Analyse de quatre fissures de soudage communes dans le processus de fabrication de tuyaux en acier

Fissures de soudage: le défaut sérieux le plus courant dans les pièces soudées. Sous l'effet combiné du stress de soudage et d'autres facteurs cassants, la force de liaison des atomes de métaux dans les zones locales de l'articulation soudée est détruite, entraînant un nouvel écart d'interface. Il a les caractéristiques des encoches pointues et de grands rapports d'aspect. Selon les conditions de formation, il peut être divisé en quatre catégories: fissures chaudes, fissures froides, réchauffage des fissures et larmes en couches.

Premièrement, les fissures froides

Des fissures froides sont générées pendant ou après le soudage à une température plus basse, approximativement près de la température de transformation de la martensite (c'est-à-dire le point MS) de l'acier, ou inférieur température absolue), ils sont donc appelés fissures froides. Les fissures froides peuvent être divisées en fissures retardées, des fissures de trempe et des fissures cassantes à basse plasticité.

(I) Conditions de génération

L'articulation soudée forme une structure durcie. En raison de la forte tendance durcissant de l'acier, une grande quantité de martensite fragile, dure et grande est générée pendant le processus de refroidissement, formant une forte contrainte interne. Tendance du durcissement des articulations: L'influence du carbone est la clé. Plus la teneur en carbone et en chrome, plus la plaque est épaisse, plus la zone transversale est grande et plus l'entrée de chaleur est petite, plus le durcissement est grave.

L'acier et les soudures contiennent un hydrogène plus diffusible. Les atomes d'hydrogène s'accumulent (concentré) aux défauts (trous, dislocations) pour former des molécules d'hydrogène. Le volume de molécules d'hydrogène est plus grand que celui des atomes d'hydrogène et ne peut pas continuer à diffuser. Ils continuent de s'accumuler, générant une énorme pression de molécules d'hydrogène, atteignant même des dizaines de milliers d'atmosphères, provoquant la fissuration de l'articulation soudée. Dans de nombreux cas, l'hydrogène est le facteur le plus actif pour induire des fissures froides.

Les fissures se produisent lorsque la contrainte de traction de soudage et la contrainte de retenue sont importantes (ou concentration de contrainte) et dépassent la limite de résistance de l'articulation.

(Ii) Causes: Il peut être divisé en deux aspects: la sélection des matériaux et le processus de soudage.

1. Sélection des matériaux

(1) correspondance incorrecte du matériau parent et du matériau de soudage, entraînant une énorme différence de résistance;

(2) Le matériau contient trop d'éléments tels que le carbone, le chrome, le molybdène, le vanadium et le bore, ce qui augmente la sensibilité durcissant de l'acier.

2. Processus de soudage

(1) La tige de soudage n'est pas entièrement séchée et il y a de l'humidité (eau libre et eau cristalline) dans le revêtement; Il y a de l'huile, de la rouille, de l'eau, de la peinture, etc. sur la rainure du matériau de soudage et du matériau de base; L'humidité ambiante est trop élevée (> 90%); La rainure est polluée par la pluie et la neige. L'humidité et la matière organique ci-dessus se décomposent sous l'action de l'arc de soudage pour produire H, ce qui fait que l'hydrogène sursaturé se dissolve dans la soudure.

(2) la température ambiante est trop basse; La vitesse de soudage est trop rapide; L'énergie de la ligne de soudage est trop faible. Il fera refroidir la zone articulaire trop rapidement, provoquant un grand stress interne.

(3) Structure de soudage inappropriée, entraînant une grande contrainte de retenue.

(4) des fissures se sont déjà produites au point de soudage au comptant, mais elles n'ont pas été retirées pendant le soudage; Les points de concentration de stress tels que les sous-dépouilles provoquent des fissures des orteils de soudure; Les points de concentration de contrainte tels que la pénétration incomplète provoquent des fissures de racine de soudure; Les points de concentration de contrainte tels que les inclusions de scories provoquent des fissures de soudure.

(Iii) Méthodes de prévention: il peut commencer à partir de deux aspects: sélection des matériaux et processus de soudage.

1. Sélection du matériau correct

Utilisez des tiges et des flux de soudage à faible hydrogène bas de base pour réduire la teneur en hydrogène diffusé dans le métal de soudure; Sélectionnez et correspondez au matériau parent et au matériau de soudage; Si les conditions techniques le permettent, choisissez des matériaux avec une bonne ténacité (tels que les matériaux de soudage avec une qualité de résistance inférieure) ou implémentez 'Soft ' pour réduire la contrainte résiduelle de surface; Si nécessaire, effectuez l'analyse chimique, les propriétés mécaniques, la soudabilité et les tests de sensibilité aux fissures sur le matériau parent et le matériau de soudage avant la fabrication.

2. Processus de soudage

(1) Effectuez strictement les opérations de soudage conformément aux spécifications de processus correctes obtenues à partir du test. Incluez principalement: sécher strictement la tige de soudage en fonction des spécifications; sélectionner les spécifications de soudage appropriées et l'énergie de ligne, le courant raisonnable, la tension, la vitesse de soudage, la température intercouche et la séquence de soudage correcte; inspection et traitement du soudage au point; Nettoyage de soudage double face, etc.; Nettoyez soigneusement la rainure et le fil de soudage pour éliminer l'huile, la rouille et l'humidité.

(3) sélectionner une structure de soudage raisonnable pour éviter une contrainte de retenue excessive; forme de rainure correcte et séquence de soudage; et réduire la valeur maximale de la contrainte résiduelle de soudage.

(4) Préchauffage avant le soudage, le refroidissement lent après le soudage, le contrôle de la température intercouche et le traitement thermique post-slip sont des méthodes efficaces pour prévenir les fissures froides dans l'acier à haute résistance avec une mauvaise soudabilité et des structures à haute contrainte inévitables. Le préchauffage et le refroidissement lent peuvent ralentir la vitesse de refroidissement (prolonger le temps de séjour de △ t 800-500 ℃), améliorer la microstructure de l'articulation, réduire la tendance du durcissement et réduire la contrainte de microstructure; Le traitement thermique après le soudage peut éliminer le stress résiduel du soudage et réduire la teneur en hydrogène diffusé dans la soudure. Dans la plupart des cas, un traitement thermique de soulagement du stress doit être effectué immédiatement après le soudage.

(5) Le martelage immédiatement après le soudage pour disperser le stress résiduel et éviter les zones à forte stress est l'une des méthodes efficaces pour prévenir les fissures du froid pendant le soudage de réparation local.

(6) À la racine de la soudure et de la surface de soudure où la contrainte est relativement concentrée (la zone touchée par la chaleur est soumise à une contrainte de contrainte plus faible), en utilisant des électrodes avec des niveaux de résistance plus faibles obtient souvent de bons résultats sous une contrainte élevée.

(7) Le soudage à blindage à gaz inerte peut maximiser le contrôle de la teneur en hydrogène de la soudure et réduire la sensibilité des fissures froides, de sorte que le soudage TIG et MIG doit être vigoureusement promu.

Deuxièmement, la déchirure en couches

La déchirure en couches est une forme spéciale de fissuration à froid. Cela est principalement dû à la présence d'inclusions en couches (le long de la direction de roulement) (en particulier les sulfures) dans la plaque d'acier. Sous la contrainte de traction perpendiculaire à la direction de roulement (direction de l'épaisseur de la plaque) générée pendant le soudage, 'Step ' - des fissures en couches de type parallèle à la surface roulée du matériau parent sont générées dans la zone à chaleur de la plaque d'acier ou légèrement plus loin. Il se produit dans les soudures d'angle des plaques épaisses en forme de T et en K. L'amélioration de la qualité des plaques d'acier, la réduction des inclusions en couches en acier et la prise de mesures des aspects de la technologie de conception structurelle et de soudage pour réduire la contrainte de traction de soudage dans la direction de l'épaisseur de la plaque peuvent empêcher la déchirure en couches. Avant de souder des plaques épaisses, des tests de pénétration à ultrasons et des rainures des plaques sont effectués pour vérifier les inclusions en couches. Si des inclusions en couches existent, essayez de les éviter ou de les réparer ou de les broyer à l'avance.

Troisièmement, les fissures thermiques

Des fissures thermiques sont générées à des températures élevées, de la plage de températures de solidification aux températures supérieures à l'A3, de sorte qu'elles sont appelées fissures thermiques, également appelées fissures à haute température. S'il y a plus d'éléments d'impureté eutectiques à faible fondre (P, S, C, etc.) et plus de défauts de réseau dans le matériau, la ségrégation des limites des grains est susceptible de se produire lors de la cristallisation de la piscine en fusion de soudage. Les substances séparées sont principalement des eutectiques à faible fonte (telles que FES-FE, FE3P-FE, NIS-NI, Ni3p-Ni) et des impuretés. Ils existent dans l'interface liquide pendant le processus de cristallisation, formant un film liquide avec une très faible résistance à la déformation. La phase liquide correspondante existe plus longtemps et cristallise et se solidifie finalement. La résistance après solidification est également extrêmement faible. Lorsque la contrainte de traction de soudage est suffisamment grande, l'interface liquide sera séparée, ou elle sera cassée peu de temps après la solidification pour former des fissures. De plus, s'il y a des eutectiques et des impuretés à faible fonte sur les joints de grains du matériau parent, ces eutectiques à faible fusion se fondreont en intercouches liquides dans la zone touchée par la chaleur lorsque la température de chauffage dépasse son point de fusion. Lorsque la contrainte de traction de soudage est suffisamment grande, ils seront également séparés pour former des fissures liquéfiées dans la zone touchée par la chaleur. Les fissures thermiques sont toutes fissurées le long des frontières du grain d'austénite et sont dentelées, elles sont donc également appelées fissures intergranulaires. Ils apparaissent souvent au milieu de la soudure, en particulier dans la fosse d'arc. La plupart d'entre eux sont à la jonction des cristaux colonnes de la soudure, c'est-à-dire la position finale de la solidification de la soudure, qui est également la position la plus susceptible de provoquer une ségrégation eutectique à faible fonte; Quelques-uns apparaissent dans la zone touchée par la chaleur. Des fissures longitudinales dans la soudure se produisent généralement au centre de la soudure, parallèle à la longueur de la soudure; Des fissures transversales se produisent généralement le long des frontières des grains colonnes et sont connectées aux joints de grains du matériau parent, perpendiculairement à la longueur de la soudure. Lorsque la fissure pénètre la surface et communique avec l'air, la surface de fracture est oxydée (comme le bleu-gris, etc.), et certaines fissures macro à la surface de la soudure sont remplies de scories.

(I) Causes d'occurrence

1. Sélection du matériau: une teneur en soufre excessive dans le matériau produit 'Hot Brittleness '; Le contenu en cuivre excessif produit 'Copper Brittleness '; Le contenu excessif en phosphore produit 'Brittleness froide '.

2. Processus de soudage: pour l'acier inoxydable à base de nickel, une séquence de soudage incorrecte ou une température intercouche excessive, une entrée de chaleur excessive et une vitesse de refroidissement lente; Forme de rainure incorrecte (soudure étroite et profonde avec coefficient de forme de soudure ψ = b / h≤1), le soudage à un seul passe-couche unique est sujet aux fissures de ségrégation du centre de soudure; Mauvaise protection de la fosse à arc, en raison de la ségrégation, les fissures chaudes de la fosse d'arc sont susceptibles de se produire; Les réparations multiples entraîneront des défauts de réseau à agréger et à former des fissures chaudes polygonales.

(Ii) les méthodes de prévention

Étant donné que la survenue de fissures chaudes est liée aux facteurs de stress, les méthodes de prévention devraient également commencer à la fois à la fois de la sélection des matériaux et du processus de soudage.

1. Sélection des matériaux

(1) Limiter le contenu des éléments et des impuretés nuisibles qui sont sujets à la ségrégation dans les matériaux d'acier et de soudage, en particulier le contenu de S, P et C, car ils forment non seulement l'eutectique à faible fusion mais favorisent également la ségrégation. C≤0,10% La sensibilité de la fissuration chaude peut être considérablement réduite. Si nécessaire, l'analyse chimique et l'inspection de faible puissance (comme l'impression de soufre, etc.) du matériau doivent être effectuées.

(2) ajuster la composition chimique du métal de soudure, améliorer la structure, affiner les grains, améliorer la plasticité, modifier la forme et la distribution des impuretés nocives et réduire la ségrégation, comme l'utilisation d'une structure à double phase d'austénite plus moins que que 6% de ferrite.

(3) Augmenter la basicité de la tige de soudage et du flux pour réduire la teneur en impuretés dans la soudure et améliorer le degré de ségrégation.

2. Processus de soudage

(1) Choisissez une forme de rainure raisonnable, coefficient de formage de soudure ψ = b / h ＞ 1, éviter les soudures 'en forme de poire étroites et profondes, empêcher les cristaux colonnes de se rencontrer au centre de la soudure, de produire une ségrégation centrale et une forme une fracture fragile; Utilisez le soudage multicouche et multi-passagers pour perturber l'agrégation de ségrégation. Il convient de noter que le courant de soudage excessif formera également une soudure 'en forme de poire.

(2) Contrôler les spécifications de soudage:

un. Utilisez l'énergie de la ligne de soudage plus petite (appropriée). Pour l'acier inoxydable austénitique (à base de nickel), utilisez autant que possible l'énergie de la ligne de soudage plus petite (pas de préchauffage, pas de balançoire ou moins de balançoire, de soudage rapide, petit courant), contrôler strictement la température intercouche, afin de raccourcir le temps de séjour de la résidence de le métal de soudure dans la zone à haute température; né Faites attention à la protection lors de la fermeture de l'arc, fermez lentement l'arc et remplissez la fosse d'arc pour empêcher la ségrégation de la fosse d'arc et les fissures thermiques;

c. Évitez les réparations multiples autant que possible pour empêcher les défauts du réseau d'agglomérer et de générer des fissures thermiques polygonales;

d. Prenez des mesures pour minimiser le stress articulaire, éviter la concentration de stress et réduire la rigidité près de la soudure. Disposez correctement la séquence de soudage et essayez de faire la plupart des soudures soudées à une raideur plus petite pour leur permettre de rétrécir.

Quatrièmement, réchauffer les fissures

Les fissures de réchauffage se réfèrent aux articulations soudées de certains aciers à haute résistance à faible résistance et des aciers résistants à la chaleur contenant des éléments en alliage tels que le vanadium, le chrome, le molybdène et le bore. Pendant le processus de chauffage (tel que le recuit du soulagement du stress, le soudage multicouche multicouche, les travaux à haute température, etc.), ils se produisent dans la zone à grains grossiers de la zone touchée par la chaleur et se fissure le long du grain d'austénite d'origine frontières. Ils sont également appelés fissures de recuit des soulagement du stress (fissures SR). Les fissures de réchauffage proviennent de la zone à grains grossiers de la zone touchée par la chaleur de la soudure et ont les caractéristiques de la fracture des frontières des grains, et la plupart des fissures se produisent dans les zones concentrées sur le contrainte.

Mesures préventives

1. Lors de la sélection des matériaux, l'attention doit être accordée aux éléments de formation de carbure qui peuvent provoquer des précipitations, en particulier le contenu V. Lorsque l'acier à V-V doit être utilisé, une attention particulière doit être accordée pendant le soudage et le traitement thermique.

2. Éviter les zones sensibles à l'abattage pendant le traitement thermique peut réduire la possibilité de réchauffe. Si nécessaire, des tests de processus de traitement thermique doivent être effectués avant le traitement thermique.

3. Minimiser la contrainte résiduelle et la concentration de contrainte, réduire la hauteur excessive, éliminer la sous-cutation, une pénétration incomplète et d'autres défauts, et broyer l'excès de hauteur et l'orteil de soudure pour lisser si nécessaire; Augmentez la température de préchauffage, le refroidissement lent après le soudage et réduisez le stress résiduel.

4. Énergie de ligne appropriée pour éviter la surchauffe de la zone touchée par la chaleur et des grains grossiers.

5. Sur la prémisse de répondre aux exigences de conception, sélectionnez une tige de soudage avec une qualité de résistance inférieure pour libérer une partie du stress éliminée par le processus de traitement thermique, afin que la contrainte soit détendue dans la soudure, ce qui est bon pour réduire les fissures de réchauffage .