Vodiči za zavarivanje

Vruće pucanje u zavarivanju: Opsežan vodič

Što je vruće pucanje u zavarivanju?

Vruće pukotine u zavarivanju su vrste pukotina koje se mogu pojaviti u zavarima tijekom skrućivanja.

Uzrokovana je velikim naprezanjem skupljanja i može se pogoršati odvajanjem faza niskog tališta u središtu zavara. Vruće pucanje može dovesti do kvara zavara i treba ga izbjegavati kada je to moguće.

Zavarljivi legirani čelici s granicom razvlačenja od 56 kg/mm² i više, ponekad razvijaju vruće pukotine u ZUT-u nakon zavarivanja.

Važno je razlikovati ovu pojavu od hladnog pucanja, jer ako se pogrešno zamijeni s hladnim pucanjem i prethodno zagrijavanje koristi kao popravna mjera, moglo bi pogoršati cjelokupni problem umjesto da ga eliminira.

Karakteristike vrućeg pucanja

Austenitni zavareni metal od nehrđajućeg čelika osjetljiv je na sitne intergranularne pukotine koje se nazivaju mikropukotine, koje nisu vidljive golim okom.

Također se naziva i vruće pucanje, jer se pucanje javlja na visokoj temperaturi dok se metal zavara hladi od solidusa do oko 980°C.

Ako je razina naprezanja nametnuta metalu zavara visoka, pukotine se povećavaju u vidljive pukotine.

Određivanje osjetljivosti na vruće pucanje

Osjetljivost na vruće pukotine pri zavarivanju određena je:

(a) mikrostruktura metala šava nakon nanošenja,
(b) sastav metala zavara, posebno sadržaj određenih ostataka ili elemenata u tragovima kao što su bor, fosfor, sumpor, selen, kolumbij i tantal,
(c) iznos naprezanja nametnutog zavarivanju tijekom hlađenja,
(d) prisutnost zareza.

Prvi od ovih čimbenika, naime mikrostruktura metala zavara, u velikoj mjeri određuje osjetljivost na vruće pucanje.

Metal zavara koji ima potpuno austenitnu mikrostrukturu vrlo je sklon ovom nedostatku, dok je metal zavara s dupleksnom strukturom delta ferita u austenitu prilično otporan na njega.

Što se tiče sastava metala zavara, osjetljivost na mikro-pukotine može se smanjiti malim povećanjem ugljika ili dušika.

Elementi u tragovima koji potiču stvaranje mikropukotina, prema svojoj snazi, su: bor, fosfor, sumpor, selen, silicij, kolumbij i tantal.

Budući da je potpuno austenitni metal za zavarivanje najosjetljiviji na mikro-pukotine tijekom hlađenja od solidusa do približno 980°C, količina naprezanja nametnuta metalu za zavarivanje mora biti minimizirana u ovom temperaturnom rasponu.

Peening nije učinkovit, jer ga je teško nanositi na visokim temperaturama.

Što uzrokuje vruće pukotine u zavarivanju?

Sumpor se smatra najopasnijim elementom u vrućem pucanju u problemima zavarivanja.

Ugljik i fosfor podupiru sumpor u izazivanju vrućeg krekiranja. Zbog štetnog utjecaja sumpora na zavarljivost, njihov sadržaj u čeliku ograničen je na maksimalno 0,04%.

ako je sadržaj sumpora u legiranom čeliku visoke čvrstoće blizu dopuštenog maksimuma od 0,04%, vjerojatno će se razviti vruće pukotine u ZUT-u kada se zavariva u uvjetima visokog ograničenja.

Ispitivanja vrućih pukotina provedena na čeliku AISI 4340 pokazuju da se vruće pukotine pod jakim ograničenjem mogu svesti na nulu samo kada su kombinirani sadržaji S i P ispod 0,02% – oslobađanje plina je ugljik značajno povećava tendenciju pucanja.

Povezano čitanje: Pukotine nastale zavarivanjem i pregled njihovih vrsta

Kako zaustaviti vruće krekiranje?

Vruće pukotine u zavarivanju su nedostatak koji se može pojaviti kada postoji segregacija faza niskog tališta u središtu zavara.

Postoji nekoliko načina za sprječavanje vrućeg pucanja, uključujući:

Korištenje osnovnog metala s niskim sadržajem sumpora i fosfora.
Korištenje dodatnog materijala za zavarivanje s višim talištem.
Zavarivanje debelog korijena radi prilagođavanja naprezanjima skupljanja.
Nanesite kratke zavare u utor prije zavarivanja punog zavara.

Učinak ugljika na vruće krekiranje

Pokazalo se da ugljik potiče interdendritičku segregaciju sumpora, što povećava vjerojatnost koncentriranja spojeva nižeg tališta u graničnim područjima zrna.

Smanjenje sadržaja ugljika, čak i dekarburizacijom, smanjuje tendenciju vrućih pukotina kod zavarivanja.

Tretman žarenja koji proizvodi čestice sferoidiziranog karbida također teži smanjenju sklonosti pucanju, očito zato što kratko vrijeme austenizacije u zavarivanju ne otapa sve kuglaste čestice.

Stoga je stvarni sadržaj ugljika u matrici niži od ukupne analize ugljika za čelik.

Učinak mangana na vruće krekiranje

Utvrđeno je da mangan neutralizira učinak sumpora s obzirom na tendenciju vrućeg pucanja.

Vjeruje se da ova korist proizlazi iz jake tendencije mangana da stvara stabilne sulfide višeg tališta u čeliku.

Međutim, umjesto pokušaja korištenja velikih dodataka mangana kao lijeka za sve, dobri proizvođači čelika pokušavaju smanjiti tendenciju vrućih pukotina smanjenjem sadržaja sumpora.

Učinak fosfora na vruće krekiranje

Fosfor se već navodi kao snažan promotor vrućeg krekiranja. Čini se da djeluje na ovaj način povećavajući segregaciju sumpora i ugljika u čeliku – do točke gdje se mogu uočiti trake sulfidnih inkluzija i karbidnih čestica u mikrostrukturi kovanog materijala.

Ovo trakasto stanje uvelike povećava vjerojatnost vrućih pukotina, a ako su trake ugljika posebno izražene, ova lokalizirana područja s visokim udjelom ugljika mogu biti posebno sklona hladnim pukotinama kao nastavku vrućih pukotina.

Učinak silicija na vruće krekiranje

Vjeruje se da silicij uzrokuje odvajanje sumpora i na taj će način vjerojatno povećati vruće pucanje.

Obično, silicij nema značajan učinak na osjetljivost na vruće pucanje, jer je manje od 0,50% obično prisutno u legiranim čelicima visoke čvrstoće, a sadržaj varira u relativno uskom rasponu.

Međutim, neki od legiranih čelika vrlo visoke čvrstoće (koji se mogu toplinski obraditi) koriste sadržaj silicija od oko 1%, jer ovaj element sprječava omekšavanje tijekom kaljenja u određenim temperaturnim rasponima.

Ovi se čelici obično izrađuju s vrlo niskim sadržajem sumpora kako bi se izbjegla nepotrebna segregacija, koju može potaknuti visok sadržaj silicija.

Učinak kroma, molibdena i vanadija na vruće krekiranje

Vjeruje se da krom, molibden i vanadij imaju blago povoljan učinak na vruće pukotine pri zavarivanju, osobito ako je prisutan visok sadržaj ugljika koji pogoršava problem.

Ovi elementi vjerojatno vežu nešto ugljika kao složeni karbidi, smanjujući tako osjetljivost na pucanje snižavanjem efektivnog ugljika. Nikal ima negativan učinak na sklonost vrućem pucanju.

Njegov učinak je posebno vidljiv kada je prisutan i značajan sumpor. Vjerojatno prisutnost nikla utječe na sastav sulfida nastalih u granicama zrna.

035728 9e8fc35a0d7d401c8b0116719ba46460mv2

Učinak aluminija na vruće pucanje

Aluminij je još jedan element za koji se čini da utječe na sastav i distribuciju sulfidnih inkluzija.

Čini se da zaostali aluminij u rasponu od oko 0,02/0,06% potiče intergranularni sulfid, što značajno povećava osjetljivost na pucanje.

Ovdje smo se bavili ZUT-ima samo ugljičnih čelika i niskolegiranih čelika.

Jednako je važno znati kako se slične mikrostrukturne i srodne promjene odvijaju u ZUT-u drugih industrijskih metala i legura kao rezultat zavarivanja, u kojoj mjeri one imaju štetan učinak na svojstva spojeva i upotrebljivost, te kako ti loši učinci mogu biti upravljan.