возникают повышенное внутреннее напряжение, и, кроме того, образование мартенсита вызывает снижение пластичности металла. Поэтому наличие в металле компонентов, повышающих склонность металла к закалке, в первую очередь углерода, а также Мп, Сг, Мо и других, увеличивает склонность сварного соединения к образованию холодных трещин (см. табл. 18). Изданных [53, 105, 183] видно, что наличие водорода в металле снижает его стойкость против образования холодных трещин.

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что наличие водорода в металле приводит к снижению его механических свойств и в первую очередь пластичности. При этом отрицательное влияние водорода усиливается с возрастанием содержания углерода в металле и с повышением концентрации водорода.

Вредное влияние водорода в сталях начинает проявляться уже при его содержании 1—2 см3/100 г. Значительное охруп-чивание стали, содержащей водород, происходит в интервале температур 173—373 К. Наибольшая степень охрупчивания стали наблюдается при температурах, близких к комнатной; при 77 К, а также при высоких скоростях деформации водородная хрупкость практически не наблюдается. Интересно [150], что водородное охрупчивание в наибольшей мере проявляется у сталей с мартенситной структурой и слабее у сталей со структурой из зернистого и тонкопластинчатого перлита.

Влияние водорода на процесс образования холодных трещин чаще всего объясняют тремя причинами. Во-первых, согласно теории К. Цапффе и К. Симса [348], образование холодных трещин при наличии в металле водорода связывают с выделением молекулярного водорода во внутренние микропустоты, что приводит к созданию в них высокого давления, благодаря чему они раскрываются. Действительно, расчеты, которые бы-

Таблица 18. Значения разрушающих напряжений (МПа) при изменении погонной энергии сварки, химического состава стали и содержания в нем водорода (толщина пластин 2-Ю-2 м)

Содержание водорода на 100 г расплавленного металла, см3

Примечание. Над чертой приведены значения напряжений для стали 0.18C — 1,ЗЗМп— 0.48S (% по массе), под чертой — для стали 0.25C — 1.49Мп — 8.48S (% по массе).

ли выполнены на основании уравнения Сивертса [241], свидетельствуют о том, что в сварных соединениях величина давления за счет выделения растворенного в металле водорода может достигать при комнатной температуре 98 • 10е—98 х X 1012 кПа. Однако расчет давления водорода в микро-и макропустотах, проводимый по уравнению Сивертса, неточен [233], поскольку с понижением температуры система металл, содержащий водород,— газообразный водород в пустотах металла все больше отклоняется от равновесия.

Тем не менее такие расчеты свидетельствуют о возможности создания довольно высоких давлений в микропустотах за счет выделения в них водорода. Отметим, что величина этого давления при одной и той же концентрации водорода в металле будет тем меньше, чем больше относительный объем пор и пустот.

Н. Петч и П. Стейблз [330] объяснили водородное охрупчивание стали адсорбцией атомов водорода на поверхности линии сдвига, микротрещин, что приводит к понижению поверхностной энергии материала и тем самым, согласно теории Гриффит-са, облегчает развитие трещины.

И наконец, Д. Морлетт, Е. Джонсон и А. Троиано объясняют влияние водорода на процесс образования холодных трещин локальным пересыщением кристаллической решетки водородом, которое происходит следующим образом. При приложении внешних нагрузок в микрообъемах вокруг пустот создаются напряжения, в том числе участки с трехосным напряженным состоянием. Градиент напряжений вызывает диффузионный поток водорода, что и приводит к образованию локального пересыщения решетки в этих участках и снижению прочности решетки.

Из всех предложенных объяснений прямое экспериментальное подтверждение нашла лишь теория внутреннего давления [341]. Справедливость этой гипотезы подтверждается и тем, что, поскольку скорость нарастания давления определяется диффузией атомов водорода, водородное охрупчивание при очень низких температурах и высоких скоростях деформации не наблюдается.

В работе [144] при рассмотрении процесса образования холодной трещины как слияния основной трещины А с дислокационной В было определено максимально допустимое содержание водорода в сварном соединении

гт-п- 170' 102-т'0""

1П' ~ 9,7- ЮЧтд-г- 1) • _

где авн — внешние напряжения; тй = У Са12гд (Сд — половина длины основной трещины А; гА — расстояние от трещины А до трещины В).