Растрескивание аустенитных нержавеющих сталей, вызванное гелием

Другая необычная форма растрескивания была выявлена в середине 80-х гг. XX в. во время ремонтных работ ядерных реакторов атомной электростанции Savannah River в Южной Каролине. При выполнении ремонта облученных деталей из нержавеющей стали марки 304L дуговой сваркой вольфрамовым электродом в защитном газе в ЗТВ наблюдалось сильное растрескивание. Это растрескивание связано с образованием гелиевых пузырьков, которые возникали в качестве побочного продукта нейтронного облучения. Гелий имеет очень низкую растворимость в стали, поэтому склонен образовывать маленькие пузырьки вдоль гранил зерен и в других местах скопления дефектов. В ЗТВ эти пузырьки быстро растут за счет диффузии гелия вдоль границ зерен. При наличии достаточной жесткости сварного соединения растрескивание произойдет по границе зерна в непосредственной близости к границе сплавления, Это явление было изучено достаточно детально авторами работы. Захват нейтрона блуждающими атомами бора в стали переводит наиболее распространенный изотоп бора 5В11 в 5В12, последний имеет очень короткий период полураспада и, распадаясь, испускает альфа-частицу (ядро гелия). Никель также может захватывать нейтрон, формируя изотоп никеля 28Ni59, который также при распаде испускает альфа-частицу. Альфа-частицы в стали становятся атомами гелия.

Растрескивания очень сложно избежать, так как практически невозможно из стали удалить гелий из дефектов-ловушек. Некоторый успех в проведении ремонта сваркой был достигнут первоначальным наложением валиков шва с низким тепловложением, а затем выполнением ремонтного облицовочного слоя сварного шва. Низкое тепло-вложение при наложении облицовочных слоев шва минимизирует растрескивание по границам зерен за счет снижения общего тепло вложения и жесткости сварного соединения.