¡Causas, medidas y métodos de grietas por recalentamiento en uniones soldadas!
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Existen muchos tipos de grietas en las uniones soldadas.
Grietas cristalinas: Durante el proceso de solidificación y cristalización del baño de soldadura, en el rango de temperatura donde coexisten la fase líquida y la fase sólida, se forman grietas a lo largo de los límites de los granos primarios debido a la segregación de los cristales y al estrés de contracción y cepa.
Este tipo de grieta sólo aparece en la soldadura (incluido el cráter del arco).
Grieta de liquidación: durante el proceso de soldadura, bajo la acción de la temperatura máxima del ciclo térmico de soldadura, el metal intergranular en el metal cerca de la soldadura entre la capa intermedia de metal y el metal base en el multi- La capa de soldadura se calienta y se vuelve a fundir, fisurándose a lo largo del límite del grano de austenita bajo la acción de una cierta tensión de contracción. Alguna literatura lo llama "desgarro en caliente".
Grietas por alta temperatura y baja plasticidad: Una vez completada la cristalización en fase líquida, el metal de la unión soldada comienza a enfriarse a partir de la temperatura de recuperación plástica del material. Para algunos materiales especiales, cuando se enfrían a un cierto rango de temperatura, debido a la interacción de la velocidad de deformación y algunos factores metalúrgicos, la plasticidad del metal de la junta soldada disminuye, lo que provoca grietas a lo largo de los límites de grano.
Generalmente se produce en la zona afectada por el calor más alejada de la línea de fusión que las grietas de licuefacción.
Recalentar grietas: después de la soldadura, se desarrollan grietas a lo largo de los límites del grano de austenita bajo ciertas condiciones sin tratamiento térmico de tensión residual o cualquier tratamiento térmico a una temperatura determinada durante el período de servicio de la soldadura.
De hecho, el agrietamiento por recalentamiento es uno de los principales problemas que deben resolverse en la soldabilidad del acero de baja aleación de alta resistencia, especialmente las soldaduras de placas gruesas de acero de baja aleación de alta resistencia y en caliente. El acero de alta resistencia, que contiene más elementos formadores de carburo, como Cr, Mo y V, puede producir carburos precipitados y, a menudo, se producen grietas por recalentamiento durante el tratamiento térmico de alivio de tensión posterior a la soldadura.
Abordar estos defectos requiere mucho trabajo y tiempo, y tiene un gran impacto en la producción. El siguiente es un breve análisis del mecanismo de formación, medidas preventivas y métodos de inspección de grietas por recalentamiento durante el proceso de fabricación.
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Mecanismo de grieta por recalentamiento
La formación de grietas por recalentamiento se debe únicamente a la alta intensidad de fortalecimiento en los granos, por lo que la resistencia del límite de grano es muy débil. . Durante el tratamiento térmico posterior a la soldadura, la deformación durante la relajación de la tensión se concentra en los límites de los granos. Una vez que la deformación del límite de grano excede el límite de resistencia del límite de grano, se producirán grietas a lo largo del límite de grano.
(1) ¿Cuáles son las causas internas de la formación de grietas por recalentamiento? Durante la soldadura, la zona afectada por el calor cerca de la línea de fusión se calienta a aproximadamente 1200°C, especialmente después de calentar placas gruesas varias veces, los granos se vuelven gruesos, pero los carburos fuertes precipitan lentamente durante el enfriamiento.
De manera similar, durante la soldadura por arco sumergido, debido a la gran energía lineal, los granos en el medio de la soldadura son gruesos. Durante el tratamiento SR posterior (480 ~ 680 °C), los carburos (V4C3, NbC, MoC, etc.) se dispersan y precipitan dentro de los granos, fortaleciendo así los granos (buena resistencia térmica dentro de los granos) y provocando una relajación de la tensión durante el tratamiento térmico. La tensión se concentra en los límites de los granos;
Los granos gruesos reducen drásticamente el número de límites de los granos que soportan la tensión y la tensión de los límites de los granos por unidad de deformación aumenta considerablemente.
Además, durante el tratamiento SR posterior a la soldadura, las impurezas de bajo punto de fusión y oligoelementos como B, s, B, Sn y As se segregan en los límites de grano, lo que debilita la plasticidad de los límites de grano. y cuando la deformación excede la del grano se forman grietas en el límite plástico.
(2) ¿Cuáles son las causas externas de la formación de grietas por recalentamiento? Las causas internas de las grietas por recalentamiento se presentan brevemente anteriormente, pero la aparición de grietas por recalentamiento requiere la existencia de factores externos, que deben considerarse a partir de la tensión residual de soldadura y la tensión de expansión.
Durante el tratamiento térmico de alivio de tensión posterior a la soldadura, la tensión residual de la soldadura se reduce mediante relajación y deformación por fluencia. Cuando la deformación del material es difícil de cumplir con este requisito de deformación, se producirán grietas.
En la zona de soldadura, debido a una resistencia y tenacidad insuficientes en los límites de grano, la presencia de compuestos de bajo punto de fusión, zonas de segregación y fragilización de grano grueso no pueden resistir la deformación por expansión por fluencia, lo que conduce a fallas por grietas.
La deformación por fluencia es en realidad un proceso de expansión térmica. En este proceso, se genera una tensión de tracción de expansión para compensar parte de la tensión de compresión generada durante el proceso de soldadura, y se genera una fuerza de contracción para compensar parte de la tensión de tracción generada durante la contracción por enfriamiento durante el proceso de soldadura, reduciendo así el pico de tensión.
Por lo tanto, en las áreas de concentración de tensiones, como poros de microdefectos e inclusiones de escoria en el área de soldadura, cuando la fuerza de expansión se superpone a la tensión en esta área, se generará una tensión de tracción con un valor máximo más alto. Cuando el valor máximo es mayor que la resistencia del material. Cuando se excede el valor, el equilibrio original que mantiene la no falla se romperá y se producirán grietas.
El estado de distribución de tensiones en estas áreas de concentración de tensiones es muy complejo y cambia con la posición del espesor y si hay boquillas a su alrededor.
Por ejemplo, cuando estos defectos están en la parte inferior de la soldadura de ranura en forma de V, estos defectos están sujetos a esfuerzos de tracción, y cuando están en la parte superior, están sujetos a esfuerzos de compresión. Esta es también la razón por la que existen muchas grietas por recalentamiento en la raíz de la zona de soldadura.
Dado que la capa de transición de la superficie compuesta está soldada a partir de aceros diferentes, su estructura es muy compleja y se encuentra en una zona de tensión de tracción, por lo que la tendencia a recalentar las grietas también es grande.
Medidas preventivas: A partir del análisis del mecanismo de formación de grietas por recalentamiento, las medidas preventivas son las siguientes:
Control estricto de las materias primas: En la obtención de materias primas, Cr, Mo, V, Nb, elementos formadores de carburos fuertes como Ti y B tienen una gran influencia en la formación de grietas por recalentamiento y deben controlarse estrictamente. El contenido de S y P que pueden formar cristales de fósforo también debe cumplir los mismos requisitos. al comprar materiales de soldadura. Esta medida es una de las más efectivas para solucionar las causas internas de las grietas por recalentamiento.
Seleccione materiales de soldadura con baja sensibilidad al agrietamiento en caliente (controle estrictamente el contenido de S, P, V, Nb y otros elementos) y establezca el límite inferior de la resistencia del metal de soldadura.
Desarrollar especificaciones de soldadura razonables;
① Reducir la energía de soldadura tanto como sea posible y controlar la temperatura entre las capas de precalentamiento. Estos dos factores determinan las condiciones de enfriamiento del metal de soldadura, y la microestructura de la zona de soldadura tiene una gran influencia.
En general, utilizar múltiples pasadas y múltiples capas con pequeña energía lineal y aumentar adecuadamente la velocidad de enfriamiento en el área de soldadura ayudará a mejorar la microestructura, mejorar la tenacidad al impacto y prevenir grietas en caliente.
Sin embargo, una temperatura demasiado baja entre las capas no favorecerá el escape de hidrógeno y existe el riesgo de agrietamiento en frío. Por tanto, para controlar la velocidad de enfriamiento y obtener cristales finos, debemos centrarnos en controlar la energía lineal.
② Tome las medidas de precalentamiento adecuadas. Las medidas de precalentamiento adecuadas pueden suavizar la dureza y mejorar la tenacidad y la resistencia al agrietamiento de la capa endurecida.
Controlar el proceso de soldadura para reducir la cantidad de microdefectos;
Implementar concienzudamente las especificaciones de soldadura para reducir los microdefectos, reducir la cantidad de metal depositado y utilizar soldadura de espacio estrecho para controlar el recalentamiento. Grietas medidas efectivas.
A través de la discusión anterior, estos pequeños defectos, si no exceden el estándar, son puntos de concentración de tensiones. Por lo tanto, durante el proceso de liberación de tensiones durante el tratamiento térmico, existe una causa de superposición de tensiones, lo que resulta. en grietas de recalentamiento. Por tanto, es necesario controlar estos defectos.
Controle la tensión residual de la soldadura:
Bajo la acción de la fuerza de expansión por fluencia del tratamiento térmico, especialmente cuando la tensión se superpone a la tensión de tracción, se producen puntos de concentración de tensión y carburos en la soldadura. Los eslabones débiles en los límites de los granos detrás de la zona endurecida por precipitación no pueden resistir el agrietamiento inducido por deformación.
Por lo tanto, reducir la tensión residual antes del tratamiento térmico también puede reducir la aparición de grietas por recalentamiento.
① Adopte un tratamiento térmico intermedio a mitad de camino.
② Utilice el método de impacto ultrasónico de alta frecuencia.
Ambos métodos pueden reducir eficazmente la tensión residual de la soldadura.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura:
Durante el proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura, las velocidades de calentamiento y enfriamiento se controlan para que se expandan y contraigan lenta y uniformemente para reducir la aparición de recalentar las grietas.
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Métodos de inspección, detección e identificación de defectos
La detección de defectos superficiales utilizada generalmente solo puede indicar si hay defectos. Para determinar la causa real del defecto, se deben utilizar los siguientes métodos de inspección:
Método de copia metalográfica: el método de copia metalográfica se utiliza a menudo para pruebas no destructivas in situ. Cuando la pieza de trabajo vibra o está en una posición estrecha, se puede utilizar el método metalográfico de réplica.
Las réplicas preparadas son fáciles de almacenar durante mucho tiempo y pueden observarse, analizarse y fotografiarse mediante un microscopio en el laboratorio. Los probadores metalográficos de piezas de trabajo grandes se utilizan mejor junto con métodos metalográficos de réplica.
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Preparación de muestras de superficie de piezas inspeccionadas
El material de réplica puede ser una placa de vidrio orgánico de 1 ~ 2 mm de espesor, o fibra de acetato o película simple de nitrocelulosa. (Papel AC). Los disolventes orgánicos pueden ser cloroformo, acetona, acetato de etilo, etc.
En primer lugar, corta el film en trozos pequeños según el tamaño requerido. Durante la operación, deje caer una cantidad adecuada de disolvente orgánico sobre la superficie de la muestra preparada, cúbrala rápidamente con una lámina o película de plexiglás y presione suavemente con los dedos o con una lámina de goma para permitir que escapen las burbujas. Una vez que esté completamente seco, se puede retirar para observarlo y fotografiarlo. ?
Para aumentar el contraste del tejido, la superficie grabada puede ser ligeramente más oscura o se puede añadir una cantidad adecuada de colorante al disolvente orgánico.
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Inspección microscópica de instrumentos de inspección metalográfica de piezas de trabajo grandes
La inspección microscópica incluye la inspección previa al grabado y la inspección posterior al grabado: la inspección principal antes del grabado es si hay defectos causados por grietas, inclusiones no metálicas y preparación de la muestra después del grabado, se inspecciona principalmente la microestructura de la muestra;
A la hora de observar solemos utilizar un microscopio con una potencia de 75 a 100 aumentos para observar toda la macroestructura. Cuando necesite observar tejidos finos, elija una lente de alta potencia adecuada.
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Examen microscópico de tuberías y componentes
a. Identificar los tipos de inclusiones no metálicas y microfisuras en los materiales, observar su forma y distribución, medir. su número y tamaño.
b.Identificar la composición de la microestructura, morfología, distribución y cantidad de los distintos tejidos de las partes inspeccionadas. Se evaluaron tamaño de grano, estructura en bandas, inclusiones no metálicas, estructura de Widmanstatten, estructura esferoidizada y capa de descarburación.
c.Identificar las características de la microestructura, determinar el estado del proceso de tratamiento térmico y proporcionar una base para reformular el proceso de tratamiento térmico si es necesario.
d. Determinar si existe alguna correlación entre los defectos anteriores y las grietas detectadas.
Debido a que las grietas por recalentamiento no se generan durante el proceso de soldadura, sino durante el tratamiento térmico o la operación, las grietas por recalentamiento tienen un cierto grado de ocultación y los accidentes son impredecibles y causarán más accidentes.
Por lo tanto, se debe considerar la aparición de grietas por recalentamiento en las primeras etapas de diseño, fabricación e inspección de equipos especiales.