Kaynak çatlakları, doğaları gereği sıcak çatlaklar, yeniden ısıtma çatlakları, soğuk çatlaklar, katmanlı yırtıklar vb. şeklinde sınıflandırılır. Aşağıda çeşitli çatlakların nedenleri, özellikleri ve önleme yöntemleri hakkında ayrıntılı bir açıklama bulunmaktadır.
01
sıcak çatlaklar
Kaynak sırasında yüksek sıcaklıklarda meydana gelir, dolayısıyla sıcak çatlak olarak adlandırılır. Orijinal östenit tane sınırı boyunca çatlama ile karakterize edilir. Kaynak yapılan metalin malzemesine bağlı olarak (düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çelik, paslanmaz çelik, dökme demir, alüminyum alaşımı ve bazı özel metaller vb.), sıcak çatlakların şekli, sıcaklık aralığı ve ana nedenleri de farklıdır. Günümüzde termal çatlaklar üç kategoriye ayrılmaktadır: kristal çatlaklar, sıvılaşma çatlakları ve çok taraflı çatlaklar.
resim
(1) Kristal çatlakları
Esas olarak karbon çeliği ve daha fazla safsızlık içeren (yüksek S, P, C, Si içeren) düşük alaşımlı çeliklerin ve tek fazlı östenitik çelik, nikel bazlı alaşımlar ve bazı alüminyum alaşımlı kaynaklarda meydana gelir. Bu tür bir çatlak, kaynak kristalizasyon işlemi sırasında, katılaşma çizgisinin yakınında meydana gelir. Katılaşan metalin büzülmesi nedeniyle kalan sıvı metal yetersiz kalır ve zamanla doldurulamaz. Stres etkisi altında taneler arası çatlama meydana gelir.
Önleyici ve kontrol tedbirleri şunlardır: metalurjik faktörler açısından, kaynak metalinin bileşimini uygun şekilde ayarlamak, kırılgan sıcaklık bölgesi aralığını kısaltmak, kaynaktaki kükürt, fosfor ve karbon gibi zararlı yabancı maddelerin içeriğini kontrol etmek; kaynak metalinin birincil tanelerini rafine edin, yani Mo, V, Ti, Nb ve diğer elementleri uygun şekilde ekleyin; teknoloji açısından kaynak öncesi ön ısıtma, hat enerjisinin kontrol edilmesi, birleşim yerlerindeki baskının azaltılması vb. yöntemlerle önlenebilir.
(2) Dikiş bölgesine yakın sıvılaşma çatlakları
Östenit tane sınırı boyunca çatlayan bir tür mikro çatlaktır. Boyutu çok küçüktür ve HAZ'ın dikişe yakın bölgesinde veya katmanlar arasında meydana gelir. Oluşumu genel olarak kaynak sırasında dikişe yakın bölgedeki metalin veya kaynak dikişleri arasındaki metalin bu bölgelerdeki ostenit tanecik sınırlarındaki düşük erime noktalı ötektik bileşimin yüksek sıcaklıklarda yeniden erimesine neden olmasından kaynaklanmaktadır. Çekme geriliminin etkisi altında, düşük erime noktalı ötektik bileşim Östenit taneler arası çatlaklar sıvılaşma çatlaklarını oluşturur.
Bu tür çatlaklara yönelik önleme ve kontrol önlemleri temel olarak kristal çatlaklarıyla aynıdır. Özellikle metalurjide kükürt, fosfor, silikon ve bor gibi düşük erime noktalı ötektik elementlerin içeriğini mümkün olduğu kadar azaltmak çok etkilidir; teknoloji açısından hat enerjisini azaltabilir ve eriyik havuzundaki füzyon hattının içbükeyliğini azaltabilir.
(3) Çokgen çatlaklar
Çokgenlerin oluşumu sırasında yüksek sıcaklıklarda düşük plastisiteden kaynaklanır. Bu tür bir çatlak yaygın değildir ve önleme ve kontrol önlemleri, çok taraflı uyarma enerjisini arttırmak için kaynağa Mo, W, Ti vb. elementlerin eklenmesini içerebilir.
02
yeniden ısıtma çatlağı
Genellikle belirli çelik türlerinde ve çökelmeyi güçlendiren elementler içeren yüksek sıcaklık alaşımlarında (düşük alaşımlı yüksek dayanımlı çelikler, perlitik ısıya dayanıklı çelikler, çökeltiyle güçlendirilmiş yüksek sıcaklık alaşımları ve bazı östenitik paslanmaz çelikler dahil) oluşur. Kaynak sonrası herhangi bir çatlak bulunamadı. Bunun yerine ısıl işlem sürecinde çatlaklar oluştu. Yeniden ısıtma çatlakları, kaynak ısısından etkilenen bölgenin aşırı ısınan iri taneli kısımlarında meydana gelir ve bunların yönü, füzyon hattının ostenit iri taneli tane sınırları boyunca genişlemektedir.
Tekrar ısıtma çatlaklarını önlemek için malzeme seçimi açısından ince taneli çelik kullanılabilir. Teknoloji açısından, daha küçük doğrusal enerji kullanın, daha yüksek ön ısıtma sıcaklığı kullanın ve ardından ısıtma önlemleri kullanın ve gerilim yoğunlaşmasını önlemek için düşük uyumlu kaynak malzemeleri kullanın.
03
soğuk çatlak
Çoğunlukla yüksek ve orta karbonlu çeliklerin, düşük ve orta alaşımlı çeliklerin kaynak ısısından etkilenen bölgesinde meydana gelir, ancak bazen bazı ultra yüksek mukavemetli çelikler, titanyum ve titanyum alaşımları gibi bazı metallerdeki kaynaklarda da soğuk çatlaklar meydana gelir. Genel olarak çelik tipinin sertleşme eğilimi, kaynaklı bağlantının hidrojen içeriği ve dağılımı ve bağlantının baskılanma durumu, yüksek mukavemetli çeliğin kaynağı sırasında soğuk çatlaklara neden olan üç ana faktördür. Hidrojen elementinin ve çekme gerilmesinin etkisi altında kaynak sonrası oluşan martensit yapısı soğuk çatlaklar oluşturur. Oluşumu genellikle taneler arası veya taneler arasıdır. Soğuk çatlaklar genellikle kaynak ucu çatlakları, kaynak dikişi çatlakları ve kök çatlakları olarak ikiye ayrılır.
Soğuk çatlakların önlenmesi ve kontrol edilmesi üç açıdan başlayabilir: iş parçasının kimyasal bileşimi, kaynak malzemelerinin seçimi ve proses önlemleri. Mümkün olduğunca karbon eşdeğeri düşük malzemeler kullanılmalı; Kaynak malzemesi olarak düşük hidrojenli elektrotlar kullanılmalı ve kaynaklar için düşük mukavemetli eşleştirme kullanılmalıdır. Östenitik kaynak malzemeleri soğukta çatlama eğilimi yüksek olan malzemeler için de kullanılabilir; doğrusal enerji, ön ısıtma ve ısıtma sonrası makul şekilde kontrol edilmelidir. Isıl işlem soğuk çatlamayı önlemek için uygulanan bir proses önlemidir.
Kaynaklı imalatta, kullanılan farklı çelik türleri ve kaynak malzemeleri, yapının türü ve sertliği, özel yapım koşulları nedeniyle çeşitli şekillerde soğuk çatlaklar meydana gelebilir. Ancak gecikmiş çatlamaya esas olarak üretimde rastlanır.
Gecikmeli çatlama üç şekilde ortaya çıkar:
(1) Kaynak ucu çatlağı - Bu tür çatlak, ana metal ile kaynak arasındaki arayüzden kaynaklanır ve belirgin gerilim yoğunlaşma konumlarına sahiptir. Çatlağın yönü genellikle kaynak dikişine paraleldir ve genellikle kaynak ucunun yüzeyinden başlar ve ana metalin derinliğine kadar uzanır.
(2) Kaynak dikişi altındaki çatlaklar - Bu tür çatlaklar genellikle kaynak ısısından etkilenen bölgede büyük sertleşme eğilimi ve yüksek hidrojen içeriğiyle meydana gelir. Genellikle çatlak yönü füzyon çizgisine paraleldir.
(3) Kök çatlağı - bu tür çatlak, çoğunlukla hidrojen içeriği yüksek olduğunda ve ön ısıtma sıcaklığı yetersiz olduğunda ortaya çıkan, yaygın bir gecikmeli çatlak şeklidir. Bu tür çatlak, kaynak ucu çatlağına benzer ve gerilim konsantrasyonunun en yüksek olduğu kaynak kökünden kaynaklanır. Isıdan etkilenen bölgenin iri taneli kısmında veya kaynak metalinde kök çatlakları oluşabilir.
Çelik tipinin sertleşme eğilimi, kaynaklı bağlantının hidrojen içeriği ve dağılımı ve bağlantının sınırlama gerilme durumu, yüksek mukavemetli çeliğin kaynağı sırasında soğuk çatlaklara neden olan üç ana faktördür. Bu üç faktör birbiriyle ilişkilidir ve belirli koşullar altında birbirini güçlendirir.
Çelik türlerinin sertleşme eğilimi temel olarak kimyasal bileşim, levha kalınlığı, kaynak işlemi ve soğutma koşulları tarafından belirlenir. Kaynak yaparken çeliğin sertleşme eğilimi ne kadar fazla olursa çatlak oluşumu da o kadar kolay olur. Çelik sertleştikten sonra neden çatlar? Aşağıdaki iki açıdan özetlenebilir:
(1) Kırılgan ve sert bir martensit yapısının oluşumu - martensit, demirdeki aşırı doymuş katı karbon çözeltisidir. Karbon atomları, kristal kafes içinde ara atomlar olarak mevcut olup, demir atomlarının denge konumundan sapmasına ve kristal kafesin değişmesine neden olur. Büyük bozulma, dokunun sertleşmiş bir durumda olmasına neden olur. Özellikle kaynak koşullarında dikişe yakın bölgedeki ısıtma sıcaklığı çok yüksek olup ostenit tanelerinin ciddi şekilde büyümesine neden olur. Hızlı bir şekilde soğutulduğunda kaba ostenit kaba martenzite dönüşecektir. Metallerin mukavemet teorisinden martensitin kırılgan ve sert bir yapı olduğu, kırılma anında daha az enerji harcadığı bilinebilir. Bu nedenle kaynaklı bağlantıda martenzit mevcut olduğunda çatlakların oluşması ve genişlemesi kolaydır.
(2) Sertleşme daha fazla kafes kusuru oluşturacaktır - metal, termal dengesizlik koşulları altında çok sayıda kafes kusuru oluşturacaktır. Bu kafes kusurları çoğunlukla boşluklar ve çıkıklardır. Kaynak ısısından etkilenen bölgedeki termal gerilim arttıkça, boşluklar ve dislokasyonlar stres ve termal dengesizlik koşulları altında hareket edecek ve toplanacaktır. Konsantrasyonları belirli bir kritik değere ulaştığında çatlak kaynakları oluşacaktır. Devam eden stres etkisi altında makroskobik çatlaklar genişlemeye ve oluşmaya devam edecektir.
Hidrojen, yüksek mukavemetli çeliklerin kaynağında soğuk çatlaklara neden olan önemli faktörlerden biridir ve geciktirici özelliğe sahiptir. Bu nedenle hidrojenin neden olduğu gecikmeli çatlaklara birçok belgede "hidrojenin neden olduğu çatlama" adı verilmektedir. Deneysel çalışmalar, yüksek mukavemetli çelik kaynaklı bağlantıların hidrojen içeriği ne kadar yüksek olursa, çatlaklara karşı duyarlılığın da o kadar yüksek olduğunu kanıtlamıştır. Yerel bir bölgedeki hidrojen içeriği belirli bir kritik değere ulaştığında çatlaklar oluşmaya başlayacaktır. Bu değere çatlak oluşumu için kritik değer denir. Hidrojen içeriği [H]cr.
Çeşitli çeliklerde soğuk çatlamanın [H]cr değeri farklıdır ve çeliğin kimyasal bileşimi, çeliğin mukavemeti, ön ısıtma sıcaklığı ve soğuma koşullarıyla ilgilidir.
(1) Kaynak sırasında kaynak malzemesindeki nem, pas, kaynak oluğundaki yağ lekeleri ve ortamdaki nem, hidrojen açısından zengin kaynakların nedenleridir. Normal şartlarda, ana metal ve kaynak telindeki hidrojen miktarı çok azdır, ancak elektrot kaplamasındaki nem ve havadaki nem göz ardı edilemez ve hidrojenasyonun ana kaynağı haline gelir.
(2) Hidrojenin farklı metal yapılarda çözünme ve difüzyon yetenekleri farklıdır. Hidrojenin ostenitteki çözünürlüğü ferrittekinden çok daha fazladır. Bu nedenle kaynak sırasında ostenitten ferrite geçiş sırasında hidrojenin çözünürlüğü aniden azalır. Aynı zamanda hidrojenin difüzyon hızı da bunun tam tersidir; östenitten ferrite dönüşürken aniden artar.
Kaynak sırasında yüksek sıcaklığın etkisi altında erimiş havuzda büyük miktarda hidrojen çözülecektir. Bunu takip eden soğutma ve katılaşma işlemi sırasında çözünürlükteki keskin düşüş nedeniyle hidrojen mümkün olduğu kadar kaçacaktır, ancak hızlı soğuma nedeniyle hidrojenin kaçmaya zamanı olmayacaktır. Yaygın hidrojen oluşturmak üzere kaynak metalinde kalır.
04
Lamel yırtılması
Bu bir iç düşük sıcaklık çatlamasıdır. Kalın levhaların ana metal veya kaynak ısısından etkilenen bölgesi ile sınırlıdır ve çoğunlukla "L", "T" ve "+" tipi bağlantılarda meydana gelir. Kalınlık yönünde haddelenmiş kalın çelik levhanın plastisitesinin bu yöndeki kaynak büzülme deformasyonuna dayanacak kadar yeterli olmaması nedeniyle ana malzemede oluşan basamak benzeri soğuk çatlak olarak tanımlanmaktadır. Genel olarak bunun nedeni, kalın çelik levhaların haddeleme işlemi sırasında, çelikteki bazı metalik olmayan kalıntıların, haddeleme yönüne paralel şerit şekilli kalıntılar halinde haddelenmesidir. Bu kalıntılar çelik levhanın mekanik özelliklerinde anizotropik iletkenliğe neden olur. Lamel yırtılmasını önlemek için malzeme seçiminde rafine çelik yani z yönü performansı yüksek çelik levhalar kullanabilirsiniz. Ayrıca tek taraflı kaynakları önlemek veya z yönü gerilimi taşıyan tarafta oluklar açmak için bağlantı tasarımını iyileştirebilirsiniz.
Lamel yırtılması soğuk çatlamadan farklıdır. Oluşmasının çelik tipinin mukavemet düzeyi ile hiçbir ilgisi yoktur, esas olarak çeliğin içerdiği miktar ve dağılım şekli ile ilgilidir. Genel olarak, düşük karbonlu çelik, düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çelik ve hatta alüminyum alaşımlı plakalar gibi haddelenmiş kalın çelik plakalarda katmanlı yırtılmalar meydana gelebilir. Lamel yırtıkları konumlarına göre kabaca üç kategoriye ayrılabilir:
Birinci tip, kaynak ısısından etkilenen bölgede kaynak ucundaki veya kaynak kökündeki soğuk çatlakların neden olduğu katmanlı yırtılmadır.
İkinci tip ise mühendislikte en yaygın lamel yırtılması olan, kaynak ısısından etkilenen bölge boyunca oluşan inklüzyon çatlamasıdır.
Isıdan etkilenen bölgeden uzakta ana metalde meydana gelen üçüncü tip inklüzyon çatlaması genellikle daha fazla MnS pul kalıntıları içeren kalın plaka yapılarında meydana gelir.
resim
Lamel yırtılmasının şekli, kapanımların türü, şekli, dağılımı ve konumu ile yakından ilişkilidir. Yassı MnS kapanımları yuvarlanma yönü boyunca baskın olduğunda, katmanlı yırtılma net bir adım şekline sahiptir, silikat kapanımları hakim olduğunda doğrusaldır ve Al kapanımları hakim olduğunda düzensizdir. Kademeli.
Kalın levha yapılarda, özellikle de T-şekilli ve köşe bağlantılarında sert kısıtlamalar altında kaynak yapılırken, kaynağın büzülmesi, ana metalin kalınlık yönünde büyük çekme gerilimi ve gerinim üretecektir. Gerinim ana metalin plastisitesini aştığında, deformasyon yeteneği oluştuğunda kalıntılar ve metal matris ayrılacak ve mikro çatlaklar oluşacaktır. Devam eden stres etkisi altında çatlak uçları, kalıntıların bulunduğu düzlem boyunca genişleyerek "platform" adı verilen bir yapı oluşturacaktır.
Lamel yırtıklarını etkileyen, esas olarak aşağıdaki hususları içeren birçok faktör vardır:
(1) Metalik olmayan kalıntıların türü, miktarı ve dağılım şekli, katmanlı yırtılmanın temel nedenidir. Çeliğin anizotropi ve mekanik özelliklerinin temel nedeni budur.
(2) Z yönünde sınırlama gerilimi
Kalın duvarlı kaynaklı yapılar, katmanlı yırtılmaya neden olan mekanik koşullar olan farklı Z yönündeki sınırlama gerilimlerine, kaynak sonrası artık gerilimlere ve kaynak işlemi sırasındaki yüklere dayanır.
(3) Hidrojenin etkisi
Genel olarak hidrojenin, ısıdan etkilenen bölgenin yakınında soğuk çatlamanın neden olduğu katmanlı yırtılmada önemli bir etkileyici faktör olduğuna inanılmaktadır.
Katmanlı yırtılmanın etkisi büyük olduğundan ve tehlikeler çok ciddi olduğundan, inşaat öncesinde çeliğin katmanlı yırtılmaya karşı duyarlılığının değerlendirilmesi gerekir.
Yaygın olarak kullanılan değerlendirme yöntemleri arasında Z yönünde çekme alanı büzülmesi ve pim Z yönünde kritik gerilim yöntemi bulunur. Lamel yırtılmasını önlemek için alan daralması %15'ten az olmamalıdır. Genellikle %15~20 olması beklenir. %25 olduğunda katmanlı yırtılma direncinin mükemmel olduğu kabul edilir.
Lamel yırtılmasını önlemek için temel olarak aşağıdaki hususlarda önlem alınmalıdır:
(1) Rafine çelik
Erimiş demirin erken kükürtten arındırılması ve vakumla gazdan arındırma yöntemi, yalnızca 0.0%03~0,005 kükürt içeriğine ve kesit daralmasına (Z) sahip ultra düşük kükürtlü çeliğin eritilmesi için yaygın olarak kullanılabilir. yönünde) %23~25'e ulaşabilir.
(2) Sülfür kalıntılarının formunu kontrol edin
MnS'yi diğer elementlerin sülfitlerine dönüştürür, sıcak haddeleme sırasında uzamasını zorlaştırır, böylece anizotropiyi azaltır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan katkı elementleri kalsiyum ve nadir toprak elementleridir. Yukarıdaki gibi işlem gören çelik, %50 ila %70 Z yönünde alan büzülmesine sahip katmanlı yırtılmaya dayanıklı çelik levhalar üretebilir.
(3) Katmanlı yırtılmayı önleme perspektifinden bakıldığında, tasarım ve yapım süreci esas olarak Z yönündeki stresi ve stres yoğunlaşmasını önlemeye yöneliktir. Spesifik önlemler aşağıdaki gibidir:
1) Mümkün olduğunca tek taraflı kaynaklardan kaçınılmalıdır. Bunun yerine çift taraflı kaynakların kullanılması, kaynağın kök bölgesindeki gerilim durumunu hafifletebilir ve gerilim yoğunlaşmasını önleyebilir.
2) Aşırı gerilimi önlemek için, çok miktarda kaynak içeren tam nüfuziyetli kaynaklar yerine, az miktarda kaynak içeren simetrik iç köşe kaynakları kullanın.
3) Z yönündeki gerilimi taşıyan tarafa eğim verilmelidir.
4) T şeklindeki bağlantılarda, kaynak kökü çatlaklarını önlemek ve aynı zamanda kaynak gerilimini azaltmak için yatay plaka üzerine düşük mukavemetli bir kaynak malzemesi tabakası önceden kaynak yapılabilir.
5) Soğuk çatlamanın neden olduğu katmanlı yırtılmayı önlemek için, hidrojen miktarının azaltılması, ön ısıtmanın uygun şekilde arttırılması, katmanlar arası sıcaklığın kontrol edilmesi vb. gibi soğuk çatlamayı önleyici bazı önlemler mümkün olduğunca alınmalıdır.
