Каталог организаций

Ламелярные трещины

Ламелярные трещины - трещины в зоне термического влияния (ЗТВ), образующиеся параллельно поверхности свариваемых листов, имеющие ступенчатый (каскадный) характер. Они наблюдаются визуально после окончания сварки и завершения охлаждения. Излом трещин хрупкий, без следов окисления, большую часть которого составляют плоские древовидные участки (имеющие вид расщепленного дерева). Эти участки совпадают со слоистостью металла, образующейся в результате прокатки, и по этой причине трещины получили название ламелярных (слоистых трещин, или слоистого растрескивания). Такие трещины образуются, как правило, в угловых и тавровых соединениях низколегированных сталей мартеновской и конвертерной выплавки под действием сварочных напряжений, направленных по толщине свариваемых листов. По многим внешним признакам они напоминают холодные трещины (XT), поэтому часто рассматриваются как таковые. При этом по мере увеличения содержания углерода в стали становится возможным одновременное образование ламе­лярных и холодных трещин, а при содержании С > 0,30 % преимущественно образуются XT. В последнем случае сопротивляемость XT существенно ниже, чем ламелярным.

Исследованиями многих авторов установлено, что образование ламелярных трещин связано с наличием в металле вытянутых плоских неметаллических включений типа сульфидов и силикатов. Существует ряд предположений о механизме разрушения при возникновении ламелярных трещин: механическое отделение неметаллических включений от металлической матрицы вследствие слабого их сцепления, в результате различной величины термического расширения и сокращения металла и включений, из-за охрупчивающего действия водорода, концентрирующегося на межфазной поверхности, и др. При этом важную роль играют концентрация напряжений у заостренных концов включений, их длина в отношении к критической для дальнейшего распространения трещин, подкалка и охрупчивание водородом металлической матрицы в ЗТВ.

Поскольку отмечено сходство ламелярных и холодных трещин по ряду внешних признаков и зависимости от одних и тех же основных факторов (подкалка ЗТВ, водород, сварочные напряжения первого рода), то и многие способы оценки склонности к ламелярным трещинам подобны применяемым в отношении XT. При этом учитывается специфика их расположения параллельно поверхности свариваемых листов, а также то, что наибольшая плотность неметаллических включений имеет место в срединной части листов. Для оценки склонности к ламелярным трещинам применяют сварочные технологические пробы.

Проба «Крэнфилд»

 

Рис. 1. Проба «Крэнфилд».

На опытную пластину естественной толщины устанавливают наклонную пластину указанных на рисунке размеров. В корневой части с площадкой шириной 7 мм начинают наплавлять отдельные слои опытного шва. Обычно наплавляют 7 – 12 слоев, причем их количество должно соответствовать практически применяемому. Напряжение в корневой части вызывается усадкой каждого последующего слоя наплавленного металла и растет с увеличением количества слоев. Под влиянием этого напряжения возникает и угловая деформация наклонной пластины. При угловой деформации более 3º в опытной пластине резко возрастает размер трещины. Появление трещин контролируется металлографически.

Проба методом окна (рис. 2) Опытный лист толщиной 20 мм вставляют в окно и приваривают двумя анкерными швами 1 и 2. Затем выполняют опытные швы 3, 4 и металлографически контролируют появление ламелярных трещин.

 

Рис. 2. Проба методом окна.

Подобный, но конструктивно гораздо более жесткой является Н-образная проба, при которой опытную пластину вставляют в массивную конструкцию двутаврового профиля (рис. 3), при этом поясные листы со стойкой образуют жесткую раму для опытного листа толщиной 25 мм.

 

Рис. 3. Н-образная проба.

Проба «Вэритас». К опытному листу приваривают два вспомогательных листа (рис. 4). Можно применить различные способы сварки, например, сварку трением, контактную, стыковую сопротивлением или ручную дуговую сварку, дающую низкое содержание водорода. Технология сварки должна обеспечивать хорошее соединение с минимальным перемешиванием наплавленного металла с металлом опытной пластины. Затем из сварных соединений вырезают образцы для испытания и обрабатывают до диаметра 0,6 толщины листа. Из листьев толщиной более 60 мм опытные образцы изготавливают прямоугольного сечения (рис. 4).

 

Рис. 4. Проба «Вэритас»

Критерием оценки при этой пробе является величина поперечного сужения ψz. Этот критерий весьма жесткий, чтобы сталь была устойчивой против образования ламелярных трещин; шесть опытных образцов, вырезанных из одного участка пластины, должны иметь ψz ≥20%. Если 16%< ψz <|20%, то испытание необходимо повторить. Для листов, от которых требуется особая сопротивляемость образованию ламелярных трещин, среднее значение ψz должно быть не менее 30%.

Проба Лихайского университета. Принцип испытания по методу Лихайского университета состоит в выполнении многопроходного сварного шва на опытной пластине (рис. 5). Приспособление фиксирует опытную пластину в вертикальном положении. При испытании листов толщиной менее 38 мм опытную пластину усиливают, приваривая еще одну пластину толщиной 25 мм во избежания возможной деформации изгиба.

 

Рис. 5. Схема пробы Лихайского университета:
1 – нагружающее приспособление; 2 – испытуемая пластина (образец); 3 – опытный шов; 4 – узел жесткости.

Пробы LZ-LC. Посредством этой пробы можно оценить чувствительность стали к образованию ламелярных трещин, определяя ее свойства в направлении оси Z, является испытание образца с надрезом растяжением в направлении прокатки L. Из листов толщиной t вырезают плоские образцы, размеры которых показаны на рисунке 6.

Если толщина листа превышает 20 мм, изготавливают образцы сечением 20×20 мм (рис. 6). Образцы имеют концентраторы двух видов; цилиндрическое отверстие диаметром 0,5 t и два надреза U-образной формы шириной 2 мм и глубиной 0,25 t, которые могут быть ориентированы вдоль поверхности листа (пробы LZ) или перпендикулярно этой поверхности (пробы LC).

 

Рис. 6. Пробы LZ-LC.

Расстояние между надрезами S является переменным фактором. При больших значениях S образуется излом в самом слабом сечении образца, т.е. в месте цилиндрического надреза. При небольшой величине S разрушение распространяется ламелярно между цилиндрическим надрезом и надрезами U-образной формы. Зависимость разрушающей нагрузки от величины расстояния S для образцов обоих типов показана на рис. 7.

 

Рис. 7. Зависимость разрушающей нагрузки от S

Возрастающие участки кривых представляют область ламелярного разрушения, горизонтальные - область классического разрушения.

На основании результатов многочисленных испытаний японские исследователи предложили следующую классификацию сталей:

1. Класс А, высокоустойчивые
S≤ 0,007%; ψZ ≥ 25%.

2. Класс В, устойчивые
S≤ 0,010%; ψZ ≥ 15%.

3. Класс С, низкоустойчивые
S≤ 0,020%; ψZ ≤ 8%.

Хотя существует несколько технологических и конструктивных путей предупреждения образования дефектов такого типа, наиболее эффективным является выбор стали с хорошими пластическими свойствами в направлении оси Z.

Из технологических возможностей прежде всего следует назвать предварительную облицовку свариваемых кромок и предварительный подогрев.

Также по теме:

Трещины шва . Трещины повторного нагрева.

Применение пластмасс. Применение пластмасс и их сварка.