Как можно оценить качество сварного шва стали Q275 по температуре между проходами во время сварки?

Межпроходная температура является критически важным параметром процесса при многопроходной, многопроходной сварке стали Q275 (имеется в виду остаточная температура предыдущего прохода перед последующим проходом). Его значение напрямую влияет на микроструктуру, напряженное состояние и склонность к дефектам сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ). Контролируя отклонение межпроходной температуры от соответствующего диапазона, можно сделать предварительную оценку рисков качества сварного шва. Конкретная логика и основание суждения заключаются в следующем:
1. Определение соответствующего диапазона температур между проходами для стали Q275.
Q275 — это низкоуглеродистая раскисленная сталь (содержание углерода примерно 0,18–0,28 %), немного более высокая прочность, чем у Q235, и умеренная склонность к закалке. Температуру между проходами следует регулировать в зависимости от толщины листа, метода сварки и температуры окружающей среды. Основная цель – избежать закалочного растрескивания, вызванного быстрым охлаждением, и предотвратить укрупнение зерна, вызванное перегревом. Для тонких пластин (толщина менее или равна 10 мм): рекомендуется контролировать температуру между проходами в пределах 150-250 градусов.
Для толстых листов (толщина > 10 мм) или очень жестких конструкций: температуру между проходами рекомендуется контролировать в пределах 200-300 градусов (предварительный нагрев необходим для предотвращения чрезмерного охлаждения за один проход).
При сварке в условиях низкой-температуры (<0°C): the interpass temperature should be increased to 250-350°C (to compensate for excessive heat dissipation from the environment).
II. Оценка качества, когда температура между проходами слишком низкая (ниже нижнего предела разумного диапазона)
Чрезмерно низкие температуры между проходами указывают на то, что предыдущий проход сварки охлаждался слишком быстро, что приводит к недостаточному «отпуску» зоны термического-воздействия и металла сварного шва. Это может легко привести к следующим проблемам с качеством, которые можно выявить путем объединения записей температуры с характеристиками дефектов:
1. Повышенный риск холодных трещин
Принцип: при низких температурах в зоне-термического воздействия предыдущего прохода сварки образуется затвердевшая структура (например, мартенсит). Кроме того, водород в сварном шве (из покрытия электрода или основного металлического масла) трудно диффундирует, что приводит к образованию водородных-трещин в точках концентрации напряжений. Основание решения:
Записи температуры показывают, что температура между проходами постоянно ниже 150 градусов (для тонкой пластины) или 200 градусов (для толстой пластины);
На поверхности сварного шва или вблизи него могут появиться мелкие поперечные или продольные трещины (чаще всего холодные трещины, которые могут появиться в течение нескольких часов после сварки);
Неразрушающий контроль (например, UT и MT) может выявить линейные дефекты вблизи зоны термического-воздействия.
2. Снижение прочности сварного шва и зоны термического-воздействия.
Принцип: быстрое охлаждение приводит к недостаточному измельчению микроструктуры металла сварного шва и зоны термического-воздействия, укрупнению перлитных пластинок, а ударная вязкость (например, AKV) может упасть ниже проектных требований (обычно больше или равна 27J для сварных швов Q275).
Основание решения:
Температура между проходами постоянно ниже допустимого диапазона, а отпуск после-сварки не проводится;
Испытания механических свойств показывают значительное снижение энергии удара (например,<20J), indicating brittle fracture. III. Quality Assessment When the Interpass Temperature is Excessively High (Exceeding the Upper Limit of the Reasonable Range)
Чрезмерно высокие температуры между проходами могут привести к тому, что область сварного шва будет оставаться при повышенной температуре в течение длительного времени, что приведет к перегреву. Дефекты качества можно выявить по следующим признакам:
1. Повышенный риск термического растрескивания (кристаллизационное растрескивание).
Принцип: при высоких температурах зерна металла сварного шва чрезмерно разрастаются, и примеси с низкой-точкой плавления-(такие как сера и фосфор) сегрегируются на границах зерен, образуя «жидкую пленку». Под действием сварочного напряжения по границам зерен развиваются трещины (термические трещины часто возникают в центре шва или вблизи линии сплавления).
Основание решения:
Записи температуры показывают, что температура между проходами превышает 300 градусов (для толстой пластины) или 350 градусов (для низкотемпературных сред);
По длине поверхности шва могут появиться продольные трещины (термические трещины часто заметны на поверхности и появляются сразу после сварки);
Макроскопический осмотр выявляет признаки «пережога» металла сварного шва (например, сильное окисление поверхности и синеватый цвет).. 2. Ухудшение прочности и ударной вязкости сварного шва и зоны термического-воздействия.
Принцип: перегрев вызывает укрупнение аустенитных зерен в металле сварного шва и зоне термического-влияния (размер зерна может упасть с класса 8 до класса ниже 4). При охлаждении образуются крупные перлиты и ферриты, что приводит к снижению прочности (например, прочности на разрыв) на 5–10% и значительному снижению ударной вязкости.
Основание решения:
Sustained excessive interpass temperature (e.g., >300 градусов) и высокая тепловложение сварки (большой ток, низкая скорость);
Испытания механических свойств показывают, что прочность на разрыв ниже стандарта исходного материала (стандартная прочность на разрыв Q275 410-540 МПа), а энергия удара может упасть ниже 20 Дж;
Metallographic analysis reveals coarse grains in the weld (>50 мкм) и наличие «крупно-зернистой зоны» в зоне термического-воздействия.
3. Повышенная сварочная деформация.
Принцип: Высокие температуры повышают пластичность материала. Чрезмерно высокие температуры между проходами приводят к чрезмерному тепловому расширению в области сварного шва, что приводит к неравномерному сжатию после охлаждения, что приводит к большей угловой или изгибной деформации. Основание решения:
Межпроходная температура превышает допустимый диапазон, а жесткость конструкции низкая (например, сращивание тонких пластин);
Отклонение геометрических размеров после-сварки превышает стандарт (например, угловое искажение > 3 градусов/м), что требует коррекции для соответствия стандарту.
IV. Оценка качества, когда температура между проходами находится в пределах допустимого диапазона
Если температура между проходами стабильно контролируется в рекомендуемом диапазоне (150–350 градусов, регулируется в зависимости от толщины листа и условий окружающей среды), это обычно означает, что во время сварки:
Скорость охлаждения умеренная, закалка в зоне термического влияния (ЗТВ) низкая (в основном перлит + феррит, без значительного мартенсита), а риск холодного растрескивания низкий;
Зерна металла шва не разрастаются чрезмерно, сегрегация примесей незначительна, риск образования горячих трещин невелик;
Диффузия водорода достаточна (когда межпроходная температура превышает или равна 150 градусам, коэффициент диффузии водорода значительно увеличивается), а вероятность замедленного растрескивания низка.
На этом этапе качество сварного шва можно предварительно оценить как приемлемое, однако окончательная проверка все равно требует совмещенного визуального контроля (отсутствие пористости и непроваров) и неразрушающего контроля.