Análisis de cuatro grietas comunes en la soldadura de tubos de acero

Grietas de soldadura

El defecto grave más común en piezas soldadas. Bajo el efecto combinado de la tensión de soldadura y otros factores frágiles, la fuerza de unión de los átomos metálicos en áreas locales de la unión soldada se destruye, lo que resulta en una nueva separación en la interfaz. Tiene las características de muescas nítidas y grandes relaciones de aspecto. Según las condiciones de formación, se puede dividir en cuatro categorías: grietas calientes, grietas frías, grietas de recalentamiento y desgarros en capas.

Primero, grietas frías

Las grietas en frío se generan durante o después de la soldadura a una temperatura más baja, aproximadamente cerca de la temperatura de transformación de martensita (es decir, punto Ms) del acero, o por debajo de 300-200 °C (o T<0,5 Tm, Tm es la temperatura del punto de fusión expresada en temperatura absoluta), por lo que se denominan grietas frías. Las grietas en frío se pueden dividir en grietas retardadas, grietas por enfriamiento y grietas frágiles de baja plasticidad.

(I) Condiciones de generación: La unión soldada forma una estructura endurecida. Debido a la gran tendencia al endurecimiento del acero, durante el proceso de enfriamiento se genera una gran cantidad de martensita quebradiza, dura y de gran tamaño, formando una gran tensión interna. Tendencia al endurecimiento de las juntas: la influencia del carbono es la clave. Cuanto mayor sea el contenido de carbono y cromo, más gruesa será la placa, mayor será el área de la sección transversal y cuanto menor sea el aporte de calor, más severo será el endurecimiento.

El acero y las soldaduras contienen más hidrógeno difusible. Los átomos de hidrógeno se acumulan (concentran) en los defectos (agujeros, dislocaciones) para formar moléculas de hidrógeno. El volumen de las moléculas de hidrógeno es mayor que el de los átomos de hidrógeno y no puede seguir difundiéndose. Continúan acumulándose, generando una enorme presión en las moléculas de hidrógeno, llegando incluso a decenas de miles de atmósferas, provocando que la unión soldada se agriete. En muchos casos, el hidrógeno es el factor más activo para inducir grietas en frío.

Las grietas ocurren cuando la tensión de tracción y la tensión de restricción de la soldadura son grandes (o concentración de tensión) y exceden el límite de resistencia de la unión.

(II) Causas: Se puede dividir en dos aspectos: selección del material y proceso de soldadura.

1. Selección de materiales

(1) Combinación inadecuada del material base y el material de soldadura, lo que resulta en una enorme diferencia de resistencia;

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

2. Proceso de soldadura

(1) La varilla de soldadura no está completamente seca y hay humedad (agua libre y agua cristalina) en el recubrimiento; hay aceite, óxido, agua, pintura, etc. en la ranura del material de soldadura y el material base; la humedad ambiental es demasiado alta (>90%); el surco está contaminado por la lluvia y la nieve. La humedad y la materia orgánica anteriores se descomponen bajo la acción del arco de soldadura para producir H, lo que provoca 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 la zona de la articulación se enfríe demasiado rápido, provocando un gran estrés interno.

(3) Estructura de soldadura inadecuada, lo que resulta en una gran tensión de restricción.

(4) Ya se produjeron grietas en el punto de soldadura por puntos, pero no se eliminaron durante la soldadura; los puntos de concentración de tensiones, como las socavaduras, provocan grietas en los extremos de las soldaduras; los puntos de concentración de tensiones, como la penetración incompleta, provocan grietas en la raíz de la soldadura; Los puntos de concentración de tensiones, como las inclusiones de escoria, provocan grietas en la soldadura.

(III) Métodos de prevención: Puede partir de dos aspectos: la selección del material y el proceso de soldadura.

1. Selección correcta de materiales

Utilice fundentes y varillas de soldadura básicas con bajo contenido de hidrógeno para reducir el contenido de hidrógeno difundido en el metal de soldadura; seleccionar y combinar el material base y el material de soldadura; si las condiciones técnicas lo permiten, elija materiales con buena tenacidad (como materiales de soldadura con un grado de resistencia más bajo) o implemente una cubierta 'blanda' para reducir la tensión residual de la superficie; si es necesario, realice pruebas de análisis químicos, propiedades mecánicas, soldabilidad y sensibilidad a grietas en el material base y el material de soldadura antes de la fabricación.

2. Proceso de soldadura

(1) Realice estrictamente las operaciones de soldadura según las especificaciones de proceso correctas obtenidas de la prueba. Incluyen principalmente: secar estrictamente la varilla de soldadura de acuerdo con las especificaciones; seleccionar especificaciones de soldadura apropiadas y energía de línea, corriente, voltaje, velocidad de soldadura, temperatura de la capa intermedia y secuencia de soldadura correcta; inspeccionar y procesar soldadura por puntos; limpieza de soldaduras de doble cara, etc.; Limpiar cuidadosamente la ranura y el alambre de soldadura para eliminar el aceite, el óxido y la humedad.

(3) Seleccione una estructura de soldadura razonable para evitar tensiones de restricción excesivas; forma correcta de ranura y secuencia de soldadura; y reducir el valor máximo de la tensión residual de soldadura.

(4) El precalentamiento antes de soldar, el enfriamiento lento después de soldar, el control de la temperatura de la capa intermedia y el tratamiento térmico posterior a la soldadura son métodos eficaces para prevenir grietas en frío en acero de alta resistencia con poca soldabilidad y estructuras inevitables de altas restricciones. El precalentamiento y el enfriamiento lento pueden disminuir la velocidad de enfriamiento (extender el tiempo de permanencia de △t 800-500 ℃), mejorar la microestructura de la junta, reducir la tendencia al endurecimiento y reducir la tensión de la microestructura; El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede eliminar la tensión residual de la soldadura y reducir el contenido de hidrógeno difundido en la soldadura. En la mayoría de los casos, el tratamiento térmico para aliviar tensiones debe realizarse inmediatamente después de la soldadura.

(5) Martillar inmediatamente después de soldar para dispersar la tensión residual y evitar áreas de alta tensión es uno de los métodos eficaces para prevenir grietas en frío durante la soldadura de reparación local.

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

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

Segundo, desgarro en capas

El desgarro en capas es una forma especial de craqueo en frío. Esto se debe principalmente a la presencia de inclusiones estratificadas (a lo largo de la dirección de laminación) (especialmente sulfuros) en la placa de acero. Bajo la tensión de tracción perpendicular a la dirección de laminación (dirección del espesor de la placa) generada durante la soldadura, se generan grietas en capas tipo 'escalón' paralelas a la superficie laminada del material base en la zona afectada por el calor o un poco más lejos en la placa de acero. Ocurre en las uniones soldadas de esquina de placas gruesas en forma de T y K.

Mejorar la calidad de las placas de acero, reducir las inclusiones en capas en el acero y tomar medidas desde los aspectos del diseño estructural y la tecnología de soldadura para reducir la tensión de tracción de la soldadura en la dirección del espesor de la placa puede evitar el desgarro de las capas. Antes de soldar placas gruesas, se realizan pruebas ultrasónicas y de penetración de ranuras de las placas para comprobar las inclusiones en capas. Si existen inclusiones en capas, intente evitarlas o repararlas o triturarlas con anticipación.

Tercero, grietas térmicas.

Las grietas térmicas se generan a altas temperaturas, desde el rango de temperatura de solidificación hasta temperaturas superiores a A3, por lo que se denominan grietas térmicas, también conocidas como grietas de alta temperatura.

Si hay más elementos de impureza eutéctica de bajo punto de fusión (P, S, C, etc.) y más defectos de red en el material, es probable que se produzca segregación de los límites de grano durante la cristalización del baño fundido de soldadura. Las sustancias segregadas son en su mayoría eutécticos de bajo punto de 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 correspondiente fase líquida existe durante más tiempo y finalmente cristaliza y solidifica. La resistencia tras la solidificación también es extremadamente baja. Cuando la tensión de tracción de la 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 eutécticos de bajo punto de fusión e impurezas en los límites de los granos del material original, estos eutécticos de bajo punto de fusión se fundirán en capas intermedias líquidas en la zona afectada por el calor cuando la temperatura de calentamiento exceda su punto de fusión. Cuando la tensión de tracción de la soldadura es lo suficientemente grande, también se separarán para formar grietas líquidas en la zona afectada por el calor.

Todas las grietas calientes se agrietan a lo largo de los límites del grano de austenita y son dentadas, por lo que también se denominan grietas intergranulares. A menudo aparecen en medio de la soldadura, especialmente en el pozo del arco. La mayoría de ellos se encuentran en la unión de los cristales columnares de la soldadura, es decir, la posición final de la solidificación de la soldadura, que también es la posición con mayor probabilidad de causar segregación eutéctica de bajo punto de fusión; algunos aparecen en la zona afectada por el calor. Las grietas longitudinales en la soldadura generalmente ocurren en el centro de la soldadura, paralelas a la longitud de la soldadura; Las grietas transversales generalmente ocurren a lo largo de los límites de grano columnar y están conectadas a los límites de grano del material original, perpendiculares a la longitud de la soldadura. Cuando la grieta penetra la superficie y se comunica con el aire, la superficie de la fractura se oxida (como gris azulado, etc.) y algunas macrogrietas en la superficie de la soldadura se llenan de escoria.

(I) Causas de ocurrencia

1. Selección del material: el contenido excesivo de azufre en el material produce 'fragilidad en caliente'; el contenido excesivo de cobre produce 'fragilidad del cobre'; Un contenido excesivo de fósforo produce 'fragilidad en frío'.

2. Proceso de soldadura: acero inoxidable a base de níquel, secuencia de soldadura inadecuada o temperatura intermedia demasiado alta, aporte excesivo de calor, velocidad de enfriamiento demasiado lenta; forma inadecuada de la ranura (soldadura estrecha y profunda con coeficiente de forma de soldadura ψ=b/h≤1), la soldadura de una sola capa y de una sola pasada es propensa a grietas de segregación del centro de soldadura; mala protección del pozo de arco, debido a la segregación, es probable que se produzcan grietas calientes en el pozo de arco; reparaciones múltiples causarán que los defectos de la red se agreguen y formen grietas poligonales calientes.

(II) Métodos de prevención

Dado que la aparición de grietas por calor está relacionada con factores de tensión, los métodos de prevención también deben partir tanto de la selección del material como del proceso de soldadura.

1. Selección de materiales

(1) Limitar el contenido de elementos e impurezas nocivas que son propensos a la segregación en el acero y los materiales de soldadura, especialmente el contenido de S, P y C, porque no solo forman eutécticos de bajo punto de fusión sino que también promueven la segregación. C≤0,10% La sensibilidad del craqueo en caliente se puede reducir considerablemente. Si es necesario, se deben realizar análisis químicos e inspecciones de baja potencia (como impresión con azufre, etc.) del material.

(2) Ajustar la composición química del metal de soldadura, mejorar la estructura, refinar los granos, mejorar la plasticidad, cambiar la forma y distribución de impurezas dañinas y reducir la segregación, como usar una estructura de doble fase de austenita más menos de 6% ferrita.

(3) Aumentar la basicidad de la varilla de soldadura y el fundente 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, coeficiente de formación de soldadura ψ=b/h>1, evite soldaduras estrechas y profundas en forma de 'pera', evite que los cristales columnares se encuentren en el centro de la soldadura, produzca segregación central y forma una fractura frágil; utilice soldadura multicapa y de múltiples pasadas para interrumpir la agregación de segregación. Vale la pena señalar que una corriente de soldadura excesiva también formará una soldadura en forma de 'pera'.

(2) Controlar las especificaciones de soldadura:

a. Utilice energía de línea de soldadura más pequeña (apropiada). Para acero inoxidable austenítico (a base de níquel), utilice la menor energía posible en la línea de soldadura (sin precalentamiento, sin oscilación o menos oscilación, soldadura rápida, corriente pequeña) y controle estrictamente la temperatura de la capa intermedia para acortar el tiempo de residencia de la soldar metal en la zona de alta temperatura; b. Preste atención a la protección al cerrar el arco, cierre el arco lentamente y llene el hoyo del arco para evitar la segregación del hoyo del arco y las grietas térmicas;

do. Evite al máximo reparaciones múltiples para evitar que los defectos de la red se aglomeren y generen grietas térmicas poligonales;

d. Tome medidas para minimizar la tensión en las articulaciones, evitar la concentración de tensiones y reducir la rigidez cerca de la soldadura. Organice adecuadamente la secuencia de soldadura e intente que la mayoría de las soldaduras se realicen con una rigidez menor para permitir que se contraigan.

Cuarto, recalentar las grietas.

Las grietas por recalentamiento se refieren a las uniones soldadas de algunos aceros de baja aleación y alta resistencia y aceros resistentes al calor que contienen elementos de aleación como vanadio, cromo, molibdeno y boro. Durante el proceso de calentamiento (como el recocido para aliviar tensiones, la soldadura multicapa de varias pasadas y el trabajo a alta temperatura, etc.), se producen en el área de grano grueso de la zona afectada por el calor y se producen grietas a lo largo de la austenita original. límites de grano. También se denominan grietas de recocido de alivio de tensiones (grietas SR).

Las grietas por recalentamiento se originan en el área de grano grueso de la zona de la soldadura afectada por el calor y tienen las características de fractura del límite de grano, y la mayoría de las grietas ocurren en el área donde se concentra la tensión.

Medidas preventivas

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

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

3. Minimizar la tensión residual y la concentración de tensión, reducir el exceso de altura, eliminar los cortes socavados, la penetración incompleta y otros defectos, y rectificar el exceso de altura y soldar la punta para suavizarla si es necesario; Aumente la temperatura de precalentamiento, enfríe lentamente después de soldar y reduzca la tensión residual.

4. Energía de línea adecuada para evitar el sobrecalentamiento de la zona afectada por el calor y de los cereales secundarios.

5. Bajo la premisa de cumplir con los requisitos de diseño, seleccione una varilla de soldadura con un grado de resistencia más bajo para liberar parte de la tensión eliminada por el proceso de tratamiento térmico, de modo que la tensión se relaje en la soldadura, lo cual es bueno para reducir las grietas por recalentamiento. .