В практике сварочного производства известны случаи разрушения сварных соединений непосредственно в процессе сварки в области температур, близких к температуре плавления. Такие разрушения получили название горячих трещин.

Горячие трещины встречаются не только при сварке, но и при литье, горячей обработке давлением, термической обработке, а также при работе металлических конструкций в условиях высокотемпературного нагружения.

Образование горячих трещин обусловлено соответствующим изменением механических свойств металла при нагреве, в частности резким снижением его деформационной способности. Причиной такого снижения может быть наличие в металле легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения или выделений хрупкой второй фазы. Если металл в состоянии пониженной деформационной способности подвергается воздействию внутренних или внешних напряжений, то при достаточной их величине в металле образуются горячие трещины. Сварные соединения подвержены горячим трещинам преимущественно в местах наибольшей концентрации напряжений при высоких температурах: в корне швов, в участках пересечения сварными швами стыков деталей или каких-либо прорезей, в начальных участках сварных швов и т. д.

В зависимости от вида свариваемых материалов горячие трещины возникают в металле шва или в металле околошовной зоны.

Металлографический анализ сварных соединений с горячими трещинами показывает, что во всех случаях разрушение является межкристаллическим, т. е. горячие трещины образуются и распространяются по границам зерен (рис. 1). В случае разрушения сварных швов в литой зоне трещины распространяются по границам кристаллитов, сформированных в процессе кристаллизации сварочной ванны.

Рис 1. Горячие трещины в металле сварного шва (снимки с поверхности), X100

Трещины в околошовной зоне возникают по границам рекристаллизованных зерен.

Исследования температурных интервалов образования горячих трещин показывают, что разрушения этого вида могут происходить как при температурах выше солидуса, т. е. при наличии жидкой фазы по границам зерен, так и при температурах ниже солидуса, т. е. в твердом состоянии.

На поверхностях изломов при разрушении сварных швов по жидким прослойкам виден сложный блестящий контур оплавленных дендритов (рис. 2, а). На электронно-микроскопических фрактограммах в этом случае можно увидеть морщинистый узор, возникший в результате усадки жидкой пленки при затвердевании, и даже плоские дендриты (рис. 2, б).

При разрушении сварных швов в твердом состоянии рельеф излома более шероховатый с отдельными сферическими полостями (рис. 2, в). При электронно-микроскопическом исследовании на поверхности изломов обнаружены соты правильной формы (рис. 2, г). Подобный же рельеф имеют поверхности межкристаллического разрушения при испытании на ползучесть (рис. 2, д), однако размер сот в последнем случае меньше и видны следы значительной внутризеренной деформации.

Рис. 2. Фрактография изломов:
а — горячая трещина, разрушение по жидким прослойкам, X500: б — то же, стрелкой показан плоский дендрит, X7300; в — горячая трещина, разрушение в твердом состоянии, X500; г — то же, X7300; д — поверхность разрушения при испытании на ползучесть, X7300 (электронные микрофотографии выполнены Г. И. Лосевой)

Опыт сварки металлических конструкций показывает, что образование горячих трещин зависит не только от состава свариваемых материалов (основного и присадочного металла или флюса), но также от технологии и режимов сварки. Режимы сварки влияют на развитие ликвации при кристаллизации, форму и ориентацию кристаллитов в металле шва, структуру границ зерен, развитие таких зернограничных процессов, как миграция границ зерен и межзеренное проскальзывание, и, наконец, на сегрегацию по границам зерен, их частичное оплавление и формирование химической неоднородности на границе раздела твердой и жидкой фаз.

При неблагоприятном развитии процессов кристаллизации металла шва и собирательной рекристаллизации в околошовной зоне и сопровождающих их процессов в сварных соединениях образуются горячие трещины.