitar soldaduras unilaterales, o para Lleve z al lado de la tensión fuera del bisel.
El desgarro laminar y el agrietamiento en frío son diferentes, producen y el nivel de resistencia del acero no tiene nada que ver, principalmente con la cantidad de inclusiones en el acero y la distribución de la morfología. Generalmente, la placa de acero gruesa laminada, como el acero con bajo contenido de carbono, el acero de baja aleación de alta resistencia e incluso la placa de aleación de aluminio, aparecerán en el desgarro laminar. Según la ubicación del desgarro laminar se puede dividir a grandes rasgos en tres categorías:
La primera categoría es la formación de desgarro laminar inducido por grietas frías en el pie o la raíz de la soldadura en la zona de soldadura afectada por el calor.
La segunda categoría es la zona afectada por el calor de la soldadura a lo largo de las inclusiones agrietadas, es el desgarro laminar de ingeniería más común.
La tercera categoría está alejada de la zona afectada por el calor en el material base a lo largo de las inclusiones que se agrietan, generalmente más en la estructura de placa gruesa con más inclusiones de escamas de MnS.
Morfología del desgarro laminar e inclusiones del tipo, forma, distribución, así como la ubicación de una relación cercana. Cuando la dirección de rodadura a lo largo de las inclusiones escamosas de MnS es dominante, el desgarro laminar tiene un paso claro, cuando las inclusiones de silicato son dominantes en línea recta, como las inclusiones de Al son dominantes en un paso irregular.

Soldadura de estructura de placa gruesa, especialmente juntas tipo T y en ángulo, en condiciones rígidas y restringidas, la contracción de la soldadura será en la dirección del espesor del material base para producir mucha tensión y tensión de tracción, cuando la tensión excede el plástico. La capacidad de deformación del metal base, las inclusiones y la matriz metálica se separarán de la matriz metálica y se producirá microfisura, en la tensión continúa desempeñando el papel de punta de grieta a lo largo del plano de expansión de las inclusiones, se ubica la formación de el llamado "plataforma".
Son muchos los factores que afectan al desgarro laminar, principalmente en los siguientes aspectos:
1: las inclusiones no metálicas del tipo, cantidad y distribución de la morfología son la causa esencial del desgarro laminar, es causada por la anisotropía del acero, las propiedades mecánicas de las diferencias fundamentales.
2: Estructuras soldadas de paredes gruesas con tensión de confinamiento en la dirección Z en el proceso de soldadura para resistir diferentes tensiones de confinamiento en la dirección Z, tensión residual posterior a la soldadura y carga, son causadas por las condiciones mecánicas de desgarro laminar.
3: Generalmente se cree que el efecto del hidrógeno se produce en las proximidades de la zona afectada por el calor, inducido por el craqueo en frío para convertirse en desgarro laminar; el hidrógeno es un factor de influencia importante.
Debido a que el impacto del desgarro laminar es muy grande, el daño también es muy grave, por lo que es necesario juzgar la susceptibilidad del acero al desgarro laminar antes de la construcción.
Los métodos de evaluación comúnmente utilizados son la contracción de la sección de tracción en la dirección Z y el método de tensión crítica del pasador en la dirección Z. Para evitar el desgarro laminar, la contracción de la sección no debe ser inferior al 15%; en general, se espera que=15 ~ 20% sea apropiado, cuando sea 25%, el desgarro antilaminar es excelente.
Para prevenir el desgarro laminar se deben tomar medidas principalmente desde los siguientes aspectos:
En primer lugar, los métodos de desulfuración de hierro ampliamente utilizados para la refinación de acero y la desgasificación al vacío se pueden fundir a partir del contenido de azufre de solo {{0}}.003 ~ 0,005% del acero con contenido ultra bajo de azufre, su contracción de sección ( Dirección Z) puede alcanzar el 23 ~ 25%.
En segundo lugar, controlar la forma de las inclusiones de sulfuro consiste en convertir el MnS en otros elementos de sulfuro, de modo que sea difícil alargarlo durante el laminado en caliente, reduciendo así la anisotropía. En la actualidad, los elementos añadidos más utilizados son el calcio y las tierras raras. Con el tratamiento anterior, el acero se puede fabricar con una contracción de la sección en la dirección Z del 50 al 70% para resistir el desgarro de la placa de acero laminada.
En tercer lugar, desde el punto de vista de prevenir el desgarro laminar, el proceso de diseño y construcción es principalmente para evitar la tensión en la dirección Z y la concentración de tensión, y las medidas específicas se mencionan en el siguiente ejemplo:
(1) debe tratar de evitar la soldadura unilateral, en lugar de la soldadura bilateral, puede aliviar el estado de tensión de la zona de la raíz de la soldadura, para evitar la concentración de tensión.
(2) El uso de soldaduras de filete simétricas con menos soldadura en lugar de soldar una gran cantidad de soldadura completa a través de la soldadura, para no producir una tensión excesiva.
(3) El bisel debe realizarse en el lado sometido a tensión en la dirección Z.
(4) Para juntas tipo T, se puede apilar previamente una capa de material de soldadura de baja resistencia sobre la placa transversal para evitar grietas en la raíz de la soldadura y también moderar la tensión de la soldadura.
(5) Para evitar el desgarro laminar causado por el craqueo en frío, se deben adoptar algunas medidas para prevenir el craqueo en frío tanto como sea posible, como reducir la cantidad de hidrógeno, aumentar el precalentamiento y controlar la temperatura entre capas.