Rozwój przemysłu stalowego, petrochemicznego, stoczniowego i energetycznego spowodował, że konstrukcje spawane zmierzają w kierunku dużej skali, dużej wydajności i wysokich parametrów, a niektóre z nich nadal pracują w niskich temperaturach, w środowiskach kriogenicznych, korozyjnych i innych środowiskach.
Dlatego też szeroko stosowane są różne stale niskostopowe o wysokiej wytrzymałości, stale średnio- i wysokostopowe, stale superwytrzymałe i różne materiały stopowe. Jednak wraz z zastosowaniem tych gatunków stali i stopów pojawia się wiele nowych problemów w produkcji spawalniczej, wśród których najczęstszym i najpoważniejszym są pęknięcia spawalnicze.
Pęknięcia czasami pojawiają się podczas spawania, a czasami podczas umieszczania lub pracy i są to tzw. pęknięcia opóźnione. Ponieważ takich pęknięć nie można wykryć w procesie produkcji, uszkodzenia spowodowane takimi pęknięciami są jeszcze poważniejsze. Istnieje wiele rodzajów pęknięć generowanych w procesie spawania. Zgodnie z aktualnymi badaniami, w zależności od charakteru pęknięć, można je z grubsza podzielić na następujące pięć kategorii:
Nr 1. Pęknięcie gorące
Pęknięcia na gorąco powstają w wysokich temperaturach podczas spawania, dlatego nazywane są pęknięciami na gorąco. W zależności od materiału spawanego metalu, kształt, zakres temperatur i główny powód pęknięcia na gorąco również są różne. Dlatego pęknięcie na gorąco dzieli się na trzy kategorie: pęknięcie krystalizacyjne, pęknięcie upłynniające i pęknięcie wielokątne.
1. Pęknięcia kryształu
W późnym stadium krystalizacji, ciekła warstwa utworzona przez eutektykę o małej objętości osłabia połączenia między ziarnami, a pod wpływem naprężeń rozciągających pojawiają się pęknięcia.
Występuje głównie w spoinach stali węglowej i stali niskostopowej z większą ilością zanieczyszczeń (wysoka zawartość siarki, fosforu, żelaza, węgla i krzemu) oraz spoinach stali austenitycznej jednofazowej, stopów na bazie niklu i niektórych stopów aluminium w środku. W pojedynczych przypadkach pęknięcia krystaliczne mogą również występować w strefie wpływu ciepła.
2. Pęknięcie w wyniku skraplania w wysokiej temperaturze
Pod wpływem szczytowej temperatury cyklu cieplnego spawania następuje przetopienie w strefie wpływu ciepła oraz pomiędzy warstwami spoiny wielowarstwowej, a pod wpływem naprężeń powstają pęknięcia.
Występuje głównie w stalach o wysokiej wytrzymałości zawierających chrom i nikiel, stalach austenitycznych i niektórych stopach na bazie niklu w strefie spoiny lub między spoinami wielowarstwowymi. Gdy zawartość siarki, fosforu i węgla krzemowego w metalu bazowym i drucie spawalniczym jest wysoka, tendencja do pękania przez upłynnienie znacznie wzrośnie.
3. Pęknięcia wielostronne
W zestalonej fazie krystalizacji, pod wpływem wysokiej temperatury i naprężeń, defekty sieci przemieszczają się i agregują, tworząc granicę wtórną, która w wysokiej temperaturze znajduje się w stanie niskoplastycznym, a pod wpływem naprężeń tworzą się pęknięcia.
Pęknięcia wielostronne występują najczęściej w spoinach czystych metali lub jednofazowych stopów austenitycznych lub w okolicy spoiny i należą do typu pęknięć gorących.
Nr 2. Podgrzewanie pęknięć
W przypadku stali o grubej strukturze spawanej blachy i niektórych elementach stopowych wzmacniających wydzieleniowo, pęknięcia, które występują w gruboziarnistych częściach strefy wpływu ciepła spawania podczas obróbki cieplnej odprężającej lub eksploatacji w określonej temperaturze, nazywane są pęknięciami ponownego nagrzewania. Pęknięcia ponownego nagrzewania występują głównie w gruboziarnistych częściach strefy wpływu ciepła spawania niskostopowych stali o wysokiej wytrzymałości, perlitycznych stali żaroodpornych, austenitycznych stali nierdzewnych i niektórych stopów na bazie niklu.
Nr 4. Pęknięcia zimne
Pęknięcia zimne to powszechny rodzaj pęknięć powstających podczas spawania, które powstają, gdy temperatura jest obniżana po spawaniu. Pęknięcia zimne występują głównie w strefie wpływu ciepła spawania stali niskostopowej, stali średniostopowej, stali średniowęglowej i wysokowęglowej. W indywidualnych przypadkach, takich jak spawanie stali o bardzo wysokiej wytrzymałości lub niektórych stopów tytanu, pęknięcia zimne pojawiają się również na metalu spoiny.
W zależności od rodzaju stali i konstrukcji przeznaczonych do spawania, występują także różne rodzaje pęknięć na zimno, które można podzielić na trzy kategorie:
1. Opóźnione pęknięcie
Jest to częsta forma pęknięcia na zimno. Jej główną cechą jest to, że nie pojawia się ona bezpośrednio po spawaniu, lecz ma pewien okres inkubacji. Jest to pęknięcie o opóźnionej charakterystyce, powstające pod wpływem łącznego działania zahartowanej struktury, wodoru i naprężeń ograniczających.
2. Gaszenie pęknięć
Tego rodzaju pęknięcia zasadniczo nie pojawiają się z opóźnieniem, ujawniają się bezpośrednio po spawaniu, czasami występują w spoinie, czasami w strefie wpływu ciepła.
Przeważnie jest to struktura utwardzona, pęknięcia powstają pod wpływem naprężeń spawalniczych.
3. Pęknięcia o niskiej kruchości plastycznej
W przypadku niektórych materiałów o niskiej plastyczności, gdy są zimne do niskich temperatur, odkształcenie spowodowane siłą skurczu przekracza zapas plastyczności samego materiału lub pęknięcia spowodowane przez kruchość materiału. Ponieważ powstaje w niższej temperaturze, jest to również inna forma pękania na zimno, ale nie występuje zjawisko opóźnienia.
Nr 4. Rozdarcie laminarne
W procesie produkcyjnym dużych platform wydobywczych ropy naftowej oraz grubościennych zbiorników ciśnieniowych czasami pojawiają się pęknięcia schodkowe równoległe do kierunku walcowania, tzw. rozdarcia laminarne.
Głównie z powodu istnienia warstwowych wtrąceń (wzdłuż kierunku walcowania) wewnątrz blachy stalowej oraz naprężeń prostopadłych do kierunku walcowania powstających podczas spawania, co skutkuje „schodkowym” warstwowym kształtem w strefie wpływu ciepła oddalonej od ognia. rozdarcie.
Nr 5. Pękanie korozyjne naprężeniowe
W niektórych konstrukcjach spawanych (np. zbiornikach i rurach) pęknięcia powstają w wyniku jednoczesnego działania środowiska korozyjnego i naprężeń.
Czynniki wpływające na pękanie korozyjne naprężeniowe obejmują materiał konstrukcji, rodzaj medium korozyjnego, kształt konstrukcji, proces produkcji i spawania, materiał spawalniczy i stopień odprężenia. Korozja naprężeniowa występuje podczas eksploatacji.
