تصنف شقوق اللحام حسب طبيعتها إلى شقوق ساخنة، وشقوق إعادة تسخين، وشقوق باردة، وتمزقات صفائحية، وما إلى ذلك. وفيما يلي شرح تفصيلي لأسباب وخصائص وطرق الوقاية من الشقوق المختلفة.
01
الشقوق الساخنة
ويحدث عند درجات حرارة عالية أثناء اللحام ولذلك يسمى بالشرخ الساخن. ويتميز بالتشقق على طول حدود الحبوب الأوستينيتية الأصلية. اعتمادًا على المواد المعدنية الملحومة (الفولاذ عالي القوة ذو السبائك المنخفضة والفولاذ المقاوم للصدأ والحديد الزهر وسبائك الألومنيوم وبعض المعادن الخاصة، وما إلى ذلك)، يختلف أيضًا الشكل ونطاق درجة الحرارة والأسباب الرئيسية للشقوق الساخنة. في الوقت الحاضر، تنقسم الشقوق الحرارية إلى ثلاث فئات: الشقوق البلورية، والشقوق التميع، والشقوق متعددة الأطراف.
صورة
(1) الشقوق الكريستالية
يحدث بشكل رئيسي في لحام الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ المنخفضة التي تحتوي على المزيد من الشوائب (التي تحتوي على نسبة عالية من S، P، C، Si) والفولاذ الأوستنيتي أحادي الطور، والسبائك القائمة على النيكل وبعض اللحامات من سبائك الألومنيوم. يحدث هذا النوع من التشققات أثناء عملية تبلور اللحام بالقرب من الخط الصلب. بسبب انكماش المعدن المتصلب، فإن المعدن السائل المتبقي غير كافي ولا يمكن ملؤه في الوقت المناسب. يحدث التشقق بين الحبيبات تحت تأثير الإجهاد.
التدابير الوقائية والرقابية هي: فيما يتعلق بالعوامل المعدنية، ضبط تكوين معدن اللحام بشكل مناسب، وتقصير نطاق منطقة درجة الحرارة الهشة، والتحكم في محتوى الشوائب الضارة مثل الكبريت والفوسفور والكربون في اللحام؛ صقل الحبوب الأولية لمعدن اللحام، أي إضافة Mo وV وTi وNb وعناصر أخرى بشكل مناسب؛ ومن حيث التكنولوجيا، يمكن الوقاية منه عن طريق التسخين المسبق قبل اللحام، والتحكم في طاقة الخط، وتقليل تقييد المفاصل، وما إلى ذلك.
(2) تسييل الشقوق بالقرب من منطقة التماس
إنه نوع من الشقوق الصغيرة التي تتشقق على طول حدود الحبوب الأوستينيتية. حجمه صغير جدًا ويحدث في المنطقة القريبة من مناطق التماس أو بين الطبقات. يرجع تكوينه عمومًا إلى حقيقة أن المعدن الموجود في منطقة التماس القريبة أو المعدن الموجود بين طبقات اللحام أثناء اللحام يتسبب في إعادة صهر التركيبة سهلة الذوبان منخفضة الذوبان على حدود حبيبات الأوستينيت في هذه المناطق عند درجات حرارة عالية. تحت تأثير إجهاد الشد، تشكل الشقوق الحبيبية ذات التركيبة سهلة الانصهار المنخفضة شقوق الأوستينيت شقوق التميع.
إن تدابير الوقاية والسيطرة على هذا النوع من الشقوق هي في الأساس نفس إجراءات الشقوق البلورية. خاصة في علم المعادن، فهو فعال جدًا لتقليل محتوى العناصر سهلة الانصهار مثل الكبريت والفوسفور والسيليكون والبورون قدر الإمكان؛ من حيث التكنولوجيا، يمكن أن يقلل من طاقة الخط ويقلل من تقعر خط الاندماج في البركة المنصهرة.
(3) الشقوق المضلعة
وينتج عن انخفاض اللدونة عند درجات الحرارة المرتفعة أثناء تكوين المضلعات. هذا النوع من التشققات ليس شائعًا، ويمكن أن تشمل إجراءات الوقاية والسيطرة الخاصة به إضافة عناصر مثل Mo، W، Ti، وما إلى ذلك إلى اللحام لزيادة طاقة الإثارة متعددة الأطراف.
02
إعادة تسخين الكراك
يحدث عادةً في أنواع معينة من الفولاذ والسبائك ذات درجة الحرارة العالية التي تحتوي على عناصر تقوية الترسيب (بما في ذلك الفولاذ عالي القوة ذو السبائك المنخفضة، والفولاذ المقاوم للحرارة البرليتية، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية المقواة بالترسيب، وبعض الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي). لم يتم العثور على الشقوق بعد اللحام. بدلا من ذلك، حدثت الشقوق أثناء عملية المعالجة الحرارية. تحدث شقوق إعادة التسخين في الأجزاء ذات الحبيبات الخشنة المحمومة في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة، واتجاهها هو التوسع على طول حدود الحبيبات الخشنة الأوستنيتية لخط الاندماج.
فيما يتعلق باختيار المواد لمنع إعادة التسخين، يمكن استخدام الفولاذ ذو الحبيبات الدقيقة. فيما يتعلق بالتكنولوجيا، استخدم طاقة خطية أصغر، واستخدم درجة حرارة تسخين أعلى وإجراءات تسخين لاحقة، واستخدم مواد لحام منخفضة المطابقة لتجنب تركيز الإجهاد.
03
الكراك البارد
يحدث بشكل رئيسي في منطقة اللحام المتأثرة بحرارة الفولاذ الكربوني العالي والمتوسط، وسبائك الفولاذ المنخفضة والمتوسطة، ولكن في بعض الأحيان تحدث شقوق باردة أيضًا في اللحامات في بعض المعادن، مثل بعض الفولاذ عالي القوة والتيتانيوم وسبائك التيتانيوم. بشكل عام، فإن ميل التصلب لنوع الفولاذ، ومحتوى الهيدروجين وتوزيع المفصل الملحوم، وحالة إجهاد القيد للمفصل هي العوامل الثلاثة الرئيسية التي تسبب الشقوق الباردة أثناء لحام الفولاذ عالي القوة. تحت تأثير عنصر الهيدروجين وإجهاد الشد، يشكل هيكل المارتنسيت بعد اللحام شقوقًا باردة. يكون تكوينها عمومًا عبر الحبيبات أو بين الحبيبات. تنقسم الشقوق الباردة عمومًا إلى شقوق إصبع اللحام، وشقوق خرزية اللحام، وشقوق الجذر.
يمكن أن يبدأ منع الشقوق الباردة والسيطرة عليها من ثلاثة جوانب: التركيب الكيميائي لقطعة العمل، واختيار مواد اللحام وإجراءات العملية. وينبغي استخدام المواد ذات مكافئات الكربون المنخفضة قدر الإمكان؛ يجب استخدام الأقطاب الكهربائية منخفضة الهيدروجين كمواد لحام، ويجب استخدام المطابقة منخفضة القوة في اللحامات. يمكن أيضًا استخدام مواد اللحام الأوستنيتي للمواد ذات الميل العالي للتكسير على البارد؛ يجب التحكم بشكل معقول في الطاقة الخطية والتسخين المسبق والتسخين اللاحق. المعالجة الحرارية هي إجراء عملي لمنع التشقق البارد.
في إنتاج اللحام، نظرًا لاختلاف أنواع الفولاذ ومواد اللحام المستخدمة، ونوع الهيكل وصلابته، وظروف البناء المحددة، قد تحدث أشكال مختلفة من الشقوق الباردة. ومع ذلك، يتم مواجهة التشقق المتأخر بشكل رئيسي في الإنتاج.
يأتي التشقق المتأخر في ثلاثة أشكال:
(1) صدع اللحام - ينشأ هذا النوع من الشقوق من السطح البيني بين المعدن الأساسي واللحام، وله مواقع تركيز ضغط واضحة. غالبًا ما يكون اتجاه الشق موازيًا لخرزة اللحام، ويبدأ عمومًا من سطح إصبع اللحام ويمتد إلى عمق المعدن الأساسي.
(2) الشقوق تحت حبة اللحام - يحدث هذا النوع من الشقوق غالبًا في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة مع ميل كبير للتصلب ومحتوى عالي من الهيدروجين. بشكل عام، يكون اتجاه الشق موازيًا لخط الاندماج.
(3) صدع الجذر - هذا النوع من الشقوق هو شكل شائع من الشقوق المتأخرة، والذي يحدث بشكل رئيسي عندما يكون محتوى الهيدروجين مرتفعًا وتكون درجة حرارة التسخين المسبق غير كافية. يشبه هذا النوع من الشقوق صدع إصبع اللحام وينشأ من جذر اللحام حيث يكون تركيز الإجهاد أكبر. قد تحدث تشققات جذرية في الجزء الخشن الحبيبات من المنطقة المتأثرة بالحرارة أو في معدن اللحام.
إن ميل التصلب لنوع الفولاذ، ومحتوى الهيدروجين وتوزيع المفصل الملحوم، وحالة إجهاد التقييد للمفصل هي العوامل الثلاثة الرئيسية التي تسبب الشقوق الباردة أثناء لحام الفولاذ عالي القوة. وهذه العوامل الثلاثة مترابطة ويعزز بعضها بعضا في ظل ظروف معينة.
يتم تحديد ميل التصلب لأنواع الفولاذ بشكل أساسي من خلال التركيب الكيميائي وسمك اللوحة وعملية اللحام وظروف التبريد. عند اللحام، كلما زاد ميل التصلب للنوع الفولاذي، أصبح من الأسهل إنتاج الشقوق. لماذا يتشقق الفولاذ بعد تصلبه؟ ويمكن تلخيص ذلك في الجانبين التاليين:
(1) تكوين بنية مارتنسيت هشة وصلبة - مارتنسيت هو محلول صلب مفرط التشبع من الكربون في الحديد. توجد ذرات الكربون كذرات خلالية في الشبكة البلورية، مما يتسبب في انحراف ذرات الحديد عن موضع التوازن وتغيير الشبكة البلورية. يؤدي التشوه الكبير إلى جعل الأنسجة في حالة تصلب. خاصة في ظل ظروف اللحام، تكون درجة حرارة التسخين في منطقة التماس قريبة جدًا، مما يتسبب في نمو حبيبات الأوستينيت بشكل خطير. عندما يبرد بسرعة، سوف يتحول الأوستينيت الخشن إلى مارتنسيت الخشن. يمكن معرفة من نظرية قوة المعادن أن المارتنسيت عبارة عن بنية هشة وصلبة، تستهلك طاقة أقل عند حدوث الكسر. ولذلك، عندما يكون مارتنسيت موجودًا في الوصلة الملحومة، فمن السهل أن تتشكل وتتوسع الشقوق.
(2) سوف يشكل التصلب المزيد من عيوب الشبكة - سيشكل المعدن عددًا كبيرًا من عيوب الشبكة في ظل ظروف عدم التوازن الحراري. هذه العيوب شعرية هي في المقام الأول الشواغر والاضطرابات. ومع زيادة الإجهاد الحراري في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة، فإن الشواغر والخلع سوف تتحرك وتتجمع في ظل ظروف الإجهاد وعدم التوازن الحراري. عندما يصل تركيزها إلى قيمة حرجة معينة، سوف تتشكل مصادر الشقوق. في ظل العمل المستمر للضغط، سوف تستمر الشقوق العيانية في التوسع والتشكل.
يعد الهيدروجين أحد العوامل المهمة المسببة للتشققات الباردة في لحام الفولاذ عالي القوة، وله خصائص متأخرة. ولذلك، فإن الشقوق المتأخرة الناجمة عن الهيدروجين تسمى "التشقق الناجم عن الهيدروجين" في العديد من الوثائق. أثبتت الدراسات التجريبية أنه كلما زاد محتوى الهيدروجين في الوصلات الملحومة الفولاذية عالية القوة، زادت الحساسية للتشققات. عندما يصل محتوى الهيدروجين في منطقة محلية إلى قيمة حرجة معينة، ستبدأ الشقوق في الظهور. تسمى هذه القيمة القيمة الحرجة لتوليد الكراك. محتوى الهيدروجين [H]كر.
تختلف قيمة [H] cr للتكسير البارد في مختلف أنواع الفولاذ، وترتبط بالتركيب الكيميائي وقوة الفولاذ ودرجة حرارة التسخين المسبق وظروف تبريد الفولاذ.
(1) أثناء اللحام، الرطوبة في مادة اللحام، الصدأ، بقع الزيت في أخدود اللحام، والرطوبة البيئية كلها أسباب اللحامات الغنية بالهيدروجين. في ظل الظروف العادية، تكون كمية الهيدروجين في المعدن الأساسي وسلك اللحام صغيرة جدًا، ولكن لا يمكن تجاهل الرطوبة الموجودة في طلاء القطب الكهربائي والرطوبة الموجودة في الهواء، لتصبح المصدر الرئيسي للهدرجة.
(2) تختلف قدرات ذوبان وانتشار الهيدروجين في الهياكل المعدنية المختلفة. قابلية ذوبان الهيدروجين في الأوستينيت أكبر بكثير من ذوبان الفريت. لذلك، أثناء الانتقال من الأوستينيت إلى الفريت أثناء اللحام، تنخفض قابلية ذوبان الهيدروجين فجأة. وفي الوقت نفسه، فإن معدل انتشار الهيدروجين هو عكس ذلك تمامًا، حيث يزداد فجأة عند التحول من الأوستينيت إلى الفريت.
تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة أثناء اللحام، سيتم إذابة كمية كبيرة من الهيدروجين في البركة المنصهرة. أثناء عملية التبريد والتصلب اللاحقة، بسبب الانخفاض الحاد في قابلية الذوبان، سوف يهرب الهيدروجين قدر الإمكان، ولكن بسبب التبريد السريع، لن يكون لدى الهيدروجين وقت للهروب. يبقى في معدن اللحام لتكوين الهيدروجين المنتشر.
04
المسيل للدموع الصفحي
إنه تشقق داخلي بسبب درجات الحرارة المنخفضة. ويقتصر على المعدن الأساسي أو المنطقة المتضررة من حرارة اللحام من الصفائح السميكة، ويحدث في الغالب في المفاصل من النوع "L" و"T" و"+". يتم تعريفه على أنه صدع بارد يشبه الخطوة يحدث في المادة الأساسية لأن لدونة اللوحة الفولاذية السميكة المدرفلة في اتجاه السُمك ليست كافية لتحمل إجهاد انكماش اللحام في هذا الاتجاه. بشكل عام، يرجع السبب في ذلك إلى أنه أثناء عملية درفلة الألواح الفولاذية السميكة، يتم دحرجة بعض الشوائب غير المعدنية في الفولاذ إلى شوائب على شكل شريط موازية لاتجاه التدحرج. تسبب هذه الادراج الموصلية متباين الخواص في الخواص الميكانيكية للوحة الفولاذ. لمنع تمزق الصفائح، يمكنك استخدام الفولاذ المكرر في اختيار المواد، أي استخدام ألواح فولاذية ذات أداء عالي في اتجاه z. يمكنك أيضًا تحسين تصميم المفصل لتجنب اللحامات أحادية الجانب أو عمل أخاديد على الجانب الذي يتحمل إجهاد الاتجاه z.
يختلف تمزيق الصفائح عن التكسير البارد. ولا يرتبط حدوثه بمستوى قوة نوع الفولاذ، ولكنه يرتبط بشكل أساسي بكمية التضمين وشكل التوزيع في الفولاذ. بشكل عام، يمكن أن تحدث التمزقات الصفائحية في الصفائح الفولاذية السميكة المدرفلة، مثل الفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ عالي القوة ذو السبائك المنخفضة، وحتى صفائح سبائك الألومنيوم. يمكن تقسيم التمزقات الصفائحية تقريبًا إلى ثلاث فئات وفقًا لموقعها:
النوع الأول هو تمزق الصفائح الناتج عن الشقوق الباردة في مقدمة اللحام أو جذر اللحام في المنطقة المتضررة من حرارة اللحام.
النوع الثاني هو التشقق المتضمن على طول منطقة اللحام المتأثرة بحرارة اللحام، وهو التمزق الصفائحي الأكثر شيوعًا في الهندسة.
النوع الثالث من التشقق المتضمن في المعدن الأساسي بعيدًا عن المنطقة المتأثرة بالحرارة يحدث عمومًا في هياكل الصفائح السميكة التي تحتوي على المزيد من شوائب رقائق MnS.
صورة
يرتبط شكل التمزق الصفائحي ارتباطًا وثيقًا بنوع الشوائب وشكلها وتوزيعها وموقعها. عندما تهيمن شوائب MnS القشرية على طول اتجاه التدحرج، يكون للتمزق الصفائحي شكل خطوة واضح، عندما تهيمن عليه شوائب السيليكات، يكون خطيًا، وعندما تهيمن عليه شوائب Al، يكون غير منتظم. صعدت.
عند لحام هياكل الألواح السميكة، وخاصة على شكل حرف T والمفاصل الزاوية، تحت قيود صارمة، فإن انكماش اللحام سوف ينتج عنه إجهاد شد كبير وإجهاد في اتجاه سمك المعدن الأساسي. عندما يتجاوز الضغط مرونة المعدن الأساسي، عندما تحدث قدرة التشوه، سوف تنفصل الشوائب والمصفوفة المعدنية وستحدث شقوق صغيرة. في ظل العمل المستمر للضغط، سوف تتوسع أطراف الشقوق على طول المستوى حيث توجد الشوائب، وتشكل ما يسمى "المنصة".
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على التمزقات الصفائحية، بما في ذلك الجوانب التالية بشكل رئيسي:
(1) إن نوع وكمية وشكل توزيع الشوائب غير المعدنية هي السبب الأساسي للتمزق الصفائحي. هذا هو السبب الأساسي لتباين الخواص الميكانيكية للصلب.
(2) إجهاد ضبط النفس في الاتجاه Z
تتحمل الهياكل الملحومة ذات الجدران السميكة ضغوط تقييد مختلفة في الاتجاه Z، وضغوط وأحمال متبقية بعد اللحام أثناء عملية اللحام، وهي الظروف الميكانيكية التي تسبب تمزق الصفائح.
(3) تأثير الهيدروجين
من المعتقد عمومًا أن الهيدروجين عامل مؤثر مهم في تمزق الصفائح الناجم عن التشقق البارد بالقرب من المنطقة المتأثرة بالحرارة.
نظرًا لأن تمزيق الصفائح له تأثير كبير والمخاطر خطيرة جدًا، فمن الضروري الحكم على حساسية الفولاذ لتمزيق الصفائح قبل البناء.
تتضمن طرق التقييم شائعة الاستخدام انكماش منطقة الشد في الاتجاه Z وطريقة الإجهاد الحرج في الاتجاه Z. من أجل منع تمزق الصفائح، يجب ألا يقل انكماش المساحة عن 15%. بشكل عام، من المتوقع أن يكون 15 ~ 20٪. عند 25%، تعتبر المقاومة الصفائحية للتمزق ممتازة.
لمنع تمزق الصفائح، ينبغي اتخاذ التدابير بشكل رئيسي من الجوانب التالية:
(1) الصلب المكرر
يمكن استخدام طريقة إزالة الكبريت المبكرة من الحديد المنصهر والتفريغ الفراغي على نطاق واسع لصهر الفولاذ منخفض الكبريت للغاية مع محتوى الكبريت 0.003~0.005% فقط، وانكماش مقطعه (Z) الاتجاه) يمكن أن تصل إلى 23 ~ 25%.
(2) التحكم في شكل شوائب الكبريتيد
إنه يحول MnS إلى كبريتيدات عناصر أخرى، مما يجعل من الصعب استطالته أثناء الدرفلة على الساخن، وبالتالي تقليل تباين الخواص. العناصر المضافة المستخدمة على نطاق واسع حاليا هي الكالسيوم والعناصر الأرضية النادرة. يمكن للصلب المعالج على النحو الوارد أعلاه أن ينتج ألواح فولاذية صفائحية مقاومة للتمزق مع انكماش منطقة الاتجاه Z بنسبة 50 إلى 70٪.
(3) من منظور منع تمزق الصفائح، فإن عملية التصميم والبناء تهدف بشكل أساسي إلى تجنب إجهاد الاتجاه Z وتركيز الإجهاد. التدابير المحددة هي كما يلي:
1) يجب تجنب اللحامات الأحادية قدر الإمكان. يمكن أن يؤدي استخدام اللحامات الثنائية بدلاً من ذلك إلى تخفيف حالة الإجهاد في منطقة جذر اللحام ومنع تركيز الإجهاد.
2) استخدم اللحامات المتناظرة مع كمية صغيرة من اللحام بدلاً من اللحامات كاملة الاختراق مع كمية كبيرة من اللحام لتجنب الإجهاد المفرط.
3) يجب عمل مشطوف على الجانب الذي يتحمل إجهاد الاتجاه Z.
4) بالنسبة للمفاصل على شكل حرف T، يمكن لحام طبقة من مادة اللحام منخفضة القوة مسبقًا على اللوحة الأفقية لمنع تشققات جذور اللحام وأيضًا تخفيف إجهاد اللحام.
5) من أجل منع تمزق الصفائح الناجم عن التكسير البارد، يجب اتخاذ بعض التدابير لمنع التكسير البارد قدر الإمكان، مثل تقليل كمية الهيدروجين، زيادة التسخين المسبق بشكل مناسب، التحكم في درجة حرارة الطبقة البينية، إلخ.
