Механизмы образования горячих трещин при сварке

Горячие трещины являются одним из видов высокотемпературных межкристаллических разрушений. В зависимости от условий образования горячие трещины разделяются на кристаллизационные и подсолидусные. Трещины первого типа образуются, когда металл находится еще в твердо-жидком состоянии, трещины второго типа возникают ниже температуры солидуса Т_c, т. е. после завершения процесса кристаллизации. Характер разрушения определяется тем, каково в данном сплаве соотношение температурного интервала твердо-жидкого состояния ΔТ_т-ж эффективного интервала кристаллизации ΔТ_э и температурного интервала хрупкости ΔТ_хр (рис. 71). Нижние границы температурных интервалов ΔТ_э и ΔТ_т-ж совпадают с температурой солидуса, а верхняя граница немного сдвинута в область более низких температур относительно верхней границы ΔТ_т-ж, так как из-за эффекта предусадочного расширения температура начала линейной усадки может находиться ниже температуры образования кристаллического каркаса. Разница между ΔТ_т-ж и ΔТ_э, бывает весьма небольшой. Верхняя граница ΔТ_хр обычно близка к верхней границе ΔТ_т-ж,как это показано на рис. 71. Однако если металл при кристаллизации подвергается принудительной деформации, то перед срастанием каркаса кристаллитов может произойти их заклинивание. В этом случае верхняя граница ΔТ_хр может быть смещена в сторону более высоких температур.

Нижняя граница температурного интервала хрупкости ΔТ_хр, соответствующая положению эквикохезионной температуры Т_экв, может быть выше, равна или ниже температуры солидуса в зависимости от состава, свойств сплава, характера и условий его кристаллизации, определяющих механизм зарождения межкристаллического разрушения (кристаллизационные или подсолидусные трещины).

Горячие трещины обоих типов могут образовываться как в металле шва, так и в околошовной зоне сварных соединений. Это не изменяет их природы, но в то же время вносит определенные особенности в их зарождение, связанные с неодинаковыми условиями формирования химической и физической неоднородности кристаллического строения.

Например, имеются существенные различия в образовании жидких прослоек между кристаллитами (зернами) на завершающих этапах затвердевания металла шва и при оплавлении приграничных участков зерен околошовной зоны в процессе нагрева. Даже при одном и том же химическом составе присадочного и основного металлов строение, форма и состав жидких прослоек не могут быть одинаковыми в связи с разной природой процессов кристаллизации жидкого металла и оплавления зерен твердого металла. В последнем случае существенную роль играют исходная степень гомогенности основного металла, размер и форма его зерен и ряд других факторов.

В формировании подсолидусных трещин в металле  шва и околошовной зоны решающее значение имеет характер расположения и протяженность границ зерен, степень развития таких зернограничных процессов, как миграция границ зерен и межзеренное проскальзывание, а также степень развития сегрегационных явлений по границам.

Принятое иногда в литературе деление горячих трещин по месту их расположения в сварном соединении или по направлению их развития относительно оси шва не может внести существенного вклада в выяснение их природы, механизмов зарождения и разработку металлургических путей их предупреждения. Однако такой подход оказывается полезным при анализе влияния конструкции соединений и технологических факторов на образование и развитие горячих трещин в связи с возможными методами регулирования теплового воздействия и полей деформаций при сварке.

Шоршоров М.Х. "Горячие трещины при сварке жаропрочных сталей".