Расслоение стальной пластины и холодное хрупкое растрескивание после огневой резки и сварки стальной пластины обычно имеют одно и то же проявление, оба из которых представляют собой трещины в середине пластины. С точки зрения использования расслоившуюся стальную пластину необходимо удалить. Всю расслоение следует удалять целиком, а местное расслоение можно удалять локально. Холодная хрупкая трещина стальной пластины проявляется в виде растрескивания посередине, которое некоторые еще называют «растрескиванием». Для удобства анализа правильнее определить его как «холодное хрупкое растрескивание». Этот дефект можно устранить с помощью корректирующих мер и соответствующей технологии сварки без сдачи в металлолом.

1. Расслоение стальной пластины.
Расслоение – это локальный разрыв в поперечном сечении стальной пластины (заготовки), из-за которого в поперечном сечении стальной пластины образуется локальный слой. Это фатальный дефект стали. Стальная пластина не должна расслояться, см. рисунок 1. Расслоением еще называют прослойку и расслоение, которое является внутренним дефектом стали. Пузырьки в слитке (заготовке), крупные неметаллические включения, остаточные усадочные полости, не удаленные или не свернувшиеся, сильная сегрегация – все это может стать причиной расслоения стали, а необоснованные процедуры обжатия прокаткой могут усугубить расслоение.

2. Виды расслоения стальных пластин.
В зависимости от причины расслоение проявляется в разных местах и ​​формах. Некоторые из них скрыты внутри стали, а внутренняя поверхность параллельна или по существу параллельна поверхности стали; некоторые распространяются на стальную поверхность и образуют на поверхности стали бороздкообразные поверхностные дефекты. В целом существует две формы:
Первый – открытая стратификация. Этот дефект расслоения можно обнаружить макроскопически на изломе стали и, как правило, его можно повторно проверить на сталелитейных заводах и производственных предприятиях.
Вторая – закрытая стратификация. Этот дефект расслоения невозможно увидеть при изломе стали, и его трудно обнаружить на заводе-изготовителе без 100% ультразвуковой дефектоскопии каждой стальной пластины. Это закрытое расслоение внутри стальной пластины. Этот расслоенный дефект доставляется из плавильного завода на завод-изготовитель и, наконец, перерабатывается в продукт для отгрузки.
Наличие дефектов расслоения снижает эффективную толщину стальной пластины в зоне расслоения, способную выдерживать нагрузку, и снижает несущую способность в том же направлении, что и расслоение. Форма края дефекта расслоения острая, что очень чувствительно к нагрузкам и приводит к серьезной концентрации напряжений. При многократном нагружении, разгрузке, нагреве и охлаждении в процессе эксплуатации в зоне концентрации напряжений образуется большое знакопеременное напряжение, приводящее к стрессовой усталости.

3. Метод оценки холодных трещин.
3.1 Метод углеродного эквивалента – оценка склонности стали к холодному растрескиванию
Поскольку склонность к упрочнению и образованию холодных трещин в зоне термического влияния при сварке связана с химическим составом стали, химический состав используется для косвенной оценки чувствительности к холодным трещинам в стали. Содержание легирующих элементов в стали пересчитывается в эквивалентное содержание углерода в соответствии с его функцией, которая используется в качестве показателя параметра для приблизительной оценки склонности стали к холодному растрескиванию, а именно методом углеродного эквивалента. Для метода углеродного эквивалента низколегированной стали Международный институт сварки (IIW) рекомендует формулу: Ceq(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/ 15. Согласно формуле, чем больше значение углеродного эквивалента, тем больше склонность свариваемой стали к закалке и тем легче образовывать холодные трещины в зоне термического влияния. Таким образом, углеродный эквивалент можно использовать для оценки свариваемости стали, а в зависимости от свариваемости можно предложить наилучшие условия процесса для предотвращения сварочных трещин. При использовании формулы, рекомендованной Международным институтом, если Ceq(IIW)<0,4%, тенденция к закалке невелика, свариваемость хорошая, и предварительный нагрев перед сваркой не требуется; если Ceq (IIW)＝0,4%～0,6%, особенно когда оно превышает 0,5%, сталь легко закаляется. Это означает, что свариваемость ухудшилась, и во время сварки требуется предварительный подогрев, чтобы предотвратить появление сварочных трещин. Температуру предварительного нагрева следует повышать соответственно по мере увеличения толщины пластины.
3.2 Индекс чувствительности к холодным трещинам при сварке
Помимо химического состава, к причинам возникновения холодных трещин при сварке низколегированных высокопрочных сталей относятся содержание диффузионного водорода в наплавленном металле, сжимающие напряжения соединения и др. Ито и др. Японии провели большое количество испытаний на более чем 200 типах стали с использованием исследовательского теста железа с наклонной Y-образной канавкой и предложили такие формулы, как индекс чувствительности к холодным трещинам, определяемый химическим составом, диффузионным водородом и ограничением (или толщиной пластины). и использовали индекс чувствительности к холодным трещинам для определения температуры предварительного нагрева, необходимой перед сваркой для предотвращения холодных трещин. Принято считать, что следующую формулу можно использовать для низколегированной высокопрочной стали с содержанием углерода не более 0,16 % и пределом прочности 400-900 МПа. Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B (%);
Pc=Pcm+[H]/60+t/600 (%)
To=1440Pc-392 (℃)
Где: [H] — содержание диффузионного водорода в наплавленном металле, измеренное по японскому стандарту JIS 3113 (мл/100 г); t — Толщина пластины (мм); To——Минимальная температура предварительного нагрева перед сваркой (℃).
Рассчитайте индекс чувствительности к образованию холодных трещин при сварке Pc стальной пластины этой толщины и минимальную температуру предварительного нагрева To перед образованием трещин. Если результат расчета составляет To≥50℃, стальная пластина имеет определенную чувствительность к холодным трещинам при сварке и ее необходимо предварительно нагреть.

4. Ремонт хладноломкого «растрескивания» крупногабаритных деталей.
После завершения сварки стальной пластины часть стальной пластины трескается, что называется «расслоением». См. рисунок 2 ниже, где представлена ​​морфология трещины. Специалисты по сварке считают, что процесс ремонта правильнее определять как «процесс сварочного ремонта трещин Z-направления в стальных пластинах». Поскольку деталь имеет большие размеры, снять стальную пластину, а затем приварить ее снова, — это большая работа. Весь компонент, скорее всего, будет деформирован и весь компонент будет отправлен в металлолом, что приведет к большим потерям.
4.1. Причины и меры профилактики трещин в направлении Z.
Трещины в направлении Z, возникшие в результате резки и сварки, являются холодными трещинами. Чем больше твердость и толщина стальной пластины, тем выше вероятность появления трещин в направлении Z. Чтобы избежать его возникновения, лучше всего провести предварительный нагрев перед резкой и сваркой, причем температура предварительного нагрева зависит от марки и толщины стальной пластины. Предварительный нагрев можно осуществлять с помощью режущих пистолетов и электронных гусеничных грелок, а требуемую температуру следует измерять на задней стороне нагревательного элемента. (Примечание: вся секция резки стальной пластины должна нагреваться равномерно, чтобы избежать локального перегрева в области, контактирующей с источником тепла.) Предварительный нагрев может снизить вероятность появления трещин в направлении Z, вызванных резкой и сваркой.
① Сначала используйте угловую шлифовальную машину, чтобы зашлифовать трещину, пока она не станет невидимой, предварительно нагрейте область вокруг ремонтной сварки примерно до 100 ℃, а затем используйте сварку CO2 (лучше всего использовать порошковую проволоку). После сварки первого слоя сразу постукивайте по сварному шву конусным молотком, а затем сваривайте следующие слои, после каждого слоя постукивайте по сварному шву молотком. Убедитесь, что температура промежуточного слоя составляет ≤200 ℃.
② Если трещина глубокая, предварительно нагрейте область вокруг ремонтного сварного шва примерно до 100 ℃, немедленно используйте строгальный станок с угольной дугой, чтобы очистить корень, а затем используйте угловую шлифовальную машину для шлифовки до тех пор, пока не появится металлический блеск (если температура температура ремонтного шва ниже 100 ℃, снова нагрейте), а затем сварите.
③ После сварки используйте алюмосиликатную вату или асбест для изоляции сварного шва на ≥2 часов.
④ В целях безопасности выполните ультразвуковую дефектоскопию отремонтированного участка.