Уголок расходных материалов: решение проблем с трещинами в сварных швах с использованием хрома 4150

Вопрос: В настоящее время мы производим продукцию, состоящую из стальной трубы 4150 диаметром 30 дюймов и толщиной 2 дюйма, приваренной к стальной пластине 1018 толщиной 3 дюйма. Труба имеет диаметр 3/8 дюйма. скос и соединяем его трехпроходной сваркой. Недавно мы перешли с присадочного металла ER80, содержащего 1 процент никеля, на присадочный металл ER70S-6. Теперь мы наблюдаем растрескивание сварного шва, которое проходит рядом с кончиками сварного шва на стороне 4150, а иногда и в металле сварного шва. Мы используем предварительный нагрев до 400 градусов по Фаренгейту. Есть ли у вас какие-либо предложения, как устранить растрескивание?

Ответ: Данная проблема совсем не редкость при сварке хромомолибденовых (CrMo) или высокопрочных, низколегированных сталей. Сначала вы должны понять свойства материала.

Сталь AISI/SAE 1018 относится к низкоуглеродистой (от 0,05 до 0,3 процента углерода) марке и имеет диапазон содержания углерода от 0,14 до 0,2 процента. Он имеет минимальный предел текучести (YS) 53 700 фунтов на квадратный дюйм и предел прочности на разрыв (UTS) 63 800 фунтов на квадратный дюйм. Поскольку содержание углерода относительно низкое и нет других важных легирующих элементов, которые могли бы резко увеличить углеродный эквивалент, во время сварки больше нечего учитывать. Однако из-за толщины сварного шва мы рекомендуем некоторый предварительный подогрев сварного шва.

AISI/SAE 4150 считается сталью, легированной CrMo серии 41XX. Различные марки имеют немного разные легирующие составы и обозначаются двумя последними цифрами обозначения SAE, которые обозначают содержание углерода. Она также считается среднеуглеродистой (от 0,3 до 0,8 процента углерода) маркой стали с содержанием углерода от 0,48 до 0,53 процента, отсюда и цифра «50» в названии. Механические свойства выше по сравнению со сталью 1018. Сталь 4150 имеет минимальное давление YS 55 100 фунтов на квадратный дюйм и UTS 106 000 фунтов на квадратный дюйм в отожженном состоянии. Из-за повышенного содержания углерода при добавлении сплавов и расчетного углеродного эквивалента примерно 0,88 требуется предварительный нагрев перед сваркой, а также соображения после сварки.

Что касается вашего заявления, три вещи усложняют его. Во-первых, значительная толщина материала соответствует высокой скорости охлаждения. Во-вторых, высокопрочная легированная сталь обычно имеет микроструктуру, склонную к образованию мартенсита и потенциальному водородному растрескиванию. В-третьих, сварная конструкция «труба-пластина» считается конфигурацией сварного соединения с высокими ограничениями.

Вы заявили, что ранее использовали продукт ER80, который содержал 1 процент никеля и никогда не трескался. В зависимости от параметров сварного шва, подвода тепла и размера сварного шва содержание никеля может отвечать за стойкость к послесварочному растрескиванию. Переход на электрод ER70S-6 не должен был вызвать никаких проблем, поскольку пластина 1018 является определяющим материалом для подбора присадочного металла. Помните, что общее правило — использовать материал с более низкой прочностью.

Отсутствуют несколько переменных, которые могли бы помочь нам проанализировать проблему, например состояние основного материала (т. е. отожженный или нормализованный), тип защитного газа, тип или процесс сварочного электрода, размер сварного шва, техника и все связанные параметры сварки. Кроме того, какую процедуру после сварки вы соблюдали?

Учитывая высокий углеродный эквивалент материала 4150 и толщину 2 дюйма, мы рекомендуем применять предварительный нагрев минимум до 600 градусов по Фаренгейту перед любыми сварочными работами, включая прихваточную сварку. Часто люди пропускают предварительный нагрев перед прихваточной сваркой и сборкой. Прихваточная сварка по-прежнему считается сваркой, а из-за экстремальной температуры сварочной дуги и холодного основного материала прихваточный шов невероятно быстро остывает вместе с зоной термического влияния (ЗТВ), что приводит к образованию небольших трещин в чувствительном материале. Как только трещина образовалась, ничто не может помешать ее распространению и возникновению неисправности.

Перед сборкой выполните равномерный и тщательный предварительный нагрев. Прихваткой приварите компоненты на место, сохраняя минимальный предварительный нагрев. Полностью сварите соединение до того, как оно остынет, используя сварные швы диаметром от ¼ до 5/16 дюйма. филе. По возможности убедитесь, что сварные швы вокруг трубы непрерывны, или сварите противоположные секции, чтобы сбалансировать напряжения усадки сварного шва.