5

Spis treści

Przedmowa ....................................................................................................................... 111. Spawalność stali ...................................................................................................... 13

1.1. Definicja spawalności stali ................................................................................. 131.2. Wpływ składników stopowych na spawalność stali .......................................... 19

2. Pękanie połączeń spawanych ................................................................................. 232.1. Pęknięcia gorące ............................................................................................... 23

2.1.1. Pęknięcia krystalizacyjne w spoinie ...................................................... 242.1.1.1. Wpływ węgla, siarki i fosforu na proces pękania ..................... 302.1.1.2. Optymalizacja kształtu spoiny .................................................. 342.1.1.3. Rola wodoru w procesie pękania na gorąco .............................. 37

2.1.2. Pęknięcia segregacyjne w strefie wpływu ciepła ................................... 392.2. Pęknięcia zimne ................................................................................................ 44

2.2.1. Pękanie „pod ściegiem” ......................................................................... 462.2.2. Pękanie zwłoczne ................................................................................... 482.2.3. Pękanie typu „chevron” .......................................................................... 532.2.4. Pękanie typu „rybie oczy” ...................................................................... 562.2.5. Wskaźniki skłonności do pękania zimnego ........................................... 58

2.3. Pęknięcia lamelarne .......................................................................................... 682.3.1. Mechanizm pękania lamelarnego .......................................................... 692.3.2. Czynniki wpływające na pękanie lamelarne .......................................... 71

2.4. Pęknięcia wyżarzeniowe (relaksacyjne) ........................................................... 752.4.1. Pęknięcia niskotemperaturowe .............................................................. 752.4.2. Pęknięcia wysokotemperaturowe .......................................................... 762.4.3. Pęknięcia „podplaterowe” ...................................................................... 81

2.5. Pękanie kruche i ciągliwe ................................................................................ 822.5.1. Warunki plastyczności materiałów ciągliwych ...................................... 832.5.2. Mechanizm pękania plastycznego ......................................................... 862.5.3. Mechanizm pękania kruchego ............................................................... 89

2.6. Temperatura przejścia w stan kruchy ................................................................ 922.6.1. Wpływ stopnia odtlenienia i odgazowania stali na temperaturę

przejścia w stan kruchy .......................................................................... 942.6.2. Wpływ składu chemicznego .................................................................. 952.6.3. Wpływ siarczków .................................................................................. 97

6

2.6.4. Wpływ wielkości ziarna i mikrostruktury .............................................. 1002.6.5. Wpływ procesu wytwarzania konstrukcji .............................................. 1022.6.6. Wpływ warunków eksploatacji .............................................................. 105

2.7. Współczynnik intensywności naprężeń ............................................................ 1063. Obliczeniowy sposób oceny spawalności stali ...................................................... 109

3.1. Pękanie gorące .................................................................................................. 1093.2. Pękanie zimne ................................................................................................... 1103.3. Pękanie lamelarne ............................................................................................. 1103.4. Pękanie wyżarzeniowe ..................................................................................... 1103.5. Kruchość w wyniku zachodzących przemian ................................................... 1103.6. Kruchość w wyniku starzenia ........................................................................... 1113.7. Obliczeniowy sposób wyznaczania wykresów CTPc ....................................... 1143.8. Własności strefy wpływu ciepła ....................................................................... 117

3.8.1. Temperatura przejścia w stan kruchy ..................................................... 1183.8.2. Twardość strefy wpływu ciepła .............................................................. 120

3.9. Programy komputerowe do oceny spawalności stali i wspomagające opracowanie technologii spawania ................................................................... 1213.9.1. Mat Spaw ............................................................................................... 121

3.9.1.1. Moduł „Bazy danych” ............................................................... 1213.9.1.2. Spawalność ................................................................................ 1233.9.1.3. Moduł „Technologia” ................................................................ 1253.9.1.4. Moduł „Pomoc” ........................................................................ 1283.9.1.5. Uwagi końcowe ......................................................................... 128

3.9.2. Program Starweld ................................................................................... 1293.9.2.1. Moduł Weldware programu Starweld ....................................... 1293.9.2.2. Moduł Niroware programu Starweld ........................................ 131

3.9.3. Schaeffler-Diagramm ............................................................................ 1333.9.4. Spawalność stali stopowych .................................................................. 135

4. Metody badania spawalności stali oraz odporności na kruche pękanie ............ 1364.1. Próba twardości pod napoiną ............................................................................ 1374.2. Próba napawania ze zmienną energią liniową łuku .......................................... 1374.3. Próby pękania na gorąco ................................................................................... 138

4.3.1. Badanie skłonności do pęknięć krystalizacyjnych na próbkach o zmieniającej się sztywności ze spoiną czołową .................................. 139

4.3.2. Badanie skłonności do pęknięć krystalizacyjnych na zestawie próbek o różnych szerokościach ze spoinami czołowymi ..................... 140

4.3.3. Badanie skłonności do pęknięć krystalizacyjnych na próbce teowej ze spoiną pachwinową ........................................................................... 1424.3.3.1. Ocena wyników badań .............................................................. 143

4.3.4. Próba Varestraint .................................................................................... 1434.3.5. Próba Transvarestraint ............................................................................ 1444.3.6. Próba LTP-1-6 ........................................................................................ 1454.3.7. Próba Blancheta ..................................................................................... 1464.3.8. Próba kołowa segmentowa .................................................................... 148

7

4.4. Próby pękania zimnego ..................................................................................... 1494.4.1 Próba krzyżowa ...................................................................................... 1494.4.2. Próba CTS ............................................................................................. 1514.4.3. Próba Tekkena ........................................................................................ 1524.4.4. Próba Schnadta–Fisco ............................................................................ 1554.4.5. Próba kołkowa (implantacyjna) ............................................................. 1564.4.6. Próba TRC ............................................................................................. 162

4.5. Próby pękania lamelarnego ............................................................................... 1634.5.1. Próba Z ................................................................................................... 1634.5.2. Próba Cranfielda ..................................................................................... 1644.5.3. Próba okienkowa .................................................................................... 165

4.6. Próby pękania wyżarzeniowego (relaksacyjnego) ............................................ 1664.6.1. Próba kołowa BWRA ............................................................................ 1664.6.2. Próba Tanaki .......................................................................................... 1674.6.3. Próba typu H .......................................................................................... 1674.6.4. Próby pełzania ....................................................................................... 1684.6.5. Próby ralaksacji ...................................................................................... 170

4.7. Próby pękania kruchego .................................................................................... 1724.7.1. Próba CTOD ........................................................................................... 1734.7.2. Próba szerokiej płyty (Wellsa) ............................................................... 1754.7.3. Próba Blink–Nibberinga ........................................................................ 1774.7.4. Próba Pelliniego ..................................................................................... 1794.7.5. Próba udarności ze zmiennym promieniem karbu ................................ 1804.7.6. Próba Robertsona ................................................................................... 1824.7.7. Próba DWTT (Drop Weight Tear Test) ................................................... 183

4.7.7.1. Sposób przeprowadzenia próby DWTT ................................... 1854.7.7.2. Ocena powierzchni przełomu ................................................... 189

5. Stale konstrukcyjne niestopowe ............................................................................ 1945.1. Segregacja we wlewkach stalowych i jej wpływ na spawalność ...................... 1975.2. Starzenie stali niskowęglowych i jego wpływ na własności

złącza spawanego .............................................................................................. 2005.2.1. Starzenie po przesycaniu ........................................................................ 2005.2.2. Starzenie po zgniocie ............................................................................. 2025.2.3. Starzenie w procesie spawania ............................................................... 203

5.3. Porowatość spoin w stalach nieuspokojonych ................................................. 2085.4. Spawalność stali niestopowych ......................................................................... 208

6. Stale drobnoziarniste o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości ...................... 2096.1. Mechanizmy umacniania stali ferrytyczno-perlitycznych ................................ 210

6.1.1. Umocnienie roztworu stałego ferrytu ..................................................... 2106.1.2. Umocnienie w wyniku rozdrobnienia ziaren ......................................... 2126.1.3. Utwardzenie wydzieleniowe .................................................................. 2146.1.4. Umocnienie dyslokacyjne ...................................................................... 2156.1.5. Umocnienie przez przemiany fazowe .................................................... 219

6.2. Obróbka cieplno-plastyczna ............................................................................. 220

8

6.3. Rozwój produkcji stali o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości ................. 2286.4. Stale bainityczne ............................................................................................... 2386.5. Stale ulepszane cieplnie .................................................................................... 2416.6. Efekt Bauschingera ........................................................................................... 2486.7. Spawalność stali o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości ........................... 254

6.7.1. Pęknięcia gorące ..................................................................................... 2546.7.2. Pęknięcia zimne ..................................................................................... 2566.7.3. Pękanie lamelarne .................................................................................. 2616.7.4. Zmiękczenie strefy wpływu ciepła w wyniku spawania ........................ 2676.7.5. Odporność złączy spawanych na kruche pękanie .................................. 272

6.8. Pękanie korozyjne stali i jej połączeń spawanych w obecności wilgotnego siarkowodoru .................................................................................. 2786.8.1. Pękanie wodorowe (HIC) ....................................................................... 2796.8.2. Pękanie naprężeniowe siarczkowe SSC ................................................ 2926.8.3. Metody oceny skłonności do pękania wodorowego HIC ..................... 2966.8.4. Metody badania korozji naprężeniowej siarczkowej (SSC) ................. 301

7. Stale do pracy w obniżonych i niskich temperaturach ........................................ 3037.1. Spawalność stali do pracy w niskich temperaturach ......................................... 310

8. Stale do pracy w podwyższonych temperaturach ................................................ 3168.1. Charakterystyka stali stosowanych w energetyce ............................................. 3168.2. Charakterystyka stali do instalacji rafineryjnych i petrochemicznych .............. 3258.3. Zmiany własności plastycznych stali eksploatowanych w podwyższonych

temperaturach .................................................................................................... 3318.3.1. Metoda badania skłonności do kruchości eksploatacyjnej połączeń

spawanych stali chromowo-molibdenowych ......................................... 3328.3.2. Wpływ składu chemicznego stali i spoin chromowo-molibdenowych

na utratę plastyczności ........................................................................... 3348.3.3. Wskaźniki stosowane do oceny skłonności do utraty plastyczności ..... 3368.3.4. Technologiczne sposoby przeciwdziałania obniżeniu plastyczności

podczas eksploatacji ............................................................................... 3368.4. Spawanie stali przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach ... 339

8.4.1. Obróbka cieplna połączeń spawanych ................................................... 3418.5. Spawanie stali różniących się składem chemicznym ........................................ 346

9. Stale odporne na korozję ........................................................................................ 3499.1. Klasyfikacja stali stopowych ze względu na własności użytkowe .................. 3509.2. Klasyfikacja stali stopowych ze względu na strukturę ...................................... 3529.3. Stale chromowe ferrytyczne .............................................................................. 3589.4. Stale chromowe półferrytyczne ........................................................................ 3609.5. Spawanie stali chromowych ferrytycznych i półferrytycznych ........................ 364

9.5.1. Sposoby zmniejszenia kruchości złącz spawanych ze stali ferrytycznych i półferrytycznych ............................................... 366

9.6. Stale chromowe martenzytyczne ...................................................................... 3689.6.1. Spawanie stali chromowych martenzytycznych .................................... 369

9.7. Stale chromowo-niklowe z miękkim martenzytem .......................................... 3749.7.1. Spawanie stali chromowo-niklowych z miękkim martenzytem ............ 379

9.8. Stale nierdzewne utwardzane wydzieleniowo .................................................. 3809.8.1. Spawanie stali utwardzanych wydzieleniowo ........................................ 3839.8.2. Własności złączy spawanych ................................................................. 3859.8.3. Pękanie złącz spawanych stali nierdzewnych martenzytycznych

utwardzanych wydzieleniowo miedzią ................................................. 3869.9. Odporność na korozję międzykrystaliczną połączeń spawanych ze stali

chromowych. ..................................................................................................... 3899.10. Stale austenityczne chromowo-niklowe ........................................................... 391

9.10.1. Spawalność stali austenitycznych ....................................................... 3949.10.1.1. Pękanie na gorąco ................................................................ 3949.10.1.2. Kruchość połączeń spawanych stali austenitycznych

wskutek tworzenia się fazy sigma ...................................... 4019.10.1.3. Pękanie wyżarzeniowe ........................................................ 407

9.11. Odporność na korozję połączeń spawanych ze stali austenitycznych .............. 4089.11.1. Korozja elektrochemiczna połączeń spawanych ................................. 4099.11.2. Korozja międzykrystaliczna połączeń spawanych .............................. 4109.11.3. Korozja nożowa połączeń spawanych w stalach stabilizowanych ...... 4159.11.4. Korozja naprężeniowa połączeń spawanych ....................................... 418

9.12. Spawanie stali austenitycznych chromowo-niklowych .................................... 4239.13. Spawanie stali austenitycznych chromowo-niklowo-molibdenowych ............. 4259.14. Spawanie stali austenitycznych chromowo-niklowych z dużą zawartością

molibdenu ......................................................................................................... 4269.15. Spawanie stali ferrytyczno-austenitycznych Cr-Ni-Mo-N (duplex) ................. 4329.16. Spawanie stali austenitycznych żaroodpornych i żarowytrzymałych ............... 4409.17. Spawanie stali różnorodnych przy użyciu spoiwa austenitycznego ................. 444

9.17.1. Struktura spoin w złączach mieszanych ............................................. 4469.17.2. Spawanie stali niskostopowych hartujących się ................................. 4509.17.3. Spawanie stali odpornych na korozję, martenzytycznych

i ferrytycznych .................................................................................... 4519.17.4. Spawanie stali niskowęglowych ze stalami wysokostopowymi ......... 4529.17.5. Problemy wykonywania połączeń stali różnorodnych stosowanych

w wysokich temperaturach .................................................................. 4549.18. Spawanie stali platerowanych ........................................................................... 455

Literatura .......................................................................................................................... 459Skorowidz ważniejszych terminów .................................................................................. 469

11

Przedmowa

Technologie spawalnicze są coraz powszechniej stosowane w wykonawstwie nowych, różnych rodzajów konstrukcji w życiu codziennym każdego z nas. Spawanie, postrzegane jako specjalny proces łączenia metali, jest obecne właściwie we wszystkich gałęziach przemysłu, począwszy od energetycznego, maszynowego, chemicznego, poprzez motoryzację, elektronikę i elektrotechnikę, przemysł stoczniowy, na kosmonautyce skończywszy.

Postęp w rozwoju spawalnych materiałów konstrukcyjnych, a zwłaszcza stali, warunkuje przede wszystkim konieczność zapewnienia bezpieczeństwa eksploatacyjnego złączy spawa-nych tych materiałów. Zagrożenia wynikające z ryzyka wystąpienia różnego rodzaju pęknięć w konstrukcjach spawanych stanowią podstawowe kryterium oceny jakościowej wyrobów przed ich dopuszczeniem do użytkowania. Pęknięcia bezpośrednio związane z procesem spawania, na przykład pęknięcia zimne, gorące, lamelarne czy wyżarzeniowe bądź też kruche, które ze spawaniem są związane pośrednio, stanowią podstawowe problemy zagadnienia technicznego, jakim jest spawalność.

Problem spawalności metali pojawił się w latach 20. XX wieku prawie równocześnie z przemysłowym wdrożeniem spawania metodą gazową acetylenowo-tlenową i metodą łukową z zastosowaniem elektrod węglowych. Od tamtej chwili nastąpił ogromny postęp w zakresie jakości, różnorodności i asortymentu zarówno materiałów spawanych, jak i metod spawania. Niemniej spawalność jest nadal pojęciem, którego znaczenie ciągle się zmienia i rozwija. Dlatego znajomość zjawisk cieplno-fizycznych, problematyki technologicznej, potencjalnych skutków różnego rodzaju pęknięć i sposobów ich zapobiegania, jak również poznanie metod badawczych służących do oceny spawalności powinny być niezbędnymi atrybutami wiedzy projektantów konstrukcji nośnych, technologów oraz inżynierów – nie tylko spawalników, ale ogólnie: specjalistów materiałoznawców.

Niniejsza książka traktuje o zagadnieniach związanych ze spawalnością materiałów konstrukcyjnych. Jej pierwszy tom dotyczy spawalności stali. Na krajowym rynku wy-dawniczym można znaleźć kilka pozycji zawierających informacje o spawalności różnych, częstokroć pojedynczych grup czy zaledwie gatunków stali lub innych rodzajów materiałów konstrukcyjnych. Publikacja ta jest jednym z nielicznych kompendiów wiedzy w komplek-sowy, a jednocześnie niezwykle przejrzysty i komunikatywny sposób omawiających takie zagadnienia, jak:

– geneza i mechanizm inicjowania oraz skutki występowania różnego rodzaju pęknięć w złączach spawanych oraz sposób zapobiegania ich występowaniu;

– ocena spawalności stali w ujęciu analitycznym;– metody badawcze służące do określania spawalności stali;– charakterystyka poszczególnych grup stali konstrukcyjnych niestopowych, niskosto-

powych i o wysokiej wytrzymałości, stali przeznaczonych do pracy w obniżonych i podwyższonych temperaturach oraz stali nierdzewnych, kwaso- i żaroodpornych z uwzględnieniem ich spawalności;

– kruchość złącz spawanych spowodowana warunkami spawania bądź obróbki cieplnej po spawaniu;

– mechanizmy korozji spoin i sposoby zapobiegania ich występowaniu;– kruchość stali będąca skutkiem starzenia bądź eksploatacji, mechanizmy umacniania

stali, zmiękczenia w SWC stali ulepszanych cieplnie, efekt Bauschingera itp.;– zalecenia technologiczne odnośnie do spawania i obróbki cieplnej złączy różnych grup

stali konstrukcyjnych.

Książka jest bardzo wartościowa, jej poziom naukowy wysoki, a dodatkowym atutem jest to, że wiele rozważań natury teoretycznej Autorzy poparli opisem konkretnych przypadków z praktyki przemysłowej. Dotyczy to zwłaszcza przykładów różnego rodzaju pęknięć wystę-pujących w rzeczywistych, przemysłowych konstrukcjach spawanych. Na uwagę zasługują zarówno trafnie dobrana dokumentacja fotograficzna, jak i liczne, starannie opracowane ry-sunki. Mechanizmy omawianych zjawisk zilustrowano schematami autorskimi, co znacznie ułatwia zrozumienie problemów. Niniejsza książka jest dowodem na to, że o zagadnieniach trudnych i skomplikowanych można pisać jasno i prosto.

Biorąc pod uwagę wspomniane zalety książki i jej wysokie walory dydaktyczne, można ją polecić przede wszystkim studentom takich kierunków, jak: inżynieria materiałowa, metalurgia, mechanika czy budowa maszyn oraz pracownikom naukowym uczelni technicznych, a także wszystkim inżynierom zatrudnionym w różnych gałęziach przemysłu, którzy w swojej pracy zawodowej mają do czynienia z problemami doboru stali na konstrukcje i ich spawaniem.

Mirosław Łomozik

13

1. Spawalność stali

1.1. Definicja spawalności staliSpawalność jest podstawową własnością materiałów stosowanych do produkcji kon-

strukcji spawanych. W okresie wykonywania konstrukcji spawanych wyłącznie ze stali niskowęglowych niewymagających żadnej obróbki cieplnej, o grubościach nieprzekraczają-cych 30¸40 mm i o wytrzymałości na rozciąganie poniżej 500 MPa spawanie nie nastręczało większych trudności, tym bardziej że znano i stosowano do spawania elektrody otulone wysokiej jakości. Pierwsze problemy ze spawalnością pojawiły się w latach 40., kiedy to spawanie konstrukcji ze stali o podwyższonej wytrzymałości pociągało za sobą groźne ich awarie, prowadzące nierzadko do całkowitego zniszczenia. Praktyka i doświadczenie ujawniły problemy dotyczące spawalności oraz narzuciły potrzebę ich wyjaśnienia.

Spawalność należy zaliczyć do trudniejszych do zdefiniowania pojęć technicznych z uwagi na to, że określenie nie dotyczy pojedynczej stosunkowo prostej właściwości metalu, lecz obejmuje zespół czynników, których wspólne oddziaływanie decyduje o przydatności danego materiału do wykonania określonej konstrukcji spawanej.

W jednej z pierwszych definicji spawalności, opublikowanej w 1924 roku w Stahl und Eisen Handbuch, napisano [1]:

Materiał uważa się za spawalny, jeżeli różne części ze stali o podobnym składzie chemicznym dają się połączyć w jedną całość, przy użyciu ciepła.

Definicja, która powstała w połowie lat 30. uwzględniała już pewne aspekty technolo-giczne procesu spawania [2]:

Spawalność jest to własność nie tylko spawanego materiału, lecz jest ona zależna od metody spawania i materiału dodatkowego.

W latach 60. w Międzynarodowym Instytucie Spawalnictwa opracowana została definicja spawalności, która w tłumaczeniu na polski ma następujące brzmienie [3]:

Uważa się, że materiał metaliczny jest spawalny w ustalonym stopniu przy użyciu danego procesu i do danego zastosowania, gdy przy odpowiednim sposobie postępowania można uzyskać ciągłość metaliczną za pomocą spawania, a połączenia spełniają wymagania dotyczące ich miejscowych własności i ich wpływu na konstrukcję, w skład której wchodzą.

14

Definicja ta została przyjęta przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO). Przytoczona definicja spawalności podaje, w jakim wypadku uważa się materiał za spawalny oraz jakie czynniki wpływają na spawalność, nie określa jednak w sposób bezpośredni, co należy rozumieć przez pojęcie „spawalność”. Poza tym definicja ta nie stanowi dogodnej bazy do opracowania systemu oceny spawalności stali opartej na zespole wskaźników charakte-ryzujących w sposób ilościowy wpływ poszczególnych czynników na spawalność. Została opracowana w latach 60., uwzględnia więc ówczesną wiedzę spawalniczą.

Również w kraju podejmowano próby sformułowania definicji spawalności. Według J. Pilarczyka [4]:

Spawalność jest to zdolność do tworzenia za pomocą spawania złączy o wymaganych właści-wościach fizycznych, zdolnych do przenoszenia obciążeń przewidzianych dla danego rodzaju konstrukcji, do wykonania której dana stal ma być użyta.

M. Myśliwiec definiuje ją zaś następująco [5]:

Spawalność jest to prawdopodobieństwo zdarzenia, polegającego na tym, że złącza spawane wyko-nane z danego metalu, za pomocą określonego procesu technologicznego spawania, będą pracowały w sposób niezawodny w wymaganych warunkach eksploatacyjnych przez zadany okres.

Norma DIN 8528 z 1969 r. wprowadza termin „spawalność elementu konstrukcji”, a zatem opisuje nie spawalność ogólną, rozpatrywaną w oderwaniu od konstrukcji, lecz spawalność podporządkowaną określonemu elementowi konstrukcji. Spawalność nie jest więc pojęciem związanym wyłącznie z materiałem spawanym, a zatem nie jest własnością samego materiału. Jest to pojęcie szersze, związane z określonym elementem konstrukcji spawanej. Norma DIN wprowadza trzy dodatkowe pojęcia:

1) przydatność do spawania, 2) możliwość spawania, 3) bezpieczeństwo spawania.

Schemat pojęcia spawalności elementu konstrukcji według tej normy pokazano na ry-sunku 1.1. Schemat ten został nadmiernie rozbudowany i z praktycznego punktu widzenia bardziej słuszne jest przedstawienie pojęcia spawalności w postaci wektora R (rys. 1.2). W ten sposób zagadnienie upraszcza się.

Wszystkie czynniki wpływające na spawalność elementu konstrukcji (na wektor R) można podzielić na trzy grupy, a problem spawalności rozpatrywany jest na ogół z trzech punktów widzenia:

1) spawalności technologicznej,2) spawalności metalurgicznej,3) spawalności konstrukcyjnej.

Spawalność technologiczną określają czynniki związane z technologią wykonania i parametrami spawania (metoda spawania, energia źródła ciepła, prędkość spawania itp.) oraz wpływem tej technologii na własności złącza. Przykładem problemów wchodzących w zakres spawalności technologicznej są: właściwy dobór warunków i parametrów spawania, problem spawania metali o dużej przewodności cieplnej, na przykład miedzi.

15

Rys. 1.1. Schematyczne przedstawienie pojęcia spawalności elementu konstrukcji wg DIN 8528

Rys. 1.2. Przedstawienie pojęcia spawalności jako wektora R [1]

16

Spawalność metalurgiczna obejmuje zmiany i przemiany strukturalne materiału ro-dzimego będące wynikiem procesu spawania. Zależy ona od składu chemicznego, stopnia zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi, sposobu prowadzenia i wykańczania wytopu, struktury wynikającej z przeróbki plastycznej lub obróbki cieplnej. Problemami wchodzącymi w zakres spawalności metalurgicznej są: powstawanie pęknięć gorących krystalizacyjnych i segregacyjnych, pęknięć zimnych, lamelarnych i relaksacyjnych, spawanie stali po obróbce cieplnej (zmiany struktury obróbki), tworzenie się kruchych struktur hartowania w procesie spawania, w wypadku spawania miedzi tworzenie się kruchej eutektyki Cu-Cu2O itp.

Spawalność konstrukcyjna obejmuje wszystkie czynniki dotyczące przystosowania się materiału do naprężeń, które w nim powstają w wyniku operacji spawania (w czasie i po spawaniu) oraz w eksploatacji. Zależy ona od grubości i kształtu elementów spawanych, stopnia usztywnienia, rodzaju złącz, granicy plastyczności materiału spawanego, stopiwa itp. Spawalność konstrukcyjna obejmuje wszystkie problemy związane z przystosowywaniem się materiału w czasie spawania do odkształceń wywołanych naprężeniami spawalniczymi i naprężeniami wynikającymi z oddziaływania konstrukcji na złącze, a zatem wpływem na-prężeń na skłonność do pęknięć (zimnych, gorących, lamelarnych i relaksacyjnych), a ponadto problemy związane z tworzeniem się i rozprzestrzenianiem pęknięć spowodowanych działa-niem karbu (pęknięcia kruche).

Rysunek 1.3 potwierdza słuszność określenia pojęcia spawalności jako wektora R. Widać na nim, że technologiczne parametry spawania, materiał i własności złącza oraz czynniki konstrukcyjne są wzajemnie powiązane zależnościami i spawalności nie można rozpatrywać jako pojęcia oderwanego od nich.

Od czasu opracowania przywołanych definicji badania i praktyka spawalnicza uległy pogłębieniu i poszerzeniu, lepiej poznano czynniki wpływające na zachowanie się metalu i konstrukcji podczas spawania. Wiedza dotycząca nowych zjawisk i rządzących nimi pra-widłości oraz opracowanie nowych metod badawczych pozwalają na rozróżnienie wpływu poszczególnych czynników na spawalność oraz ilościowe określenie tego wpływu. Umożliwiło to opracowanie określonego zestawu prób dających zespół wskaźników, w większości o cha-rakterze liczbowym. Biorąc powyższe pod uwagę, w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach opracowano Polską Normę zawierającą następującą definicję spajalności metali (pojęcie szersze obejmujące spawalność, zgrzewalność i lutowalność) oraz czynników wpływających na jej ocenę [6–8]:

Spajalność wyraża przydatność metalu o danej wrażliwości na spajanie do utworzenia w określo-nych warunkach spajania złącza metalicznie ciągłego o wymaganej użyteczności.

Zaproponowana definicja została tak sformułowana, aby obejmowała w sposób przej-rzysty istotne czynniki wpływające na spajalność.

Powyższa definicja charakteryzuje ogólnie spajalność metali, jednak ze względu na bardzo duży udział stali w wytwarzaniu konstrukcji spawanych objaśnienia kolejnych pojęć odniesiono do stali.

Wrażliwość na spajanie wyraża reakcję metalu na procesy wywołane określonymi warunkami spajania. Stanowi zatem podstawowy czynnik materiałowy zależny od sposobu wytapiania stali i jej obróbki, a tym samym od składu chemicznego i struktury stali. Skład

17

Rys. 1.2. Współzależność między poszczególnymi grupami spawalności metalurgicznej, technologicznej i konstrukcyjnej [1]

chemiczny stali wpływa na charakter przemian fazowych w strefie wpływu ciepła pod wpły-wem cykli cieplnych spawania oraz związaną z nimi twardość strefy oraz jej skłonność do pęknięć zimnych. Zwiększona zawartość siarki w materiale rodzimym może spowodować

18

powstanie pęknięć segregacyjnych (likwacyjnych) w przyspoinowym obszarze SWC oraz wzrost skłonności do powstawania pęknięć lamelarnych w procesie spawania. W wyniku wymieszania metalu spoiwa z nadtopionym materiałem rodzimym, o podwyższonej zawartości siarki, w spoinie mogą powstać pęknięcia krystalizacyjne wskutek segregacji na granicach krzepnących krystalitów składników o niższej temperaturze topnienia. Celowo wprowadzone do stali mikrododatki niobu, wanadu i tytanu mogą również zwiększyć skłonność do powsta-wania pęknięć w spoinie oraz być przyczyną spadku jej udarności. Z powyższego wynika, że skład chemiczny stali wpływa nie tylko na własności SWC, ale może również oddziaływać na własności samej spoiny.

Dbałość o odpowiednio małą wrażliwość na spajanie winna rozpoczynać się na etapie opracowania nowego gatunku stali oraz być kontynuowana w czasie jej wytopu i dalszego przerobu. Zapewnienie przez producenta jedynie podstawowych własności mechanicznych (Re, Rm, A5, Z oraz udarności) stali przeznaczonej na konstrukcje spawane jest warunkiem niewystarczającym. Producent musi dodatkowo zapewnić możliwość uzyskania połączeń spawanych bez pęknięć i o wymaganych własnościach poprzez dostarczenie stali o odpo-wiedniej wrażliwości na spajanie. Jednym z podstawowych wskaźników charakteryzujących wrażliwość na spajanie stali jest równoważnik chemiczny węgla (Ce), od wartości którego zależy stopień utwardzenia SWC oraz skłonność do pęknięć zimnych.

Warunki spajania obejmujące zespół czynników technologicznych i konstrukcyjnych oddziałujących na spajane złącze w czasie jego wykonywania stanowią drugi istotny czynnik wpływający na spajalność danej stali. W zależności od zastosowanej metody i parametrów spawania, zmienia się ilość ciepła wprowadzonego do złącza, a tym samym charakter cyklu cieplnego wpływającego na szybkość chłodzenia SWC, ilość przetopionego metalu i wyni-kające stąd naprężenia skurczowe. Od stosowanej metody spawania i rodzaju materiałów dodatkowych zależy ilość wprowadzonego do spoiny wodoru, który w istotny sposób wpływa na powstawanie pęknięć zimnych. Kolejność układania poszczególnych ściegów oraz wstęp-ne podgrzanie wpływają w zasadniczy sposób na warunki chłodzenia złącza oraz poziom naprężeń. Takie czynniki konstrukcyjne jak grubość spawanej stali, rodzaj złącza spawanego oraz stopień jego utwierdzenia wywierają duży wpływ na skłonność do powstawania pęknięć. Wpływ czynników technologicznych i konstrukcyjnych na spawalność stali określa się na podstawie odpowiednich prób pękania gorącego i zimnego.

Użyteczność jest wynikiem własności złącza i określa możliwość jego wykorzystania w danych warunkach eksploatacji. Ustala się ją poprzez porównanie wskaźników spawalności z wymogami norm i przepisów dotyczących warunków wykonywania i odbioru poszczegól-nych typów konstrukcji spawanych (np. zbiorniki ciśnieniowe, kotły dla energetyki, rurociągi, kadłuby statków). Gdy stal o danej wrażliwości na spajanie w zastosowanych warunkach spawania ma wskaźniki spawalności spełniające wymagania określonych norm lub przepisów, wówczas uważa się, że jest przydatna do zastosowania w danej konstrukcji spawanej, a jej spawalność jest zadowalająca. Jeżeli wskaźniki spawalności nie spełniają tych wymogów, to spawalność stali jest niezadowalająca. Należy wtedy dobrać inny gatunek stali (o mniejszej wrażliwości na spajanie) lub zmienić warunki spawania na odpowiedniejsze.

19

1.2. Wpływ składników stopowych na spawalność staliWłasności fizyczne stali związane są głównie z jej składem chemicznym i obróbką ciep-

lną, przy czym wpływ poszczególnych składników stopowych zależy nie tylko od rodzaju pierwiastka i jego ilości, lecz także od obecności innych pierwiastków. Ponieważ spawalność stali jest uzależniona głównie od zmian własności mechanicznych w czasie spawania, dlatego jej skład chemiczny w dużej mierze decyduje o spawalności. Ze wszystkich pierwiastków węgiel jest składnikiem w największej mierze oddziałującym na spawalność.

Węgiel występuje w stali w postaci węglików (Fe3C, Cr23C6, TiC, Mo2C, VC i innych). Zawartość węgla w zasadniczy sposób wpływa na własności mechaniczne stali i jej strukturę, zwiększając wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności i twardość, a zmniejszając udarność, przewężenie i wydłużenie. Należy jednak zdawać sobie sprawę, w jakiej stali wy-stępuje węgiel, aby właściwie określić jego dopuszczalne granice. Stal węglowa zawierająca do 0,25% węgla jest dobrze spawalna, gdy nie zawiera innych składników stopowych w zna-czących ilościach. Natomiast stal kwasoodporna zawierająca 18% Cr i 8% Ni przy tej samej zawartości węgla jest trudno spawalna. Jednak wysoko manganowa stal Hadfielda (14% Mn i 1,0÷1,4% C) jest dobrze spawalna, z tym że po spawaniu musi zostać szybko schłodzona. W wypadku stali węglowych spawalność ich pogarsza się gwałtownie przy zwiększeniu zawartości węgla powyżej 0,25% (w stalach niskostopowych powyżej 0,15÷0,20%), gdyż wskutek skłonności stali do hartowania się w spoinie i w strefie wpływu ciepła występują struktury skłonne do pęknięć.

Mangan w małych ilościach poprawia spawalność stali, natomiast w ilościach więk-szych jego wpływ na spawalność zależy od zawartości w stali innych pierwiastków, a przede wszystkim węgla. W związku z tym w spawalnych stalach konstrukcyjnych o wyższej wytrzy-małości ograniczono zawartość manganu do około 2,0% przy zawartości węgla maksimum 0,15% (dla elementów o niezbyt dużej grubości) i do 1,6% przy tej samej zawartości węgla (dla elementów o znacznej grubości). W celu zahamowania rozrostu ziarna i zmniejszenia wrażliwości spawalnych stali manganowych na przegrzanie wprowadza się do nich pierwiastki węglikotwórcze (Ti, V, Nb), które tworzą trwałe węgliki lub azotki o wyższej temperaturze rozpuszczania. W wyniku tego zmniejsza się możliwość przegrzania stali i powstania kruchych składników strukturalnych w strefie przejściowej złącza spawanego. Wprowadzenie do stali manganowej pierwiastków węglikotwórczych zapewnia tworzenie się struktury drobnoziar-nistej i zwiększa wytrzymałość stali, nie obniżając jej własności plastycznych.

Krzem w ilościach spotykanych w stalach konstrukcyjnych (do 0,5%) nie wpływa na spawalność. Pogorszenie spawalności następuje przy zawartości krzemu powyżej 0,7÷0,8%. Krzem utrudnia przeróbkę plastyczną na gorąco i może powodować rozwarstwienie się blach walcowanych, co przy silnym nagrzaniu w czasie spawania i następnym skurczu doprowadza do całkowitego oddzielenia się poszczególnych warstw (pęknięcia lamelarne) i zniszczenia konstrukcji. Oprócz tego, krzem hamuje przebieg przemian fazowych, przez co przy więk-szych zawartościach zwiększa hartowność stali.

Chrom należy do podstawowych składników stali stopowych, ponieważ wpływa w zasadniczy sposób na ich własności, a przede wszystkim hartowność. Już przy stosun-kowo niewielkiej zawartości chromu (0,3÷0,4%) następuje znaczne utwardzenie się strefy

20

przejściowej spawanej stali, a spawanie stali o wyższej zawartości chromu jest możliwe tylko przy stosowaniu podgrzewania wstępnego. W wielu przypadkach konieczne jest stosowanie obróbki cieplnej złącza po spawaniu.

Nikiel podobnie jak chrom zwiększa hartowność stali, sprzyjając równocześnie powsta-niu drobnoziarnistej struktury i zmniejszając w ten sposób wrażliwość stali na przegrzanie. W miarę wzrostu zawartości niklu w stalach niklowych (o zawartości 1÷5% Ni i poniżej 0,15% C) powstaje, nawet przy stosunkowo powolnym chłodzeniu, struktura drobnego bainitu. W miarę wzrostu zawartości niklu w stalach niskowęglowych pogarsza się zatem ich spawal-ność. Stale niklowe martenzytyczne mają wysoką wytrzymałość i granicę plastyczności, są twarde, kruche i praktycznie niespawalne. Stale chromowo-niklowe austenityczne zawierają powyżej 8% niklu, odznaczają się dobrą wytrzymałością, wydłużeniem i udarnością, a także znaczną odpornością na korozję w kwasach. Są dobrze spawalne z uwagi na to, że mają strukturę austenityczną, ale tylko pod warunkiem niewielkiej zawartości węgla (maksimum 0,1÷0,12%).

Molibden zwiększa hartowność stali i z tego powodu w większości stali węglowych za-wartość jego jest ograniczona do 0,35%. Nawet przy stosunkowo małej zawartości (0,5÷1,0%) zwiększa wytrzymałość na pełzanie i żaroodporność. Dlatego też jest jednym z głównych (oprócz chromu) składników stali stosowanych w energetyce, pracujących w podwyższonych temperaturach przy dużych obciążeniach. Ze względu na hartowanie się strefy wpływu ciepła tych stali niezbędne jest stosowanie podgrzewania przed spawaniem i obróbki cieplnej złącz po spawaniu. Dodatek 2÷5% molibdenu do austenitycznych stali chromowo-niklowych nie pogarsza ich spawalności. Powoduje natomiast powstawanie w strukturze stali austenitycznych niedużych ilości ferrytu, przez co poprawia odporność spoin na pęknięcia gorące.

Aluminium ze względu na duże powinowactwo z tlenem stosowane jest jako odtle-niacz. Nadmiar aluminium po odtlenieniu w ilości minimum 0,02% tworzy azotki AlN, które hamują rozrost ziaren do temperatury około 950°C. Małe ilości aluminium nie wpływają na zmianę własności mechanicznych stali, jednak jego 2–3-procentowy dodatek wywołuje znaczny spadek udarności i przewężenia oraz w pewnym stopniu zwiększa kruchość stali na gorąco. Wymienione własności aluminium decydują o jego wpływie na spawalność stali. Wprowadzone do stali w małych ilościach zmniejsza jej skłonność do hartowania się i hamuje rozrost ziaren w SWC, poprawiając w ten sposób spawalność stali. Natomiast stale o większej zawartości aluminium (ponad 1%) są trudno spawalne. Aluminium zwęża zakres krzepnięcia stali wskutek czego stal szybko przechodzi ze stanu stałego w ciekły, co uniemożliwia w ogóle spawanie łukowe blach cienkich.

Wanad, niob i tytan tworzą z węglem i azotem trwałe węgliki, azotki lub węgliko-azotki typu M(CN). Tworzenie się cementytu w stalach zawierających te pierwiastki jest możliwe tylko wtedy, gdy po powstaniu trwałych węglików pozostanie jeszcze pewna ilość niezwiązanego węgla. Węgliki, azotki lub węglikoazotki wanadu, tytanu lub niobu w czasie nagrzewania w SWC poniżej 1250°C nie ulegają całkowitemu rozpuszczeniu, a zatem stają się zarodkami nowopowstających ziaren przy chłodzeniu, dzięki czemu stal ma strukturę drobnoziarnistą. Całkowite rozpuszczenie węglików lub węglikoazotków następuje w wysokiej temperaturze, dlatego strefa gruboziarnista jest bardzo wąska. Nawet nieduży dodatek tych pierwiastków do stali przyczynia się do otrzymania struktury drobnoziarnistej w strefie wpływu

21

ciepła. Maksymalne dodatki tych pierwiastków do stali wynoszą: Nb < 0,05%, Ti < 0,05%, V < 0,1%, toteż pierwiastki te nazywane są mikrododatkami.

Mikrododatki niobu, wanadu i tytanu rozpuszczone w SWC podnoszą hartowność tego obszaru, a tym samym zwiększają twardość po ochłodzeniu. Jest to wpływ niekorzystny. Jednak związki niobu, wanadu i tytanu rozpuszczają się w temperaturach 1150÷1300°C, a zatem wyższych niż AlN, przez co skutecznie hamują rozrost ziarna austenitu i znacznie zawężają szerokość obszaru gruboziarnistego. Mimo że obszar gruboziarnisty SWC ma nieco większą twardość, to jednak znaczne zwężenie tego obszaru powoduje, że wprowadzenie do stali mikrododatków wywołuje podwyższenie udarności SWC, a przez to jej spawalności. Schemat korzystnego wpływu mikrododatków na udarność SWC ilustruje rysunek 1.4.

Mikrododatków nie należy stosować do elektrod i drutów spawalniczych. W procesie krzepnięcia tworzą one dendrytyczne węgliki lub węglikoazotki rozmieszczone po granicach ziaren (krystalitów). Powoduje to znaczne zwiększenie kruchości spoiny. Przy wprowadzaniu mikrododatków, zwłaszcza tytanu i niobu, należy ograniczać w stali zawartość siarki. Siarka tworzy z tytanem (niobem) i węglem dendrytyczne (eutektyczne) węgliko-siarczki, na przy-kład Ti4S2C2, które zwiększają skłonność do pękania na gorąco.

Rys. 1.4. Mechanizm korzystnego wpływu mikrododatków na udarność strefy wpływu ciepła

Wolfram w stalach węglowych zwiększa twardość, wytrzymałość i granicę plastyczności. Nadaje stali strukturę drobnoziarnistą, co jest wynikiem zdolności do tworzenia trudno roz-puszczalnych węglików. Hartowność stali pierwiastek ten podwyższa w niewielkim stopniu. Wolfram pogarsza spawalność stali, podnosząc znacznie twardość SWC, szczególnie przy zwiększonej zawartości węgla. W stalach austenitycznych zawierających niewielką ilość węgla (poniżej 0,15%) dodatek wolframu sięgający około 3% nie pogarsza ich spawalności.

Miedź zwiększa wytrzymałość i granicę plastyczności stali, nie pogarszając zbytnio jej własności plastycznych, a równocześnie uodparnia stal na działanie korozji atmosferycznej i niektórych rozcieńczonych kwasów. W ilościach spotykanych zwykle w stalach (do oko-ło 0,5%) miedź nie pogarsza spawalności. Jednak większa zawartość miedzi, na przykład w stalach nierdzewnych martenzytycznych utwardzanych wydzieleniowo miedzią, wywołuje

w SWC pękanie na gorąco [9]. Niebezpieczne jest również zanieczyszczenie powierzchni stali miedzią, między innymi wskutek elektrochemicznego osadzenia lub potarcia mosiężną końcówką palnika. Miedź topi się w temperaturze 1083°C i w obecności naprężeń bardzo dobrze zwilża stal, rozpływając się po granicach ziaren. Obecność cieczy na granicach ziaren i odkształcenia wywołane skurczem przy krzepnięciu i chłodzeniu powodują powstanie pęknięć na gorąco w spoinie lub w SWC. Podobnie nieumiejętne spawanie na podkładce miedzianej może doprowadzić do przetopienia miedzi i dostanie się jej do spoiny. Badania [10] wykazały, że krytyczne naprężenie wywołujące natychmiastowe pękanie stali w temperaturze 1100°C w obecności warstewki płynnej miedzi wynosi około 12 MPa.

Fosfor zwiększa wytrzymałość, granicę plastyczności, twardość i wytrzymałość na zmęczenie, zmniejsza natomiast wydłużenie i udarność. W ilościach spotykanych w sta-lach konstrukcyjnych (do 0,05%) nie zwiększa hartowności strefy przejściowej spawanego złącza. Powyżej 0,05% wywołuje gruboziarnistość stali i znacznie zwiększa jej kruchość. Fosfor wykazuje znaczną skłonność do segregacji, przez co w obszarach o zwiększonej koncentracji (w środku grubości blachy) może powodować powstawanie pęknięć gorących lub zimnych.

Siarka, podobnie jak fosfor, wykazuje dużą skłonność do segregacji i w związku z tym – o ile występuje w większych ilościach (nawet w granicach dopuszczalnych normą) – pogarsza spawalność stali. Z żelazem tworzy siarczek FeS, który z austenitem (lub z FeO i austenitem) daje niskotopliwe eutektyki będące przyczyną powstawania pęknięć gorących w spoinie lub w strefie wpływu ciepła. W stalach o podwyższonej wytrzymałości, zwłaszcza po regulowanym walcowaniu, rozwalcowane siarczki manganu są przyczyną pęknięć lamelar-nych. Ogólnie przyjmuje się, że im niższa jest zawartość siarki w stali, tym spawalność jest lepsza, a własności plastyczne (udarność) wyższe. W stalach do specjalnych zastosowań, na przykład na rurociągi do transportu gazu ziemnego zawierającego wilgotny H2S, zawartość siarki nie powinna przekraczać 0,002%. Większe zawartości siarki powodują powstanie pęk-nięć wodorowych HIC (Hydrogen Induced Cracking) w czasie eksploatacji lub wystąpienie korozji naprężeniowej SSC (Sulfide Stress Corrosion).

Na podstawie znajomości składu chemicznego stali można wstępnie w sposób przybli-żony określić jej własności spawalnicze w oparciu o obliczeniowe wskaźniki spawalności (Ce, H.C.S., PCM itp.). Zagadnienie to zostanie szczegółowo omówione w następnych roz-działach.

23

2. Pękanie połączeń spawanych

Przyjmując za kryterium klasyfikacji pęknięć okres, w którym one występują, i przyczyny ich powstawania, pęknięcia w złączach spawanych można podzielić na dwie grupy:

1. Pęknięcia technologiczne. Powstają one podczas spawania lub po pewnym czasie od jego zakończenia, gdy na złącze nie działają jeszcze naprężenia od obciążeń eksploata-cyjnych, i dzielą się na: – gorące,– zimne,– lamelarne,– wyżarzeniowe.

2. Pęknięcia eksploatacyjne. Występują one po długim czasie od zakończenia spawania kon-strukcji, gdy jest ona poddana obciążeniom eksploatacyjnym. Można je podzielić na:– kruche,– zmęczeniowe.

Pęknięcia technologiczne powstające w procesie spawania i po jego zakończeniu mogą być spowodowane:

– kruchością, która może występować:• w wysokich temperaturach powyżej 0,5 Tt, powodując powstawanie tzw. pęknięć

gorących (Tt – temperatura topnienia [K]),• pod wpływem tworzenia się martenzytu lub obecności wodoru w stali, przyczyniając

się do występowania tzw. pęknięć zimnych;– naprężeniami i odkształceniami w złączach spawanych wynikającymi z procesu krzep-

nięcia i stygnięcia spoin i związanym z tym zjawiskiem skurczu; tworzą się wówczas pęknięcia lamelarne i pęknięcia wyżarzeniowe (relaksacyjne).

2.1. Pęknięcia gorącePęknięcia gorące są jednymi z najczęściej występujących defektów (niezgodności spa-

walniczych) powstających przy spawaniu. Ich powstawanie uwarunkowane jest:– składem chemicznym metalu spoiny,– warunkami i charakterem procesu krystalizacji,

24

– stopniem rozwoju wewnątrzkrystalicznej niejednorodności,– konstrukcją i sztywnością połączenia spawanego.

Ze względu na miejsce powstania, pęknięcia gorące dzielimy na:– pęknięcia krystalizacyjne w spoinie (rys. 2.1),– pęknięcia segregacyjne w strefie wpływu ciepła i w spoinie w pobliżu linii wtopienia

(rys. 2.2).

Rys. 2.2. Makrostruktura spoiny wykonanej łukiem krytym pod topnikiem z widocznym pęknięciem segregacyjnym rozwijającym się w pobliżu linii wtopienia (w strefie wpływu ciepła i w spoinie)

Rys. 2.1. Pęknięcie krystalizacyjne w spoinie: a) stali niestopowej, b) stali austenitycznej

a)

2.1.1. Pęknięcia krystalizacyjne w spoinieCharakterystyczną cechą pęknięć gorących krystalizacyjnych jest ich usytuowanie

w osi spoiny. W procesie spawania krystalizujący metal spoiny znajduje się pod wpływem naprężeń rozciągających. Naprężenia te powstają w wyniku nieswobodnego skurczu spoiny i stygnięcia nierównomiernie nagrzanego materiału spawanego. Pod wpływem tych naprężeń metal spoiny odkształca się, a przy niedostatecznej zdolności do odkształceń – pęka. Podczas krystalizacji stopy przechodzą przez stadium stało-ciekłego stanu w zakresie temperatury likwidus–solidus.

b)

25

Proces pękania w czasie krzepnięcia przebiega w tzw. zakresie kruchości wysokotem-peraturowej (ZKW). Zakres kruchości wysokotemperaturowej jest ograniczony od góry tzw. temperaturą wytrzymałości zerowej NST (Nil Strength Temperature), to znaczy najniższą temperaturą, przy której materiał ulega zerwaniu przy zerowym poziomie naprężeń, a od dołu temperaturą powrotu ciągliwości DRT (Ductility Recovery Temperature). Położenie tych temperatur ilustruje rysunek 2.3.

Na rysunku 2.3 zaznaczono również temperaturę ciągliwości zerowej NDT (Nil Ductility Temperature), czyli temperaturę, przy której podczas nagrzewania materiał pęka z przewężeniem równym zeru. W procesie krystalizacji po ochłodzeniu do temperatury NST ziarna zaczynają się ze sobą stykać, tworząc „mostki” (rys. 2.4).

Rys. 2.3. Schemat zmian plastyczności stopu podczas nagrzewania i chłodzenia oraz lokalizacja: temperatury ciągliwości zerowej (NDT), temperatury zerowej wytrzymałości (NST) i temperatury

powrotu ciągliwości przy chłodzeniu (DRT)

Rys. 2.4. Charakterystyczne miejsca styku dendrytów, czyli „mostki” (M) na powierzchni pęknięcia gorącego w spoinie stali: a) S235JR, b) S355J2G3

26

Utrudniona zostaje wówczas swobodna cyrkulacja cieczy odpowiedzialna za plastyczność stopu. Poniżej temperatury NST metal spoiny ma już pewną wytrzymałość mechaniczną, jednak granice styków krystalitów nie są jeszcze zdolne do przenoszenia odkształceń pla-stycznych. Temperaturę, w której następuje ten proces, nazywamy górną granicą ZKW. Odkształcenia skurczowe mogą więc doprowadzić do powstawania mikropęknięć (mikrosz-czelin) na granicach krystalitów, na których proces krystalizacji jeszcze się nie zakończył. Powstałe pęknięcia (szczeliny) nie są usuwane w wyniku dopływu ciekłego metalu, przez tzw. samozaleczenie, gdyż postępujący proces krystalizacji zamyka jego dopływ. W procesie dalszego chłodzenia krzepną warstwy międzydendrytyczne, a ich wytrzymałość osiąga war-tość umożliwiającą przejęcie przez kryształy odkształceń plastycznych. Od tego momentu odkształcenie metalu zachodzi w wyniku transkrystalicznych poślizgów, a zerwana próbka ma już określone wydłużenie (przewężenie) większe od zera. Temperaturę, przy której to następuje, nazywa się temperaturą DRT lub dolną granicą ZKW.

Mechanizm pękania spoin w czasie krystalizacji można wyjaśnić na przykładzie stopu tworzącego układ z eutektyką (rys. 2.5). W czasie krystalizacji w zakresie temperatury li-kwidus–solidus stopy przechodzą przez stan dwufazowy stało-ciekły. W pierwszym etapie krystalizacji jeziorka, kiedy ciekła faza ma możliwość swobodnej cyrkulacji między rosnącymi krystalitami, plastyczność metalu określona własnościami cieczy jest wysoka (stadium I na rys. 2.5). W miarę wzrostu objętości fazy stałej rozrastające się krystality zaczynają stykać się ze sobą, tworząc tzw. mostki (rys. 2.5b, 2.4).

Rys. 2.5. Mechanizm tworzenia się pęknięć gorących przy krystalizacji eutektycznych stopów: a) zmiana efektywnego zakresu krystalizacji ΔTe, skurczu liniowego ε i wskaźnika skłonności do pęknięć (zapasu plastyczności) A w zależności od koncentracji domieszki (dodatku stopowego),

b) schemat zmian ilości krystalitów i fazy ciekłej w czasie krystalizacji (odpowiednio w punktach 1–5 zaznaczonych na rysunku 2.5a dla stopu o składzie cx)

c

a

Stadium I

Stadium II

Zawartość pierwiastka B

1

2

3

4

5

a) b)

Tem

peratura,za

pas

plastycz

nośc

i,sk

urcz

A

27

Powstanie mostków utrudnia swobodną cyrkulację cieczy, a odkształcenia skurczowe mogą doprowadzić do powstawania mikropęknięć (mikroszczelin) na granicach krystalitów, na których proces krystalizacji jeszcze się nie zakończył (rys. 2.5, punkt 5). Poniżej tem-peratury DRT (dolnej granicy ZKW) zakrzepły metal spoiny ma dostateczną plastyczność, a odkształcenie materiału zachodzi w wyniku transkrystalicznych poślizgów.

W stopach wielofazowych, które krystalizują w ten sposób, że między ziarnami (den-drytami) osnowy znajdują się niskostopowe fazy w formie międzykrystalicznych warstewek, dolna granica ZWK zwykle znajduje się w pobliżu nierównowagowej temperatury solidus Ts. Jednak kiedy niskotopliwe warstewki są dostatecznie cienkie, tak że ciepła ich krystalizacji nie da się zarejestrować za pomocą analizy termicznej, to nierównowagowa temperatura solidus jest zawyżona. Dolna granica ZKW jest wówczas niższa od Ts. W jednofazowych stopach dolna temperatura TZKW równa się temperaturze solidus Ts jedynie wtedy, gdy efek-tywny zakres krystalizacji ΔTe jest dostatecznie szeroki, a skurcz przy temperaturze solidus jest bardzo duży.

Podczas krystalizacji czystych metali lub jednofazowych stopów z wąskim zakresem krystalizacji, dającym strukturę komórkową ze słabo rozwiniętą wewnątrzkrystaliczną niejed-norodnością, dolna granica ZKW znajduje się znacznie poniżej Ts. Pęknięcia gorące powstają wówczas na granicach kryształów w momencie, gdy stop jest już w stanie stałym. Sprzyjają temu stosunkowo gładkie granice kryształów w spoinie. Na gładkich granicach kryształów przy wysokiej temperaturze intensywnie rozwija się proces poślizgu prowadzący do między-krystalicznego pękania w kierunku prostopadłym do działających odkształceń skurczowych lub naprężeń zewnętrznych. Wpływ charakteru krystalizacji na zapas plastyczności stopu, a tym samym skłonność do pęknięć krystalizacyjnych, ilustruje rysunek 2.6.

Rys. 2.6. Wpływ charakteru krystalizacji na plastyczność stopu (wielkość dopuszczalnych odkształceń)Źródło: [11]

28

Z przedstawionego na rysunku 2.6 schematu wynika, że największą skłonność do pę-kania mają spoiny, w których w czasie krzepnięcia powstaje struktura komórkowa. Pękaniu tych spoin sprzyjają stosunkowo gładkie powierzchnie granic komórek, gdzie występuje silna segregacja niskotopliwych składników. Przy krzepnięciu komórkowo-dendrytycznym powierzchnia właściwa granic krystalitów jest większa, a zatem stężenie niskotopliwych faz na jednostkę powierzchni mniejsze i mniejsza skłonność do pękania. Ponadto podczas wzrostu dendryty komórkowe wzajemnie zazębiają się bocznymi gałęziami, przez co spoina uzyskuje dodatkowy wzrost wytrzymałości i obniżenie skłonności do pękania. Przy płaskim froncie krzepnięcia występującym przeważnie w czystych metalach nie ma segregacji, a zatem odporność tych spoin na pękanie krystalizacyjne jest duża.

Według Prochorowa [12, 13] tworzenie się pęknięć gorących jest uzależnione od trzech czynników:

1) wielkości zakresu kruchości wysokotemperaturowej ΔTZKW,2) zdolności do odkształceń plastycznych,3) szybkości narastania odkształceń.

Rys. 2.7. Charakter zmian plastyczności stopu (p) i odkształceń (ε) w zakresie temperatur krystalizacji: εsk – odkształcenie wywołane skurczem swobodnym, εk – odkształcenie wywołane zmianą kształtu elementu; CST – krytyczna szybkość narastania odkształceń, TL – temperatura

likwidus

Krzywa p na rysunku 2.7 przedstawia zmianę plastyczności metalu w obszarze kruchości wysokotemperaturowej. W pobliżu temperatury likwidus mieszanina cieczy i kryształów wy-kazuje dużą zdolność do odkształceń. Tak samo dużą zdolność do odkształceń ma całkowicie

29

zakrzepnięty metal (poniżej temperatury solidus). W miarę postępu krystalizacji plastyczność gwałtownie maleje, osiągając pewną wartość εmin, natomiast odkształcenie ε, związane ze skurczem spoiny εsk i zmianą kształtu elementu εk, zwiększa się ze spadkiem temperatury. Pęknięcia powstają wówczas, gdy krzywe p = f(T) i ε = f(T) przecinają się, to jest gdy wewnętrzne odkształcenie materiału jest równe jego zdolności do odkształceń lub większe od niej. Można zatem stwierdzić, że skłonność do pęknięć gorących zależy od szerokości zakresu kruchości wysokotemperaturowej (ZKW), która jest w pewnej korelacji z zakresem temperatur krzepnięcia (likwidus–solidus) oraz od szybkości narastania odkształceń. Badania Sterenbogena [14] wykazały, że szerokość ZKW i krytyczna szybkość narastania odkształceń (Vkr) zależą od składu chemicznego i wynoszą:

– dla stali niskowęglowych:

ZKW = 238 S + 56,7 C – 3,6 Mn [K] (2.1)

Vkr = 27,7 – 76 C – 184 S + 24 Mn2 [mm/min] (2.2)

– dla stali niskostopowych:

ZKW = 609 S + 113 C +20 Si – 8,7 Mn – 14 Mo [K] (2.3)

Vkr = 19 – 42 C – 411 S –3,3 Si + 5,6 Mn + 6,7 Mo [mm/min] (2.4)

gdzie: C, S, Si, Mo, Mn – zawartości pierwiastków [%].

Przedstawione równania wskazują, że głównymi składnikami zwiększającymi skłonność do pęknięć krystalizacyjnych w stali są węgiel i siarka. Trzecim pierwiastkiem znacznie rozszerzającym zakres krzepnięcia, a tym samym zakres kruchości wysokotemperaturowej, jest fosfor.

Na rysunku 2.7 minimalne odkształcenie wywołujące pęknięcie oznaczono przez min. Pochylenie stycznej (–dε/dT) do krzywej plastyczności jest nazywane krytyczną szybkością narastania odkształceń z temperaturą CST (Critical Strain rate for Temperature drop). Ogólnie można stwierdzić, że im mniejsza wartość εmin i większy zakres kruchości wyso-kotemperaturowej oraz mniejsza krytyczna szybkość narastania odkształceń, tym większa skłonność do powstawania pęknięć krystalizacyjnych.

Skłonność do pękania w czasie krzepnięcia można zmniejszyć, obniżając szybkość na-rastania odkształceń z temperaturą poniżej wartości krytycznej, to jest –dε/dT < CTS. Mate-matycznie –dε/dT = (∂ε/∂t) / (–∂T/∂t), gdzie t jest czasem. Szybkość odkształcania (∂ε/∂t) jest wynikiem swobodnego skurczu krzepnącej spoiny oraz zmiany kształtu stygnącego elementu i oddziaływania sztywnego sąsiadującego materiału spawanego.

Jeśli szybkość odkształcania ∂ε/∂t jest mała, a krzepnięcie spoiny określone przez szyb-kość chłodzenia (–∂T/∂t) wolne, to szybkość narastania odkształceń z temperaturą –dε/dT bywa mała i utrzymuje się poniżej CST. Spoina w tych warunkach może krzepnąć bez pę-kania. Pęknięć można uniknąć również, jeśli szybkość chłodzenia –∂T/∂t zostanie znacznie

30

podwyższona, co zmniejsza –dε/dT do wartości poniżej CST. Możliwości ograniczenia skłonności do pękania poprzez wzrost szybkości krzepnięcia zostały potwierdzone przez Yanga [15], który uniknął pękania spoin podczas spawania stopu aluminium 2024 metodą GTAW, kierując strumień ciekłego azotu na spoinę (poza jeziorkiem), co zwiększyło szybkość chłodzenia i krzepnięcia.

2.1.1.1. Wpływ węgla, siarki i fosforu na proces pękaniaPrzy krystalizacji stali zawierającej poniżej 0,09% węgla (rys. 2.8) z cieczy wydziela

się ferryt (δ), który przy dalszym chłodzeniu przechodzi w austenit. Przy większej zawarto-ści węgla (C > 0,09%) między pierwotnie wydzielonymi kryształami ferrytu δ a pozostałą cieczą zawierającą 0,53% węgla zachodzi reakcja perytektyczna z utworzeniem austenitu (γ) o zawartości 0,17% węgla. Rozpuszczalność siarki w ferrycie jest znacznie większa niż w austenicie (rys. 2.9).

Rys. 2.8. Fragment układu żelazo − węgiel z przemianą perytektyczną

W konsekwencji w stalach, w których zachodzi przemiana perytektyczna, siarka, segre-gując na pierwotnych granicach ziaren austenitu, może tworzyć z austenitem niskotopliwe eutektyki o temperaturze topnienia 988°C. Pojawienie się eutektyk znacznie rozszerza zakres krzepnięcia, a tym samym zakres kruchości wysokotemperaturowej (ZKW), co sprzyja tworzeniu międzykrystalicznych pęknięć krystalizacyjnych. Krytyczna zawartość siarki za-leży od zawartości węgla i manganu (rys. 2.10). Im większa jest zawartość węgla, tym przy mniejszej zawartości siarki pojawiają się pęknięcia.

Wpływ siarki i manganu na powstawanie pęknięć podczas krzepnięcia spoiny określa się zwykle, opierając się na stosunku manganu do siarki (rys. 2.11). Na wykresie widać, że mangan częściowo neutralizuje szkodliwy wpływ siarki, przy czym w stalach o większej zawartości

31

węgla stosunek manganu do siarki zapewniający odporność na pękanie musi być znacznie większy.

Nowszym i lepiej opisującym wpływ manganu i siarki na pęknięcia gorące jest parametr Mn3/S [17]. W spoinach, w których Mn3/S jest mniejszy od 0,83, siarczki składają się z FeS i (Mn,Fe)S. Mają one kształt błonek występujących na granicach ziaren kolumnowych i wydzieleń globularnych na granicach komórek lub dendrytów komórkowych. Pęknięcia podczas krzepnięcia powstają zawsze wzdłuż siarczków błonkowych. Gdy 0,83 < Mn3 < 3, zasadniczo tworzy się tylko (Mn,Fe)S, lecz kształt siarczków na granicach ziaren kolumno-wych pozostaje błonkowy. Pęknięcia powstające podczas krzepnięcia występują rzadko. W spoinach, w których stosunek Mn3/S jest większy od 3 wzdłuż granic ziaren kolumnowych oraz granic komórek i dendrytów komórkowych, powstaje eutektyka zło-żona z drobnych globularnych siarczków (Mn,Fe)S i żelaza zawierającego mangan. W takich sytuacjach nie obserwuje się pęknięć w spoinach.

Podobnie jak siarka fosfor rozszerza zakres krzepnięcia i ZKW (rys. 2.12). Z wykresu na ry-sunku 2.13 widać, że maksymalna rozpuszczalność fosforu w ferrycie δ wynosi 2,8%, a tworzenie eu-tektyki fosforowej nie jest prawdopodobne. Fosfor jakkolwiek segreguje do granic ziaren i obniża punkt krzepnięcia obszarów międzydendrytycznych, to jednak jego główne oddziaływanie polega na ob-niżeniu międzykrystalicznej kohezji. Zestawienie wpływu analizowanych pierwiastków na zakres temperatur krzepnięcia w niskostopowych stalach przedstawiono na rysunku 2.14. Wpływ innych pierwiastków na skłonność do pękania krystaliza-cyjnego spoin pokazano na rysunku 2.15. Mecha-nizm wpływu boru jest taki sam jak fosforu, stąd też jego bardzo silny wpływ na skłonność do tworzenia pęknięć krystalizacyjnych. Nikiel, podobnie jak węgiel, sprzyja tworzeniu się austenitu podczas pierwotnej krystalizacji, a tym samym zwiększa segregację siarki na granicach.

Ogólnie wpływ składu chemicznego na skłonność do pękania na gorąco przy spawaniu łukowym można scharakteryzować wskaźnikami opisanymi w rozdziale 3. Zamieszczone tam równania wskazują, że głównymi składnikami zwiększającymi skłonność do pęknięć gorących są węgiel i siarka.

Rys. 2.9. Fragment układu żelazo – siarka (według Hansena i Anderki)

Źródło: [16]

32

Rys. 2.11. Wpływ stosunku manganu do siarki i zawartości węgla na skłonność do pękania na gorąco spoin stali węglowych

Źródło: [19]

Rys. 2.10. Wpływ węgla, siarki i manganu na skłonność do tworzenia pęknięć gorącychŹródło: [18]

33

Rys. 2.12. Wpływ zawartości siarki, fosforu i węgla na zakres kruchości wysokotemperaturowej (według Matsuda)

Źródło: [19]

Rys. 2.13. Fragment układu żelazo – fosfor (według Hansena i Anderki)

Źródło: [16]

Rys. 2.14. Wpływ pierwiastków na zakres krzepnięcia stali niskowęglowych i niskostopowych

Źródło: [40]

34

2.1.1.2. Optymalizacja kształtu spoinyOprócz czynników metalurgicznych, które wywołują pękanie stopiwa, należy wspo-

mnieć również o czynnikach konstrukcyjnych i technologicznych. Na wielkość naprężeń i odkształceń spawalniczych powodujących pękanie duży wpływ ma kształt ułożonego ściegu. Spoina, krzepnąc, kurczy się, a ostatni ścieg – w zależności od ułożenia – może być wklęsły lub wypukły. Rysunek 2.16 pokazuje, że przy ściegu wypukłym naprężenia rozciągające na powierzchni lica spoiny są mniejsze, a tendencja do zainicjowania pęknięcia na powierzchni zewnętrznej spada. Jednakże wypukły ścieg może powodować powstanie podtopień, przez co obniża się wytrzymałość zmęczeniowa oraz odporność na pękanie wodorowe od brzegu spoiny. Przy spawaniu wielowarstwowym, jak pokazano na rysunku 2.17, pęknięcie może być zainicjowane na powierzchni ostatniego ściegu, jeśli ściegi są zbyt szerokie i wklęsłe. Ściegi wypukłe obniżają skłonność do pękania krystalizacyjnego. Zwiększają jednak możliwość po-wstania niezgodności spawalniczych w postaci zażużleń przy brzegu spoiny, spowodowanych trudnościami z dokładnym usunięciem żużla.

Parametrem określającym kształt spoiny jest współczynnik kształtu określony za-leżnością:

bh

(2.5)

gdzie: b – szerokość spoiny, h – wysokość spoiny (rys. 2.18).

Rys. 2.15. Względny wpływ pierwiastków stopowych na skłonność do pękania krystalizacyjnego spoiny (według Morigaki)

Źródło: [19]

35

Rys. 2.17. Wpływ kształtu jeziorka spawalniczego na pękanie krystalizacyjne przy spawaniu wielościegowym: a) ściegi wklęsłe, b) ściegi wklęsłe i głęboki przetop, c) małe wtopienie i ściegi

lekko wypukłe

Rys. 2.16. Wpływ kształtu jeziorka spawalniczego na stan naprężeń w środkowej części powierzchni lica spoiny

Rys. 2.18. Segregacja zanieczyszczeń w spoinie w zależności od współczynnika kształtu: a) współczynnik kształtu spoiny ϕ mały (domieszki pozostają w osi spoiny), b) współczynnik

kształtu prawidłowy (domieszki wyprowadzane są do górnej części spoiny)

36

Najbardziej skłonne do pęknięć krystalizacyjnych są spoiny z wąską strefą przetopienia o małym współczynniku kształtu, w których zetknięcie się wierzchołków krystalitów następuje w osi spoiny (rys. 2.19a). Przy zwiększaniu współczynnika kształtu odporność materiału na powstanie pęknięć gorących podwyższa się, jednak przy bardzo szerokich spoinach prawdo-podobieństwo powstania pęknięć w spoinach znowu się zwiększa, co można wyjaśnić nieko-rzystnym równoległym układem krystalitów i dużym skurczem poprzecznym (rys. 2.19c).

Rys. 2.19. Wpływ współczynnika kształtu spoiny na pękanie podczas krzepnięcia: a) współczynnik kształtu mały, b) współczynnik kształtu właściwy, c) współczynnik kształtu duży

Tak więc spoiny wąskie i bardzo szerokie są skłonne do pęknięć krystalizacyjnych, przy czym skłonność ta zależy również istotnie od zawartości węgla (rys. 2.20).

Rys. 2.20. Wpływ kształtu spoiny na wielkość odkształcenia względnego ε (a) i skłonność do pęknięć krystalizacyjnych spoin o różnej zawartości węgla (b)

Źródło: [11]

37

Kształt spoiny zależy od natężenia prądu spawania, napięcia łuku, szybkości spawania, gęstości prądu w łuku, składu chemicznego i granulacji żużla, położenia elek-trody względem elementu spawanego oraz sposobu uko-sowania krawędzi. Spawanie prądem o dużym natężeniu daje spoiny wąskie i głębokie, o niskim współczynniku kształtu, skłonne do pęknięć. Przykład pęknięcia spo-iny o niskim współczynniku kształtu przedstawia rysu-nek 2.21.

Z kolei podczas spawania przy dużym napięciu otrzymuje się spoiny płytkie i szerokie o bardzo dużym współczynniku kształtu ϕ. Spoiny takie są również skłon-ne do pęknięć z uwagi na równoległy wzrost krystalitów i duży skurcz. Optymalną odporność na pękanie mają spoiny o współczynniku kształtu powyżej 1. Na przy-kład przy spawaniu automatycznym rur łukiem krytym pod topnikiem optymalny współczynnik kształtu winien wynosić około 1,5.

2.1.1.3. Rola wodoru w procesie pękania na gorącoDotychczas uważano, że wodór jest przyczyną powstawania pęknięć zimnych w czasie

spawania oraz tzw. pęknięć zwłocznych powstających po pewnym czasie od zakończenia procesu spawania. Ostatnie badania [20] weryfikują te stwierdzenia i wskazują, że wodór sprzyja również pękaniu na gorąco. Przykład pęknięcia gorącego krystalizacyjnego w osi spoiny spowodowanego nadmierną ilością wodoru pokazano na rysunku 2.22.

Rys. 2.21. Pęknięcie w osi spoiny spowodowane nieprawidłowym

współczynnikiem kształtu (ϕ < 1)

Rys. 2.22. Makrostruktura złącza spawanego z widocznym pęknięciem gorącym w osi spoiny

Mechanizm tego pękania można wyjaśnić w następujący sposób (rys. 2.23). W procesie krzepnięcia wydzielający się wodór tworzy między krystalitami warstwę gazową, która nie pozwala na pełne zetknięcie krystalitów. Krystality mogą być połączone ze sobą mostkami,

38

które przy dalszej dyfuzji wodoru już w stanie stałym, przy wzroście ciśnienia w wysokich temperaturach odkształcają się, powodując tworzenie się na powierzchni pęknięć charak-terystycznych „żyłek” pokazanych na rysunkach 2.24 i 2.25. Oprócz „żyłek” widoczne są ponadto tlenki powstałe w cieczy, które w czasie wzrostu krystalitów zostały zepchnięte do ich granic. Wokół tlenków występują wgłębienia niewypełnione ciekłym metalem na skutek dużego ciśnienia wodoru w miejscu styku krystalitów.

Rys. 2.23. Schemat mechanizmu pękania na gorąco wywołanego wydzielaniem się wodoru w czasie krzepnięcia

Źródło: [20]

Rys. 2.24. Powierzchnia pęknięcia gorącego spowodowanego wydzielaniem się wodoru

w czasie krzepnięcia. Widoczne odkształcone mostki (zaznaczone strzałkami)

Rys. 2.25. Szczelina (pęknięcie) między krystalitami z widocznym mostkiem

39

2.1.2. Pęknięcia segregacyjne w strefie wpływu ciepłaWystępowanie pęknięć na gorąco w strefie wpływu ciepła stali niskowęglowych

i stopowych obserwuje się przede wszystkim w strukturze obszaru leżącego w bezpośrednim sąsiedztwie spoiny, to jest w obszarze częściowego stopienia oraz w obszarze przegrzania (rys. 2.2, 2.26 i 2.27). Mają one charakter pęknięć międzykrystalicznych usytuowanych najczęściej prostopadle do kierunku działania naprężeń cieplnych. Pęknięcia segregacyjne mają z reguły przebieg dwustopniowy.

Rys. 2.26. Pęknięcia segregacyjne w SWC w pobliżu linii wtopienia: a) stal maraging; b) stal niskowęglowa niestopowa

Pierwszy stopień, określony jako początek tworzenia się pęknięć, jest wywołany obecnoś-cią ciekłych warstw na granicach ziaren, na których znajdowały się wtrącenia niemetaliczne, na przykład siarczki, węgliki lub fazy międzymetaliczne (rys. 2.27). Pojawienie się fazy ciekłej jest wynikiem procesu równowagowego nadtapiania się tych związków [21]. Płynne warstewki

Pęknięcie

a) 20 m

Pęknięcie

b) 10 m

Rys. 2.27. Powstawanie pęknięć w wyniku nadtapiania równowagowego w pasmach segregacji wtrąceń niemetalicznych lub związków międzymetalicznych: a) pęknięcia tworzące się tylko w SWC, b) powstałe w SWC pęknięcia przenoszące się do spoiny. Stal maraging spawana wiązką elektronów