Einführung in verschiedene Arten von Schweißrissen

Schweißrisse können aufgrund ihrer Beschaffenheit in Punkte unterteilt werden in Heißrisse, Warmrisse, Kaltrisse, laminierte Risse usw. Im Folgenden wird nur auf die Ursachen verschiedener Risse, Eigenschaften und Präventionsmethoden näher eingegangen.
1. Thermische Risse
Entsteht bei hohen Temperaturen beim Schweißen eine sogenannte thermische Rissbildung, die durch Rissbildung entlang der ursprünglichen Austenitkorngrenzen gekennzeichnet ist. Je nach Schweißgut (niedriglegierter hochfester Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Aluminiumlegierungen und einige Sondermetalle usw.) unterscheiden sich auch die Form der thermischen Rissbildung, der Temperaturbereich und die Hauptursache. Gegenwärtig werden thermische Risse in drei Hauptkategorien unterteilt: Kristallisationsrisse, Verflüssigungsrisse und multilaterale Risse.
(1) Kristallisationsrisse entstehen hauptsächlich in Kohlenstoffstählen mit mehr Verunreinigungen, Schweißnähten aus niedrig legiertem Stahl (mit hohem S-, P-, C- und Si-Gehalt) und einphasigen austenitischen Stählen, Nickelbasislegierungen und einigen Schweißnähten aus Aluminiumlegierungen. Dieser Riss befindet sich im Schweißprozess der Kristallisation, in der Nähe der Festphasenlinie, aufgrund der Verfestigung des Metalls durch Kontraktion, das restliche flüssige Metall reicht nicht aus und kann unter der Einwirkung der Spannung nicht rechtzeitig hinzugefügt werden Entlang des Kristallrisses kommt es zu Rissen.
Vorbeugende Maßnahmen sind: in metallurgischen Faktoren, geeignete Anpassung der Schweißgutzusammensetzung, Verkürzung des Bereichs der spröden Temperaturzone, um Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und andere schädliche Verunreinigungen in der Schweißnaht zu kontrollieren; Verfeinerung der Schweißgutkörnung, d. h. geeignete Zugabe von Elementen wie Mo, V, Ti, Nb usw.; In Bezug auf die Technologie kann es vor dem Schweißen vorgewärmt werden, die Energielinie steuern, die Verbindungsbeschränkungen reduzieren und andere Aspekte verhindern und kontrollieren.
(2) Der Nahtzonen-Verflüssigungsriss ist eine Art Mikroriss, der entlang der Austenitkorngrenze reißt, sehr klein ist und in der Nahtzone der HAZ oder der Zwischenschicht auftritt. Die Ursache liegt im Allgemeinen darin, dass Metall in der Nähe der Naht oder zwischen Schweißzwischenlagen bei hohen Temperaturen geschweißt wird, sodass diese Bereiche der Austenitkorngrenzen auf den niedrig schmelzenden eutektischen Bestandteilen unter der Wirkung der Zugspannung entlang der interkristallinen Austenitschicht wieder aufgeschmolzen werden Rissbildung und die Bildung von Verflüssigungsrissen.
Diese Art von Rissverhinderungs- und -kontrollmaßnahmen und Kristallisationsrissen sind grundsätzlich gleich. Insbesondere in der Metallurgie ist es sehr effektiv, den Gehalt an Schwefel, Phosphor, Silizium, Bor und anderen niedrig schmelzenden eutektischen Bestandteilen so weit wie möglich zu reduzieren; Dabei kann die Linienenergie reduziert und die Konkavität der Schmelzlinie des Schmelzbades verringert werden.
(3) Polygonisierungsrisse werden durch eine sehr geringe Plastizität bei hohen Temperaturen während der Polygonisierungsbildung verursacht. Dieser Riss kommt nicht häufig vor und seine Präventions- und Kontrollmaßnahmen können der Schweißnaht hinzugefügt werden, um die Polygonisierungsanregungsenergie von Elementen wie Mo, W, Ti usw. zu verbessern.
2. Aufwärmen von Rissen
Kommt normalerweise in einigen ausscheidungsverfestigenden Elementen enthaltenden Stählen und Hochtemperaturlegierungen vor (einschließlich niedriglegierter hochfester Stähle, perlitischer hitzebeständiger Stähle, ausscheidungsverfestigter Hochtemperaturlegierungen sowie einigen austenitischen rostfreien Stählen), sie wurden jedoch nicht gefunden Risse nach dem Schweißen, aber bei der Wärmebehandlung entstehen Risse. In der Schweißwärmeeinflusszone der überhitzten Grobkristallteile entstehen Nacherhitzungsrisse, deren Richtung entlang der Schmelzlinie der Korngrenzenerweiterung des Austenit-Grobkristalls verläuft.
Zur Vorbeugung und Kontrolle von Rissen beim Erhitzen können Sie bei der Materialauswahl Feinkornstahl wählen. Wählen Sie verfahrenstechnisch eine kleinere Linienenergie, eine höhere Vorwärmtemperatur und bei den späteren Wärmemaßnahmen einen niedrig passenden Schweißwerkstoff, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.
3. Kalter Riss
Kommt hauptsächlich in der Schweißzone von Stählen mit hohem und mittlerem Kohlenstoffgehalt und niedrig- und mittellegiertem Stahl vor, aber auch bei einigen Metallen, wie z. B. einigen ultrahochfesten Stählen, Titan und Titanlegierungen usw., treten manchmal auch Kaltrisse in der Schweißnaht auf. Im Allgemeinen sind die Verhärtungsneigung der Stahlsorte, der Wasserstoffgehalt und die Verteilung der Schweißverbindungen sowie der Zustand der Grenzspannung der Verbindungen die drei Hauptfaktoren, die beim Schweißen hochfester Stähle zur Entstehung von Kaltrissen führen. Die nach dem Schweißen unter Einwirkung von elementarem Wasserstoff gebildete martensitische Organisation bildet zusammen mit der Zugspannung Kaltrisse. Seine Bildung erfolgt im Allgemeinen durch den Kristall oder entlang des Kristalls. Kaltrisse werden im Allgemeinen in Fußrisse, Risse unter der Schweißnaht und Wurzelrisse eingeteilt.
Die Vermeidung und Bekämpfung von Kaltrissen kann von der chemischen Zusammensetzung des Werkstücks, der Auswahl der Schweißmaterialien und Prozessmaßnahmen in drei Aspekten beeinflusst werden. Es sollte versucht werden, Materialien mit einem geringeren Kohlenstoffäquivalent zu wählen; Schweißzusätze sollten mit Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt ausgewählt werden, Schweißnähte sollten auf eine geringe Festigkeit abgestimmt sein, da das Material eine hohe Kaltrissneigung aufweist, können auch austenitische Schweißzusätze ausgewählt werden; Eine angemessene Kontrolle der Linienenergie, Vorwärmung und Nachwärmebehandlung dient der Verhinderung und Kontrolle der Kaltrissbildung der Prozessmaßnahmen.
Bei der Schweißproduktion kann es aufgrund der Verwendung von Stahl, Schweißmaterialien, verschiedenen Arten von Konstruktionen, Stahl sowie der Konstruktion mit unterschiedlichen spezifischen Bedingungen zu unterschiedlichen Formen von Kaltrissen kommen. In der Produktion kommt es jedoch vor allem häufig zu verzögerter Rissbildung.

Es gibt drei Formen des verzögerten Knackens:
(1) Schweißnahtrisse – Diese Art von Riss entsteht an der Verbindungsstelle zwischen Grundmetall und Schweißnaht und es gibt einen offensichtlichen Spannungskonzentrationsbereich. Die Rissrichtung verläuft häufig parallel zum Schweißkanal und beginnt im Allgemeinen von der Oberfläche des Schweißnahtübergangs bis in die Tiefe des Grundmaterials.
(2) Risse unter dem Schweißkanal – dieser Riss tritt häufig in der Verhärtungstendenz und dem höheren Wasserstoffgehalt der Schweißwärmeeinflusszone auf. Im Allgemeinen verläuft die Rissrichtung parallel zur Schmelzlinie.
(3) Wurzelriss – dieser Riss ist eine häufigere Form der verzögerten Rissbildung und tritt hauptsächlich bei höherem Wasserstoffgehalt und unzureichender Vorwärmtemperatur auf. Diese Art von Riss ähnelt Schweißnahtrissen und entsteht in dem Teil der Schweißnaht, wo die Spannungskonzentration an der Schweißnahtwurzel am größten ist. Wurzelrisse können im Grobkornbereich der Wärmeeinflusszone oder im Schweißgut auftreten.
Die Verhärtungsneigung der Stahlsorte, der Wasserstoffgehalt der Schweißverbindung und dessen Verteilung sowie der Zustand der Verbindung unter der Grenzspannung sind die drei Hauptfaktoren, die beim Schweißen von hochfestem Stahl Kaltrisse verursachen. Diese drei Faktoren hängen miteinander zusammen und verstärken sich unter bestimmten Bedingungen gegenseitig.
Die Verhärtungsneigung der Stahlsorte wird hauptsächlich durch die chemische Zusammensetzung, die Blechdicke, den Schweißprozess und die Abkühlbedingungen bestimmt. Beim Schweißen gilt: Je stärker die Verhärtungsneigung der Stahlsorte ist, desto wahrscheinlicher ist die Entstehung von Rissen. Warum verursacht das Härten von Stahl Risse? Es kann in den folgenden zwei Aspekten zusammengefasst werden.
a: Bildung einer spröden, harten Martensit-Organisation – Martensit ist Kohlenstoff in einer mit Eisen übersättigten festen Lösung, im Gitter sind Kohlenstoffatome mit Zwischengitteratomen vorhanden, so dass die Eisenatome von der Gleichgewichtsposition abweichen, das Gitter erfährt eine große Aberration, was dazu führt die Organisation in einem verhärteten Zustand. Besonders unter Schweißbedingungen ist die Erwärmungstemperatur in der Nähe des Nahtbereichs sehr hoch, so dass das Austenitkornwachstum stark auftritt, wenn der grobe Austenit durch die schnelle Abkühlung in groben Martensit umgewandelt wird. Aus der Theorie der Festigkeit von Metallen lässt sich erkennen, dass Martensit eine spröde und harte Organisation ist, das Auftreten von Brüchen weniger Energie verbraucht und daher bei Schweißverbindungen mit Martensit leicht Risse entstehen und sich ausdehnen können.
b: Durch das Härten entstehen mehr Gitterfehler – Eine große Anzahl von Gitterfehlern entsteht, wenn das Metall thermisch unausgeglichenen Bedingungen ausgesetzt ist. Bei diesen Gitterfehlern handelt es sich hauptsächlich um Leerstellen und Versetzungen. Mit zunehmender thermischer Spannung in der geschweißten Wärmeeinflusszone verschieben sich unter den Bedingungen von Spannung und thermischem Ungleichgewicht sowohl Leerstellen als auch Versetzungen und sammeln sich an. Wenn ihre Konzentration einen bestimmten kritischen Wert erreicht, entsteht eine Rissquelle. Unter anhaltender Spannungseinwirkung kommt es zu einer kontinuierlichen Ausdehnung und zur Bildung makroskopischer Risse.
Wasserstoff ist einer der wichtigen Faktoren, die Kaltrissbildung beim Schweißen von hochfestem Stahl verursachen, und weist die Eigenschaft einer Verzögerung auf. Daher wird die durch Wasserstoff verursachte verzögerte Rissbildung in vielen Fachliteratur als „Wasserstoffrissbildung“ bezeichnet. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass die Rissanfälligkeit umso größer ist, je höher der Wasserstoffgehalt von Schweißverbindungen aus hochfestem Stahl ist. Wenn der lokale Wasserstoffgehalt einen bestimmten kritischen Wert erreicht, treten Risse auf, und dieser Wert wird als kritischer Wasserstoff bezeichnet Gehalt an Rissen [H]cr.
Der [H]cr-Wert für die Kaltrissbildung verschiedener Stähle ist unterschiedlich und hängt mit der chemischen Zusammensetzung des Stahls, dem Stahl, der Vorwärmtemperatur und den Abkühlbedingungen zusammen.
1: Beim Schweißen sind Feuchtigkeit im Schweißmaterial, Rost und Öl an der Schweißnaht sowie Umgebungsfeuchtigkeit Ursachen für die Wasserstoffanreicherung in der Schweißnaht. Im Allgemeinen ist die Menge an Wasserstoff im Grundmaterial und im Draht sehr gering, während die Feuchtigkeit in der Flussmittelhaut der Elektrode und die Feuchtigkeit in der Luft nicht zu vernachlässigen sind und zur Hauptquelle der Wasserstoffanreicherung werden.
2: Die Löslichkeit und Diffusionskapazität von Wasserstoff in verschiedenen Metallorganisationen ist unterschiedlich, die Löslichkeit von Wasserstoff in Austenit ist viel größer als die Löslichkeit in Ferrit. Daher kommt es beim Schweißen vom Übergang Austenit zu Ferrit zu einem plötzlichen Abfall der Löslichkeit von Wasserstoff. Gleichzeitig ist die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoff umgekehrt und nimmt beim Übergang vom Austenit zum Ferrit plötzlich zu.
Beim Schweißen bei hohen Temperaturen wird eine große Menge Wasserstoff im Schmelzbad gelöst. Beim anschließenden Abkühl- und Erstarrungsprozess versucht der Wasserstoff aufgrund der starken Abnahme der Löslichkeit zu entweichen, aber aufgrund der Abkühlung erfolgt dies sehr schnell. so dass der Wasserstoff zu spät entweichen kann und bei der Bildung von Diffusionswasserstoff im Schweißgut zurückgehalten wird.

4. Laminares Reißen
Ist eine innere Tieftemperaturrissbildung. Beschränkt auf das Grundmetall der dicken Blech- oder Schweißzone, die von der Wärme beeinflusst wird, und tritt meist bei Verbindungen vom Typ „L“, „T“ und „+“ auf. Definiert als gewalztes dickes Stahlblech entlang der Dicke reicht die Plastizitätsrichtung nicht aus, um der Richtung der Schweißkontraktion standzuhalten, und es entsteht im Grundmetall ein stufenförmiger Kaltriss. Im Allgemeinen sind aufgrund der dicken Stahlplatte beim Walzprozess einige nichtmetallische Einschlüsse im parallel zur Walzrichtung des Bandes gewalzten Stahl vorhanden, wobei diese Einschlüsse durch die Stahlplatte in den mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Leitfähigkeit verursacht werden. Zur Vorbeugung und Kontrolle laminarer Risse kann bei der Auswahl von Materialien aus veredeltem Stahl ausgewählt werden, d Tragen Sie z auf der Seite der Spannung aus der Fase heraus.
Laminare Rissbildung und Kaltrissbildung sind unterschiedlich, sie führen zu einem Festigkeitsniveau des Stahls und haben nichts zu tun, hauptsächlich mit der Menge an Einschlüssen im Stahl und der Verteilung der Morphologie. Im Allgemeinen treten dicke gewalzte Stahlbleche wie kohlenstoffarmer Stahl, niedriglegierter hochfester Stahl und sogar Aluminiumlegierungsbleche im laminaren Riss auf. Je nach Ort kann der Laminarriss grob in drei Kategorien eingeteilt werden:
Die erste Kategorie ist die Bildung laminarer Risse, die durch Kaltrisse im Schweißnahtfuß oder in der Schweißnahtwurzel in der Wärmeeinflusszone des Schweißens verursacht werden.
Die zweite Kategorie ist die Schweißwärmeeinflusszone entlang der Einschlüsse. Risse sind die häufigste laminare Rissbildung im technischen Bereich.
Die dritte Kategorie liegt außerhalb der Wärmeeinflusszone im Grundmaterial entlang der Rissbildung der Einschlüsse, im Allgemeinen eher in der dicken Plattenstruktur mit mehr MnS-Flockeneinschlüssen.
Laminare Rissmorphologie und Einschlüsse der Art, Form, Verteilung sowie der Lage einer engen Beziehung. Wenn die Walzrichtung entlang der flockigen MnS-Einschlüsse vorherrschend ist, weist das laminare Reißen eine deutliche Stufe auf, während die Silikateinschlüsse in einer geraden Linie vorherrschend sind, wie zum Beispiel Al-Einschlüsse in einer unregelmäßigen Stufe.

Beim Schweißen dicker Plattenstrukturen, insbesondere bei T- und Winkelverbindungen, erfolgt unter starren Zwangsbedingungen die Schweißnahtkontraktion in Richtung der Dicke des Grundmaterials, wodurch große Zugspannungen und Dehnungen erzeugt werden, wenn die Dehnung den Kunststoff übersteigt Verformungsfähigkeit des Grundmetalls, die Einschlüsse und die Metallmatrix werden von der Metallmatrix getrennt und es kommt zu Mikrorissen, wobei die Spannung weiterhin die Rolle der Rissspitze spielt, die sich entlang der Ausdehnungsebene der Einschlüsse befindet, die Bildung von die sog „Plattform“.
Es gibt viele Faktoren, die das laminare Reißen beeinflussen, vor allem in folgenden Aspekten:
1: Nichtmetallische Einschlüsse in Art, Menge und Verteilung der Morphologie sind die wesentliche Ursache für laminare Risse. Sie werden durch die Anisotropie von Stahl und die grundlegenden Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften verursacht.
2: Z-Richtungs-Begrenzungsspannung Dickwandige Schweißkonstruktionen müssen im Schweißprozess unterschiedlichen Z-Richtungs-Begrenzungsspannungen, Restspannungen und Belastungen nach dem Schweißen standhalten. Sie werden durch die mechanischen Bedingungen des laminaren Reißens verursacht.
3: Es wird allgemein angenommen, dass die Wirkung von Wasserstoff in der Nähe der Wärmeeinflusszone liegt, die durch Kaltrissbildung zu laminarem Reißen führt. Wasserstoff ist ein wichtiger Einflussfaktor.
Da die Auswirkungen des Laminarrisses sehr groß sind, ist auch der Schaden sehr schwerwiegend. Daher muss vor dem Bau eine Beurteilung der Anfälligkeit von Stahl für den Laminarriss vorgenommen werden.
Häufig verwendete Bewertungsmethoden sind die Schrumpfung des Zugabschnitts in Z-Richtung und die Methode der kritischen Spannung in Z-Richtung des Stifts. Um ein laminares Reißen zu verhindern, sollte die Schrumpfung des Abschnitts nicht weniger als 15 % betragen. Im Allgemeinen hoffen wir, dass=15 ~ 20 % angemessen sind, und bei 25 %, dass das anti-laminare Reißen ausgezeichnet ist.
Um ein laminares Reißen zu verhindern, sollten Maßnahmen vor allem unter folgenden Aspekten ergriffen werden:
Erstens können bei der Raffinierung von Stahl weit verbreitete Eisenentschwefelungsmethoden und Vakuumentgasung aus dem Schwefelgehalt von nur {{0}}.003 ~ 0,005 % des Stahls mit extrem niedrigem Schwefelgehalt, dessen Querschnittsschrumpfung ( Z-Richtung) kann 23 ~ 25 % erreichen.
Zweitens besteht die Kontrolle der Form von Sulfideinschlüssen darin, MnS in andere Sulfidelemente umzuwandeln, so dass es beim Warmwalzen nur schwer gedehnt werden kann, wodurch die Anisotropie verringert wird. Die derzeit am häufigsten verwendeten Zusatzelemente sind Kalzium und Seltenerdelemente. Mit der oben genannten Behandlung kann der Stahl mit einer Querschnittsschrumpfung in Z-Richtung von 50 bis 70 % hergestellt werden, um laminierten reißfesten Stahlplatten standzuhalten.
Drittens besteht der Entwurfs- und Konstruktionsprozess unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung laminarer Risse hauptsächlich darin, Spannungen und Spannungskonzentrationen in Z-Richtung zu vermeiden. Auf die spezifischen Maßnahmen wird im folgenden Beispiel Bezug genommen:
(1) Es sollte versucht werden, einseitige Schweißnähte zu vermeiden. Anstelle bilateraler Schweißnähte kann der Spannungszustand in der Wurzelzone der Schweißnaht gemildert werden, um Spannungskonzentrationen zu verhindern.
(2) Die Verwendung von symmetrischen Kehlnähten mit weniger Schweißnähten anstelle des Schweißens einer großen Menge vollständiger Schweißnähte durch die Schweißnaht, um keine übermäßige Spannung zu erzeugen.
(3) Die Abschrägung sollte auf der Seite erfolgen, die der Belastung in Z-Richtung ausgesetzt ist.
(4) Bei T-Verbindungen kann eine Schicht aus Schweißmaterial geringer Festigkeit auf der Querplatte vorgeschichtet werden, um Schweißwurzelrisse zu verhindern und auch die Schweißspannung zu mildern.
(5) Um laminare Risse durch Kaltrisse zu verhindern, sollten so weit wie möglich einige Maßnahmen zur Verhinderung von Kaltrissen ergriffen werden, wie z. B. die Reduzierung der Wasserstoffmenge, die Erhöhung der Vorwärmung und die Steuerung der Zwischenschichttemperatur.