Nứt nguội do hydro gây ra (HICC) là một khuyết tật hàn quan trọng xảy ra chủ yếu trong kết cấu thép khi hydro hấp thụ trong quá trình hàn khuếch tán vào kim loại, tương tác với ứng suất bên trong và gây nứt. Nó còn được gọi là nứt có hỗ trợ hydro (HAC), nứt chậm hoặc nứt nguội179.

Định nghĩa và cơ chế

• HICC xảy ra khi hydro nguyên tử, được đưa vào trong quá trình hàn (từ độ ẩm, khí che chắn hoặc chất gây ô nhiễm), khuếch tán vào thép và kết hợp với ứng suất kéo và cấu trúc vi mô dễ bị tổn thương, dẫn đến hình thành vết nứt thường ở nhiệt độ dưới khoảng 190 ° C (375 ° F)179.

• Các nguyên tử hydro có thể tích tụ trong các khoảng trống nhỏ hoặc tạp chất bên trong kim loại, tái kết hợp thành hydro phân tử và tạo ra áp suất gây ra các vết nứt bên trong và mất độ dẻo và độ bền56.

• Nứt thường xảy ra sau khi hàn (nứt trễ) khi hydro di chuyển và tích tụ theo thời gian, đôi khi vài giờ đến vài ngày sau khi hàn127.

Các yếu tố góp phần

• Sự hiện diện của hydro từ các quá trình hàn như hàn hồ quang kim loại được che chắn hoặc hàn hồ quang chìm, thường là do độ ẩm hoặc chất gây ô nhiễm hữu cơ157.

• Sử dụng thép cường độ cao hoặc thép có cấu trúc vi mô dễ bị tổn thương (ví dụ: pha cứng, giòn)179.

• Ứng suất kéo còn lại hoặc tác dụng trong mối hàn hoặc vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ)17.

• Làm mát nhanh hoặc nhiệt độ làm nóng sơ bộ thấp giúp ngăn chặn hydro thoát ra ngoài179.

• Các điều kiện môi trường như độ ẩm làm tăng sự hấp thụ hydro1.

Hiệu ứng

• Các vết nứt phát triển trong kim loại mối hàn hoặc vùng ảnh hưởng nhiệt, làm giảm độ bền mối hàn và tính toàn vẹn của cấu trúc178.

• Các vết nứt ban đầu có thể nhỏ và hình móng ngựa, nhưng có thể lan truyền và liên kết lại, gây ra thiệt hại đáng kể theo thời gian6.

Phòng ngừa và giảm thiểu

• Làm nóng trước kim loại cơ bản trước khi hàn để giảm độ hòa tan hydro và cho phép hydro khuếch tán ra ngoài1789.

• Xử lý nhiệt sau hàn (giảm ứng suất) để giảm ứng suất dư và thúc đẩy khuếch tán hydro178.

• Sử dụng các quy trình hàn hydro thấp và vật tư tiêu hao, chẳng hạn như điện cực hydro thấp và điều kiện hàn khô17.

• Kiểm soát độ ẩm và độ ẩm trong quá trình hàn để giảm thiểu việc đưa hydro vào15.

• Lựa chọn vật liệu có khả năng chống nứt hydro cao hơn1.

• Quản lý các cấu hình mối hàn và ứng suất để giảm ứng suất kéo trong vùng mối hàn8.

Phát hiện và kiểm tra

• Kiểm tra trực quan có thể phát hiện các vết nứt trên bề mặt, thường là hình móng ngựa6.

• Các phương pháp kiểm tra không phá hủy bao gồm chụp X quang, kiểm tra siêu âm (mảng pha , sóng cắt) và thử nghiệm hạt từ, đặc biệt là thử nghiệm hạt từ huỳnh quang ướt cho môi trường H2S ẩm ướt16.

Tiêu chuẩn và hướng dẫn

• Một số tiêu chuẩn cung cấp hướng dẫn về cách ngăn chặn và kiểm tra HICC, bao gồm AWS D1.1/D1.1M, API 1104, ASME Phần IX và ISO 156081.

Tóm lại, nứt nguội do hydro gây ra là hiện tượng nứt chậm trong thép hàn do khuếch tán hydro kết hợp với ứng suất kéo và cấu trúc vi mô nhạy cảm, thường xảy ra ở nhiệt độ thấp sau khi hàn. Nó có thể ngăn ngừa được thông qua việc kiểm soát cẩn thận các điều kiện hàn, vật liệu và xử lý nhiệt, đồng thời yêu cầu kiểm tra thận trọng để đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn179.