Welche Materialien neigen zu verzögerten Rissen?

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In den Standardvorschriften findet man oft solche Bestimmungen: Materialien, die eine Neigung zu verzögerten Rissen aufweisen (z. B. 12Cr2Mo1R), sollten mindestens 24 Stunden nach der Schweißarbeit einer Nichtverschleißprüfung unterzogen werden (GB/T150.4 P335). Die Frage ist nun: Was sind verzögerte Risse? Welche Materialien neigen zu verzögerten Rissen? Welche zerstörungsfreien Prüfungen werden 24 Stunden nach Abschluss des Schweißens durchgeführt? Definition von verzögerten Rissen: Verzögerte Risse gehören zu den Kaltrissen. Unter Kaltrispen versteht man Risse, die nach dem Schweißen entstehen, wenn das Material auf eine Temperatur unter den Marstabilitätspunkt M3 abkühlt. Solche Risse treten in der Regel erst nach einer Weile nach dem Schweißen auf – in einigen Stunden, Tagen oder sogar länger – und werden deshalb als verzögerte Risse bezeichnet. Musterbildung: Die Verzögerung der Rissentstehung hängt von der Härtneigung des Stahls, vom Wasserstoffgehalt sowie seiner Verteilung in den Schweißverbindungen sowie vom Spannungszustand dieser Verbindungen ab. Verzögerte Risse breiten sich manchmal entlang der Grenzflächen aus, manchmal bewegen sie sich durch das Material. Dies hängt von der metallurgischen Struktur des Schweißverbindungsstellen, vom Spannungszustand sowie vom Wasserstoffgehalt ab. Im Allgemeinen sind Verzögerungsrisse meist Kristalldurchbruchsrisse – das heißt, die Risse durchqueren die Kristallgrenzen und dringen in die Kristalle ein. Ihre Entstehung wird dadurch verursacht, dass das wenig plastische Material im Wärmeeinflussbereich der Naht den durch die Abkühlung entstehenden Volumenänderungen sowie den durch die Strukturveränderungen entstehenden Spannungen nicht standhalten kann und daher reißt. Ebenso können Hydrogenatome in der Naht miteinander verbunden werden und in die feinen Poren des Metalls eindringen. Dadurch entstehen große innere Spannungen sowie Schweißspannungen, die wiederum zur Rissbildung in der Naht führen – dies wird als wasserstoffbedingter Riss bezeichnet. Ursache: Die gehärtete Struktur ist der entscheidende Faktor, der zu Kaltrisse führt. Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Schweißen hoch ist, entstehen im Wärmebehandlungsgebiet Bainit sowie große Mengen an Martensitstruktur. Insbesondere wenn grobe Zwillingsmartensite entstehen, nimmt die Empfindlichkeit gegenüber Rissen zu, es tritt eine starke Brüchigkeit auf, und unter dem Einfluss von Schweißspannungen entstehen Kaltrisse. Außerdem führt die Anreicherung von diffundiertem Wasserstoff in den gehärteten, brüchigen Bereichen zu mikroskopischen Rissen. Das dreidimensionale Spannungsfeld an der Spitze der Risswände führt erneut zu einer Anreicherung von Wasserstoff, wodurch mikroskopische Risse zu makroskopischen Rissen werden – das ist der sogenannte verzögerte Risswachstum. Klassifizierung von verzögerten Rissen: Verzögerte Risse werden in Nahtspitzenrisse, Risse unter der Schweißnaht und Wurzelrisse eingeteilt. (1) Schweißzungenrisse entstehen an der Grenze zwischen dem Grundmaterial und der Schweißnaht. Es besteht eine ausgeprägte Neigung zur Spannungskonzentration, wobei die Richtung der Risse in der Regel parallel zur Schweißnaht verläuft. (2) Risse unter der Schweißnaht treten in dem vom Schweißen betroffenen Bereich auf, in dem eine starke Härtneigung sowie ein hoher Wasserstoffgehalt vorliegen. Die Richtung der Risse ist in der Regel parallel zur Verbindungslinie. (3) Risse im Wurzelbereich können sich in den grobkörnigen Bereichen der Wärmebeeinflussten Zone befinden, aber auch im Schweißmetall – je nach den mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials und des Schweißstücks sowie der Form des Wurzelbereichs. Der Gehalt an diffundiertem Wasserstoff im geschmolzenen Metall hat einen direkten Einfluss auf die Verzögerung des Entstehens von Rissen. Der Wasserstoffgehalt in der Schweißnaht spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Die Temperatur ist ein entscheidender Faktor, der den Wasserstoffaustausch sowie -abgang in der Schweißnaht beeinflusst. Während des Schweißvorgangs kann ein Teil des Wasserstoffs, den das flüssige Metall aufnimmt, während des Kristallisierungsprozesses im Schmelzbad entweichen. Doch da die Kristallisierungsrate im Schmelzbad sehr hoch ist, bleibt ein beträchtlicher Anteil des Wasserstoffs zurück und gelangt in das feste Schweißmetall. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften der Naht und führt zu großen inneren Spannungen, wodurch die Naht reißt. Tatsächlich wird das Wasserstoffatom, das zu Verzögerungsrissen führt, als Diffusionswasserstoff bezeichnet, da es sich im festen Metall frei ausbreiten kann. Diffundierendes Wasserstoff ist ein wichtiger Faktor, der zu Defekten wie Wasserstoffweißpunkten, Wasserstoffsprödigkeit sowie wasserstoffbedingten Rissen, also verzögerten Rissen, führt. Quellen von Wasserstoff in den Schweißnähten: Der Wasserstoff, der während des Schweißvorgangs in den Schmelzpool gelangt, stammt hauptsächlich aus dem Wasser in den Schweizzutaten, wasserhaltigen Stoffen, dem Wasserdampf in der Luft um den Bogen herum sowie aus Wasser, Rost und Ölflecken auf der Oberfläche des Schweißdrahts und des Grundmaterials. Maßnahmen zur Verhinderung von Verzögerungsrissen: 1. Auf Prozessebene sollte eine Schweißumgebung mit geringem Wasserstoffgehalt geschaffen werden. Es sollten Schweizmaterialien sowie Schweißverfahren mit geringem Wasserstoffgehalt verwendet werden. Beispielsweise kann durch den Einsatz der CO2-Gasschutzschweißung eine Schweißnaht mit geringem Wasserstoffgehalt erzielt werden. Wählen Sie möglichst Schweizzusätze mit geringer Festigkeit, um die Spannungen in der Schweißnaht zu verringern. Wenn die Festigkeit der Schweißnaht unter der des Grundmaterials liegt, können die Zugspannungen durch plastische Verformung abgebaut werden. Man sollte eine sinnvolle Schweißreihenfolge verwenden: Zunächst werden die Schweißnähte mit der größeren Schrumpfung geschweißt, anschließend diejenigen mit der geringeren Schrumpfung. Dadurch können die Schweißnähte frei schrumpfen, wodurch die durch das Schweißen entstehenden Spannungen verringert werden. (1) Durch die Festlegung angemessener Schweißvorschriften sowie einer kontrollierten Wärmeeinbringung sowie durch die Steuerung der Abkühlzeit kann die Struktur und Leistungsfähigkeit des Schweißnahtbereichs sowie der vom Schweißen betroffenen Bereiche verbessert werden. (2) Vor dem Schweißen sollte eine Vorkühlung erfolgen, um die Temperatur zwischen den Schichten zu kontrollieren und die Abkühlungsgeschwindigkeit zu verringern. Dadurch wird die Diffusion von Wasserstoff gefördert, was wiederum dazu beiträgt, das Entstehen von Verzögerungsrissen zu verhindern. (3) Die Behandlung bei niedriger Temperatur beschleunigt die Diffusion von Wasserstoff. Verzögerte Risse entstehen in der Regel erst einige Stunden oder Tage nach dem Schweißen. Wenn die Naht vor dem Entstehen von Rissen rechtzeitig thermisch behandelt werden kann – durch eine Entwässerungsbehandlung –, indem die Naht bei 300 °C erhitzt wird, um die Diffusion und das Austritt des im festen Schweißmetall verbleibenden Wassers zu beschleunigen, kann dies dazu beitragen, die nach dem Schweißen verbleibenden Spannungen zu verringern, die Struktur der Schweißverbindung zu verbessern und verzögerte Risse wirksam zu verhindern. (4) Bei dicken Stahlplatten wird mehrschichtiges, mehrroutiges Schweißen angewandt. Die untere Schicht erwärmt die obere Schicht vor, während die obere Schicht wiederum eine Wärmebehandlung der unteren Schicht bewirkt. Dadurch werden die Restspannungen verringert und die Struktur der Schweißnaht verbessert. (5) Das Schweißnahtoberfläche wird mit einem Hammer bearbeitet, wodurch Druckspannungen entstehen. Dadurch wird das Spannungsfeld der Schweißnaht verbessert und die Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Verzögerungsrissen verringert. (6) Bei Materialien, die eine Neigung zu verzögerten Rissen aufweisen, sollten 24 Stunden nach dem Schweißen Prüfungen durchgeführt werden, um ein Übersehen solcher Risse zu verhindern. 2. Im Bereich der Metallurgie: (1) Kontrolle der Quellen für Wasserstoff. Wählen Sie möglichst Weldmaterialien mit niedrigem oder sehr niedrigem Wasserstoffgehalt. Vor der Verwendung müssen die Weldmaterialien getrocknet werden. Zudem sollten Wasser, Rost sowie Öl und andere Verunreinigungen von den Drahten sowie den Schweißnahtkanten entfernt werden. (2) Es sollten basische, niedrigwasserstoffhaltige Schweißstäbe verwendet werden. Durch das Hinzufügen von Fluorit zur Schweißdrahthülle kann der Wasserstoffgehalt im Schweißnahtbereich verringert werden. (3) Die Legierungszusammensetzung des Schweißmetalls sollte sorgfältig gewählt werden. Dabei sollten geeignete Legierungselemente hinzugefügt werden, um die Zähigkeit des Schweißmetalls sowie seine Widerstandsfähigkeit gegen Risse zu verbessern. (4) Bei Stählen, die schwer zu schweißen sind und leicht Risse bekommen, sollten Austenitstahl-Schweißelektroden verwendet werden. Da Austenit eine hohe Löslichkeit für Wasserstoff aufweist, entstehen durch Wasserstoff keine Risse in den Schweißnähten. 3. Verringerung der Schweißspannungen (1) Es sollten gut konzipierte Schweißverbindungen verwendet werden – am besten solche mit Übereinanderlegung der Teile. Auf Schweißverbindungen durch Überlappung sollte verzichtet werden. Die Form der Schweißnaht muss sinnvoll gestaltet werden; die Schweißnaht sollte möglichst weit von Stellen entfernt angeordnet werden, an denen sich die Querschnittsform plötzlich ändert. Die Höhe der Schweißnaht darf nicht zu groß sein. Der Übergang zwischen den Schweißstellen muss glatt sein, um die Belastung der Schweißnaht zu verringern und eine zu starke Spannungskonzentration zu vermeiden. (2) Vermeiden Sie dichte Schweißnähte und wenden Sie eine sinnvolle Schweißreihenfolge an, um die Steifigkeit der Schweißnähte zu verringern. Welche Materialien neigen zu verzögerten Rissen? Materialien mit Neigung zu verzögerten Rissen sind hauptsächlich verschiedene niedriglegierte Hochleistungsstähle. Mit zunehmendem Stahlstärkegrad und steigendem Anteil an Legierungselementen nimmt die Neigung zur Härtung allmählich zu, ebenso wie die Tendenz zu verzögerten Rissen. Derzeit gilt allgemein, dass Materialien mit hoher Anfälligkeit für Kaltrisse hauptsächlich niedriglegierte Hochleistungsstähle sind, deren Zugfestigkeit 450 MPa oder mehr beträgt – oder deren Druckfestigkeit 540 MPa oder mehr beträgt. Zu diesen Stählen gehören beispielsweise 15MnVNR, 18MnMoNbR, 13MnNiMoNbR, 07MnCrMoVR sowie 07MnNiCrMoVDR ； sowie einige niedriglegierte hitzebeständige Stähle mit den Bezeichnungen 1.0Cr0.5Mo (15CrMo), 1.25Cr0.5Mo (14Cr1Mo), 1Cr-0.5Mo-V, 2.25Cr-1Mo (12Cr2Mo1) usw ； Sowie einige martensitische Edelstähle wie 1Cr13, 2Cr13, 4Cr13, 2Cr12WMoV, 2Cr12MoV, 2Cr12Ni3MoV usw. Wie wird eine schadlose Prüfung durchgeführt? Materialien, die eine Neigung zu verzögerten Rissen aufweisen (z. B. 12Cr2Mo1R), sollten mindestens 24 Stunden nach der Schweißarbeit einer Nichtzerstörungskontrolle unterzogen werden. Dabei handelt es sich in erster Linie um eine Oberflächenkontrolle. Dieser Artikel stammt von der Website des Designbüros www.shejiyuan.com (Auf dem Portal des Designbüros werden derzeit die Kosten für die Konstruktion von 10 Wärmetauschern mit festen Rohrplatten kalkuliert. Designer sind herzlich eingeladen, daran teilzunehmen)