Почему шов на ковше трескается на следующий день после сварки? Веди дугу по листу, меняй ток, скорость и подогрев и смотри, как растет зона термического влияния и твердость у шва.
Дуга плавит кромки и проволоку, и после остывания получается металл шва. Граница, где жидкое встретилось с твердым, это линия сплавления. За ней сталь нагрелась до разных температур: у самого шва почти до плавления, дальше слабее. Получается термообработка, которую никто не заказывал. Возле шва зерно вырастает и металл становится хрупким, чуть дальше зерно, наоборот, измельчается. Если сталь остывает быстро, у шва может появиться твердый мартенсит, а с ним и трещины. Поэтому сварщик подбирает ток, скорость и подогрев.
Ток, напряжение и скорость дают погонную энергию. От нее, толщины и подогрева зависит время остывания, а от него твердость у шва. Числа берутся из опыта.
Сколько тепла уходит в каждый миллиметр шва?
Мощность дуги делим на скорость: чем медленнее ведешь электрод, тем больше тепла достается каждому миллиметру. Часть мощности уходит в воздух и брызги, поэтому есть КПД.
Склонна ли сталь закаливаться у шва?
Каждый легирующий элемент добавляет закаливаемость, как часть углерода. Чем больше эквивалент, тем легче у шва получается мартенсит и тем нужнее подогрев.
Как быстро остывает шов?
Упрощенная формула для толстого листа: тепло уходит во все стороны. Подогрев T0 уменьшает разницу температур, и шов остывает медленнее. Для тонкого листа зависимость сильнее: t8/5 растет как q².
Нужны три вещи сразу. Первая: твердая хрупкая структура у шва, мартенсит. Он появляется, если зона перегрева остыла быстрее критической скорости, как при закалке. Подробнее в теме «Закалка, отпуск и отжиг».
Вторая: водород. Он попадает в шов из влажного электрода, ржавчины и инея на кромках и медленно собирается в хрупкой зоне. Третья: напряжения от усадки шва, особенно в толстом жестком узле.
Трещина появляется не сразу, а через часы или даже сутки после сварки, когда водород соберется. Подогрев убирает сразу две причины: металл остывает медленнее, мартенсита меньше, и водород успевает уйти. Поэтому электроды прокаливают, а кромки ковша на морозе греют горелкой до 100–150 °C.
Износостойкий лист вроде Hardox варят с подогревом и малой погонной энергией: перегрев убивает его твердость, а быстрое остывание дает трещины. В инструкции к листу всегда есть таблица подогрева по толщине.
Трещину сначала засверливают по концам и вырубают до чистого металла, потом заваривают с подогревом и проверяют. Иначе новая трещина пойдет из ЗТВ рядом.
Изношенные пальцы, ножи отвала и кромки ковшей наплавляют твердым сплавом. Чтобы основа под наплавкой не стала хрупкой, ее подогревают и дают медленно остыть.
На морозе металл забирает тепло шва очень быстро. Кромки сушат и подогревают, а после сварки накрывают теплоизоляцией. Хладноломкость разобрана в теме «Ударная вязкость и хладноломкость».
Электроды с основным покрытием (УОНИ-13/55) перед работой прокаливают при 300–350 °C и держат в пенале-термосе. Сырой электрод это лишний водород в шве.
Ответственные швы проверяют через сутки, когда холодные трещины успели бы проявиться: осмотром, капиллярным или ультразвуковым контролем. Твердость в ЗТВ меряют поперек шва.
Температурное поле посчитано по формуле Розенталя для точечного источника на поверхности толстой пластины: ориентировочно, без учета теплоты плавления и конечной толщины. Ширина зон на разрезе получена из того же решения, глубина проплавления условная. Время t8/5 считается упрощенными формулами для толстого и тонкого листа с плавным переходом по толщине. Твердость в зоне перегрева оценена по Cэкв и t8/5 грубой зависимостью, реальные кривые для каждой стали свои. Порог 350 HV, выше которого растет риск холодных трещин, принят как типичный ориентир. Состав сталей и Cэкв взяты средние по маркам.