Análisis de cuatro grietas comunes de soldadura en el proceso de fabricación de tuberías de acero

Grietas de soldadura: el defecto grave más común en partes soldadas. Bajo el efecto combinado del estrés de soldadura y otros factores frágiles, la fuerza de unión de los átomos metálicos en las áreas locales de la articulación soldada se destruye, lo que resulta en una nueva brecha de interfaz. Tiene las características de muescas agudas y grandes relaciones de aspecto. Según las condiciones de formación, se puede dividir en cuatro categorías: grietas calientes, grietas frías, grietas de recalecimiento y lágrimas en capas.

Primero, grietas frías

Las grietas frías se generan durante o después de la soldadura a una temperatura más baja, aproximadamente cerca de la temperatura de transformación de martensita (es decir, MS Point) de acero, o por debajo de 300-200 ° C (o T <0.5tm, TM es la temperatura del punto de fusión expresada en temperatura absoluta), por lo que se llaman grietas en frío. Las grietas frías se pueden dividir en grietas retrasadas, grietas de enfriamiento y grietas frágiles de baja plasticidad.

(I) Condiciones de generación

La junta soldada forma una estructura endurecida. Debido a la gran tendencia de endurecimiento del acero, se genera una gran cantidad de martensita frágil, dura y grande durante el proceso de enfriamiento, formando un gran estrés interno. La tendencia de endurecimiento de las articulaciones: la influencia del carbono es la clave. Cuanto más contenido de carbono y cromo, más grueso es la placa, más grande es el área de la sección transversal y más pequeña es la entrada de calor, más severa es el endurecimiento.

El acero y las soldaduras contienen hidrógeno más difusible. Los átomos de hidrógeno se acumulan (concentrados) en defectos (agujeros, dislocaciones) para formar moléculas de hidrógeno. El volumen de moléculas de hidrógeno es mayor que el de los átomos de hidrógeno y no puede continuar difundiéndose. Continúan acumulándose, generando una enorme presión de la molécula de hidrógeno, incluso alcanzando decenas de miles de atmósferas, lo que hace que la articulación soldada se rompa. En muchos casos, el hidrógeno es el factor más activo para inducir grietas en frío.

Las grietas se producen cuando el estrés por tracción de soldadura y el estrés de restricción son grandes (o la concentración de tensión) y exceden el límite de resistencia de la articulación.

(Ii) Causas: se puede dividir en dos aspectos: selección de material y el proceso de soldadura.

1. Selección de material

(1) coincidencia inadecuada del material principal y el material de soldadura, lo que resulta en una gran diferencia de resistencia;

(2) El material contiene demasiados elementos como carbono, cromo, molibdeno, vanadio y boro, lo que aumenta la sensibilidad endurecible del acero.

2. Proceso de soldadura

(1) La varilla de soldadura no está completamente seca, y hay humedad (agua libre y agua de cristal) en el recubrimiento; Hay aceite, óxido, agua, pintura, etc. en el surco del material de soldadura y el material base; La humedad ambiental es demasiado alta (> 90%); El surco está contaminado por lluvia y nieve. La humedad anterior y la materia orgánica se descomponen bajo la acción del arco de soldadura para producir H, lo que hace que el hidrógeno sobresaturado se disuelva en la soldadura.

(2) la temperatura ambiente es demasiado baja; La velocidad de soldadura es demasiado rápida; La energía de la línea de soldadura es demasiado baja. Hará que el área de la articulación se enfríe demasiado rápido, causando un gran estrés interno.

(3) Estructura de soldadura inadecuada, lo que resulta en un gran estrés de restricción.

(4) ya se han producido grietas en el punto de soldadura en el punto, pero no se eliminaron durante la soldadura; Los puntos de concentración de estrés, como los socavados, causan grietas de los dedos de soldadura; Los puntos de concentración de estrés, como la penetración incompleta, causan grietas de la raíz de soldadura; Los puntos de concentración de tensión como las inclusiones de escoria causan grietas de soldadura.

(Iii) Métodos de prevención: puede comenzar desde dos aspectos: selección de material y el proceso de soldadura.

1. Selección correcta de material

Use varillas y flujos básicos de soldadura bajo en hidrógeno para reducir el contenido de hidrógeno difuso en el metal de soldadura; seleccione y coincida con el material principal y el material de soldadura; Si las condiciones técnicas lo permiten, elija materiales con buena resistencia (como materiales de soldadura con una calificación de menor resistencia) o implementa 'suave ' cubierta para reducir el estrés residual de la superficie; Si es necesario, realice un análisis químico, propiedades mecánicas, soldadura y pruebas de sensibilidad de grietas sobre el material principal y el material de soldadura antes de la fabricación.

2. Proceso de soldadura

(1) Realizar estrictamente las operaciones de soldadura de acuerdo con las especificaciones del proceso correctas obtenidas de la prueba. Incluir principalmente: secar estrictamente la varilla de soldadura de acuerdo con las especificaciones; seleccionar especificaciones de soldadura apropiadas y energía de línea, corriente razonable, voltaje, velocidad de soldadura, temperatura entre capas y secuencia de soldadura correcta; inspección y procesamiento de soldadura en puntos; Limpieza de soldadura de doble cara, etc.; Limpiar con cuidado el surco y el cable de soldadura para eliminar el aceite, el óxido y la humedad.

(3) Seleccione una estructura de soldadura razonable para evitar un estrés de restricción excesivo; forma correcta de ranura y secuencia de soldadura; y reducir el valor máximo del estrés residual de soldadura.

(4) El precalentamiento antes de la soldadura, el enfriamiento lento después de la soldadura, el control de la temperatura entre capas y el tratamiento térmico posterior a la vida son métodos efectivos para evitar grietas en frío en acero de alta resistencia con poca soldadura y estructuras inevitables de alta restricción. El precalentamiento y el enfriamiento lento pueden ralentizar la velocidad de enfriamiento (extienda el tiempo de permanencia de △ T 800-500 ℃), mejorar la microestructura de la articulación, reducir la tendencia de endurecimiento y reducir el estrés por microestructura; El tratamiento térmico posterior a la soldado puede eliminar el estrés residual de soldadura y reducir el contenido de hidrógeno difuso en la soldadura. En la mayoría de los casos, el tratamiento térmico de alivio del estrés debe realizarse inmediatamente después de la soldadura.

(5) El martilleo inmediatamente después de la soldadura para dispersar el estrés residual y evitar áreas de alto estrés es uno de los métodos efectivos para evitar grietas en frío durante la soldadura de reparación local.

(6) en la raíz de la soldadura y la superficie de la soldadura donde el estrés está relativamente concentrado (la zona afectada por el calor está sujeta a un estrés de restricción más bajo), el uso de electrodos con niveles de resistencia más bajos a menudo logra buenos resultados bajo una restricción alta.

(7) La soldadura inerte protegida con gas puede maximizar el control del contenido de hidrógeno de la soldadura y reducir la sensibilidad de las grietas frías, por lo que la soldadura TIG y MIG debe promover enérgicamente.

Segundo desgarro en capas

El desgarro en capas es una forma especial de grietas frías. Esto se debe principalmente a la presencia de inclusiones en capas (a lo largo de la dirección de rodadura) (especialmente sulfuros) en la placa de acero. Debajo de la tensión de tracción perpendicular a la dirección de rodadura (dirección de espesor de la placa) generada durante la soldadura, 'paso '-Las grietas en capas de tipo paralelas a la superficie rodada del material principal se generan en la zona afectada por el calor de la placa de acero o ligeramente más lejos. Ocurre en las soldaduras de la esquina de placas gruesas en forma de T y en forma de K. Mejorar la calidad de las placas de acero, reducir las inclusiones en capas en el acero y tomar medidas de los aspectos del diseño estructural y la tecnología de soldadura para reducir la tensión de tracción de soldadura en la dirección del espesor de la placa puede evitar el desgarro en capas. Antes de soldar placas gruesas, se realizan pruebas de penetración ultrasónica y de surco de las placas para verificar las inclusiones en capas. Si existen inclusiones en capas, intente evitarlas, repararlas o molerlas por adelantado.

Tercero, grietas térmicas

Las grietas térmicas se generan a altas temperaturas, desde el rango de temperatura de solidificación hasta las temperaturas superiores a A3, por lo que se denominan grietas térmicas, también conocidas como grietas de alta temperatura. Si hay más elementos de impurezas eutécticas de baja fusión (P, S, C, etc.) y más defectos de celosía en el material, es probable que ocurra la segregación límite de grano durante la cristalización de la piscina fundida de soldadura. Las sustancias segregadas son en su mayoría eutécticas de baja fusión (como FES-FE, FE3P-FE, NIS-NI, NI3P-NI) e impurezas. Existen en la capa intermedia líquida durante el proceso de cristalización, formando una película líquida con muy baja resistencia a la deformación. La fase líquida correspondiente existe durante más tiempo, y finalmente cristaliza y se solidifica. La fuerza después de la solidificación también es extremadamente baja. Cuando el estrés por tracción de soldadura es lo suficientemente grande, la capa intermedia líquida se separará, o se romperá poco después de la solidificación para formar grietas. Además, si hay eutécticas e impurezas de baja fusión en los límites de grano del material principal, estas eutécticas de baja fusión se derretirán en capas de los capas de líquido en la zona afectada por el calor cuando la temperatura de calentamiento excede su punto de fusión. Cuando el estrés por tracción de soldadura es lo suficientemente grande, también se separarán para formar grietas licuadas en la zona afectada por el calor. Las grietas térmicas se agrietan a lo largo de los límites de grano de austenita y se derminan, por lo que también se llaman grietas intergranulares. A menudo aparecen en el medio de la soldadura, especialmente en el pozo de arco. La mayoría de ellos están en la unión de los cristales columnares de la soldadura, es decir, la posición final de la solidificación de soldadura, que también es la posición con mayor probabilidad de causar una segregación eutéctica de baja fusión; Algunos aparecen en la zona afectada por el calor. Las grietas longitudinales en la soldadura generalmente ocurren en el centro de la soldadura, paralela a la longitud de la soldadura; Las grietas transversales generalmente ocurren a lo largo de los límites de grano columnar y están conectados a los límites de grano del material principal, perpendicular a la longitud de la soldadura. Cuando la grieta penetra en la superficie y se comunica con el aire, la superficie de la fractura se oxida (como el azul-gris, etc.), y algunas grietas macro en la superficie de la soldadura están llenas de escoria.

(I) causas de ocurrencia

1. Selección de material: el contenido excesivo de azufre en el material produce 'Hot Brittleness '; El contenido excesivo de cobre produce 'Gobre de cobre '; El contenido excesivo de fósforo produce 'Brittlinidad fría '.

2. Proceso de soldadura: para acero inoxidable a base de níquel, secuencia de soldadura inadecuada o temperatura excesiva entre capas, entrada de calor excesiva y velocidad de enfriamiento lenta; Forma de ranura incorrecta (soldadura estrecha y profunda con coeficiente de forma de soldadura ψ = b/h≤1), la soldadura de una sola capa de una sola capa es propensa a grietas de segregación central de soldadura; La mala protección del pozo de arco, debido a la segregación, las grietas calientes de arco son propensas a ocurrir; Múltiples reparaciones harán que los defectos de la red se agregen y formen grietas calientes poligonales.

(Ii) Métodos de prevención

Dado que la aparición de grietas en caliente está relacionada con los factores de estrés, los métodos de prevención también deben comenzar tanto en la selección de materiales como del proceso de soldadura.

1. Selección de material

(1) Limite el contenido de elementos e impurezas dañinas que son propensas a la segregación en los materiales de acero y soldadura, especialmente el contenido de S, P y C, porque no solo forman eutécticas de baja fusión sino que también promueven la segregación. C≤0.10%La sensibilidad del agrietamiento en caliente puede reducirse considerablemente. Si es necesario, se debe llevar a cabo el análisis químico y la inspección de baja potencia (como la impresión de azufre, etc.) del material.

(2) Ajuste la composición química del metal de soldadura, mejore la estructura, refine los granos, mejore la plasticidad, cambie la forma y la distribución de impurezas nocivas y reduzca la segregación, como el uso de una estructura de doble fase de austenita más que menos que 6% de ferrita.

(3) Aumente la basicidad de la varilla de soldadura y el flujo para reducir el contenido de impurezas en la soldadura y mejorar el grado de segregación.

2. Proceso de soldadura

(1) Elija una forma de ranura razonable, el coeficiente de formación de soldadura ψ = b/h ＞ 1, evite las soldaduras estrechas y profundas de 'en forma de pera, evite que los cristales columnares se reúnan en el centro de la soldadura, produzcan la segregación central y la forma una fractura frágil; Use soldadura de múltiples capas y múltiples pasos para interrumpir la agregación de segregación. Vale la pena señalar que la corriente de soldadura excesiva también formará una soldadura 'en forma de pera '.

(2) Especificaciones de soldadura de control:

a. Use energía de la línea de soldadura más pequeña (apropiada). Para el acero inoxidable austenítico (a base de níquel), use energía de la línea de soldadura más pequeña tanto como sea posible (sin precalentamiento, sin oscilación o menos oscilación, soldadura rápida, corriente pequeña), controle estrictamente la temperatura entre capas, para acortar el tiempo de residencia de el metal de soldadura en la zona de alta temperatura; b. Preste atención a la protección al cerrar el arco, cierre el arco lentamente y llene el pozo de arco para evitar la segregación del pozo de arco y las grietas térmicas;

do. Evite las reparaciones múltiples tanto como sea posible para evitar que los defectos de la red aglomeren y generen grietas térmicas poligonales;

d. Tome medidas para minimizar el estrés articular, evitar la concentración de estrés y reducir la rigidez cerca de la soldadura. Organice correctamente la secuencia de soldadura e intente hacer que la mayoría de las soldaduras se solucionen con una rigidez más pequeña para permitirles encogerse.

Cuarto, recalentar grietas

Las grietas de recalentamiento se refieren a las articulaciones soldadas de algunos aceros de alta resistencia y aceros resistentes al calor que contienen elementos de aleación como vanadio, cromo, molibdeno y boro. Durante el proceso de calentamiento (como recocido de alivio del estrés, soldadura de múltiples capas de múltiples capas, trabajo de alta temperatura, etc.), ocurren en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor y grietas a lo largo del grano austenita original límites. También se llaman grietas de recocido de alivio del estrés (grietas SR). Las grietas de recalentamiento se originan en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor de la soldadura, y tienen las características de la fractura límite de grano, y la mayoría de las grietas ocurren en áreas concentradas en el estrés.

Medidas preventivas

1. Al seleccionar materiales, se debe prestar atención a los elementos formadores de carburo que pueden causar precipitación, especialmente el contenido de V. Cuando se debe usar acero de alta V, se debe prestar especial atención durante la soldadura y el tratamiento térmico.

2. Evitar las áreas sensibles a la recalentamiento durante el tratamiento térmico puede reducir la posibilidad de grietas de recalentamiento. Si es necesario, se deben realizar pruebas de proceso de tratamiento térmico antes del tratamiento térmico.

3. Minimizar la concentración de estrés residual y estrés, reducir el exceso de altura, eliminar el recorte, la penetración incompleta y otros defectos, y moler la altura excesiva y el dedo del pie de soldadura para suavizar si es necesario; Aumente la temperatura de precalentamiento, el enfriamiento lento después de la soldadura y reduzca el estrés residual.

4. Energía de línea apropiada para evitar el sobrecalentamiento de la zona afectada por el calor y los granos gruesos.

5. Según la premisa de cumplir con los requisitos de diseño, seleccione una varilla de soldadura con una calificación de menor resistencia para liberar parte del estrés eliminado por el proceso de tratamiento térmico, de modo que el estrés se relaja en la soldadura, lo cual es bueno para reducir las grietas de recalentamiento .