Алешин_Справочник_Сварка. Резка. Контроль_2004_1 том (Н.П. Алешин, Сварка. Резка. Контроль. Справочник, 2004), страница 17

Уменьшнть напряженна можно внбрационной обработкой сварного изделия. 4. Создание неравнвмерных нагревов нли охлюкдений. Этот метод широко используют для перераспределения остаточных напряжений. Для уменьшения напряжений растяжения необходимо создавать нагрев вблизи зоны с напряжениями растяжения (рис. 1.39, а) илн охлаждение в самой этой зоне (рис. 139, 6). В любом случае в зоне с напряжениями растяжения возникают лополнительные напряжения СВАРИВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ 61 д) В) Рнс. 1ЗФ. Схема расположения эан нагрева (а) н азлаждевна (Л) для уменьшении раегягнаамшнх напряжений (в) г'с б„.,мпа 200 и 2 2 Ю Г,« л ! растяжения, которые, суммируясь с остаточными напряжениями растяжения, вызывают пластические деформации металла и после выравнивания температур напряжения снижаются.

Для уменьшения напрюкений сжатия необходимо греть зоны с такими напрвкениями или охлаждать окружающие зоны. Эффект от местного нагрева определяется его концентрацией н перепадом температур, поэтому следует создавать небольшие пятна нагрева и охлаждения. При потере устойчивости листовых элементов местный нагрев сжатых участков позволяет вызвать их пластическое укороченне после остывания н исправление деформаций. 5. Термическая обработка (отнуск илн отжиг). Достоинством отпуска является снижение напряжений во всех точках тела, независимо от сложности его формы, без снижения пластичности металла. Термический цикл отпуска состоит из нагрева, выравнивания температур, выдержки прн заданной температуре и охлюкдения. Большая часть снижения напряжений происходит уже на сщани нагрева (рис.

1.40) и опрелеляется температурой отпуска. Чем выше температура отпуска, тем полнее устраняются напряжения, однако при этом снижается проч- несть металла. Температуры отпуска (в градусах Цельсия), обеспечивающие существенное снижение остаточных напряжений, для углеродистых сталей 580...680, для аустенитных сталей 850...1050, для сплавов магния н алюминия 250...300, для титановых сплавов 1!00...1200. Если отпуск или отжиг детали осуществляется в зажимиом приспособлении, то одновременно со снятием напряжений выполняегся правка. Важно ограничить скорость охлаждения после отпуска (осгыванне в печи), так как при быстром охлаждении вгпможно возникновение новых остаточных напряжений.

Рис. 1АО. Снюкеиае наврюкений ог различнаго начального уровня а процессе отпуска 1.5.СВАРИВАЕМОСТЬМАТЕРИАЛОВ > лл. попятив «свлрнвлкмосгт В сварочной практике понятие «саариваемость» имеет несколько аспектов. Первоначально использовали понятия «физическая и технологическая свариааемосгь», Первое характеризовало принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относилось к разнородным материалам. Второе рассматривалось как свойство материалов, характеризующее их реакцию на сварочный термодеформациоиный цикл. Степень этой реакции оценивалась по отношению отлельных механических свойств металла сварных соединений к одноименным свойствам основного металла (налример, твердости, ударной вязкости и др.). По этому признаку традиционно принято различать качественную степень свариваемости.

Их несколько: хорошая, удовлетворительная„ограниченная и плохая. Такая оценка сварнваемости часто используется в лабораторной практике при сравнительной оценке существующих и разработке новых материалов без их прямой привязки к конкретному виду сварных изделий. 62 Глава ! . ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ В настоящее время получил широкое применение прикладной аспект понятия «свариваемость материалов», учитывающий назначение изготовленных из них сварных конструкций. Соответствующее определение этого понятия свариваемости дано в ГОСТ 2601-84: «Свариваемость — свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной техяалогни сварки соединение, отвечающее требованиям,обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия».

Исходя из приведенного определения, свариваемость зависит, с одной стороны, от материала, технологии сварки, конструктивного оформления соединения, а с другой, — от необходимых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Последние зависят, в сваю очередь, от предъявляемых к ним технических требований. Зто может быть адно свойство или комплекс свойств в зависимаащ от назначения конструкции.

!.5.2. НОКАЗАТР ТИ СВАРНВАЕМОСТИ В практике исследований свариваемасти, как правило, применяотся специальной конструкции сварные образцы нли образцы с имитацией сварочных термических или термодеформационных циклов. В результате испытаний таких образцов определяются условия появления дефектов, характеристики структуры, механические и специальные свойства сварных соединений нли зон имитации, абсолютные или относительные значения которых принимаются за количественные показатели свариваемости. Наряду с экспериментальными используются расчетные методы определения показателей свариваемостн, учитывающие химический состав, тип соединения, способ и режимы сварки и другие факторы.

В лабораторной практике при сопоставлении материалов и технологий показатели свариваемасти служат непосредственно в качестве критериев сравнения. В случае прикладного использования сведений о свариваемасти по отдельным показателям или их сочетаниям судят о поведении сварного соединения при эксплуатации.

В принципе число и вид показателей, соответствующих эксплуатационным требованиям, определяют работоспособность сварных соединений. Практически пользуются набором основных показателей, типовых для квкдого вида материалов и условий эксплуатации изготовленных из них сварных конструкций. Основные показатели выбираются в каж- дом конкретном случае с учетом того, какие свойства и характеристики связаны с наиболее частыми отказами сварных соединений при эксплуатации. Например, для сварных соединений углеродистых и легированных сталей принимшот следующие показатели свариваемости: сопротивляемость образованию горячих трещин (ГТ); — то же, холодных трещин (ХТ); — значение основных механических свойств шва и зоны термического влияния (зтв); — сопротивляемость хрупкому разрушению; — стойкость против развития трещиноподабных дефектов; — другие показатели в соответствии с особенностями рабочих нагрузок и условий эксплуатации (вынасливосп прн циклических нагрузках, хладосгойкасть при эксплуатации в условиях отрицательных температур и Т.п.).

Достаточными показателями свариваемости материала считаются те, которые равны или выше нормативных значений требуемых свойств согласно техническим условиам на эксплуатацию данного типа сварных конструкций. Если все показатели снаривамасти являются достаточными, т.е. все требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, то свариваемость материалов считается достаточной. Если не обеспечивается минимально приемлемый уровень хотя бы одноп! из показателей свариваемосги, то свариваемасть материала классифицируется как недостаточная. Следует отметить, что при таком подходе свариваемасть одного и того же материала мажет быть по-разному оценена в зависимости от назначения изделия. !.5З.

СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ ОБРАЗОВАНИЮ ГТ Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллитиые разрушения металла шва и ЗТВ, возникающие в твердожидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твердом состоянии при высоких темпериурах на этапе преимущественного развития межзеренной деформации (рис.

1.41). Потенциальную склонность к ГТ имеют все конструкционные сплавы при любых видах сварки плавлением, а также при некоторых видах сварки давлением, сопровождающихся ишревом металла до подсолидусных температур. бЗ СВАРИВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ Рис. 1.41. Виды ГТз 1, 2 — пЗхяольньм в шве и ОШЗ", 3, 4 — поперечные в шве и ОШЗ +тв тв+ж в) в) Рис. 1.42. Схема процесса образования ГТ в сварнмз швам а — диаграмма соспмния сплавы Сз — состав сплава; Тн Т, и Г, — температуры соответственно ликвилусе, равновесного и неравновесного солилусов; 6- процесс кристаллизации сварного швв: в- рвспрелелсние пластичности Ь; интенсивность сварочных деформаций к Согласно теоретическим представлениям, ГТ образуются при критическом сочетании значений следующих факторов 1рис.

1.42): температурного интервала хрупкости (ТИХ) в период кристаллизации металла шва; минимальной пластичности в ТИХ Ь»1 темпа высокотемпературной сварочной деформации а. Сплавы в процессе кристаллизации имеют интервал температур, названный ТИХ„в котором значения прочности и шшстичности весьма малы, а разрушение носит хрупкий характер и происходит по зонам срастания крнсталлитов нли по грзницам зерен.

Из схемы (см. рис. 1.42) следует, что при температурах, прилегающих к ликвидусу, — Т„ значение Ь велико и определяется высокой способносп ю металла в жидкотвердом соспжнии к релаксации сдвигоиых напряжений. В начальный период кристаллизации появление твердой фазы не снижает деформапионную способность сплава, так как мепшл деформируется за счет относительного псремешения участков твердой фазы и циркуляции жидкой фазы между ними. По мере дальнейшего охлаждения сплавов непрерывно снимается объем жилкой фазы и металл переходит в твердожидкое состоиние, что приводит к соприкосновению кристаллитов при деформировании.

Это ограничивает циркуляцию жидкой фазы и резко снижает деформвционную способность сплава — до минимума (Ь»»). Температура, соответствуюшав атому состоянию, называется верхней границей ТИХ вЂ” Тк, При деформации такого металла кристаллиты воспринимают в месшх контакта напряжения, что способствует появлению определенного уровня сопротивления деформированию.

Нижняя граница ТИХ вЂ” Т»г соответствует неравновесному солилусу Т,л. Ниже Т», деформационная способность резко возрастает и достигает максиыума, так как в деформации участвует весь объем полностью затверлевшего металла Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ Начало росы высокотемпературной сварочной деформации е, соответствует появлению сопротивления двухфазного таердожидкого металла дефорл~ирования. Интенсивность этих деформаций количественно определяется величиной темпа деформации: а = Ье (15Т =- тд 1), где з3е — приращение высокотемпературной деформации за время охлаждения иа з3Т.

Вероятность разрушения определяется соотношением между темпом деформации металла шва и его деформациониой способностью. Количественно последнюю можно оценить критическим темпом деформации а„р.' ~гаы и = — =1Я 13 ТИХ Превышение а действительного а„р исчерпывает упруго-пластические свойства металла в ТИХ и приводит к образованию ГГ. Величина а„принимается за показатель сопротивляемости сварных швов образованию ГТ. ГТ в ТИХ, образуются по жидким прослойкам в период завершения кристаллизации шва, а также в околошовной зоне (ОШЗ) по оплавленным границам в период нагрева. ГТ этого типа называются кристаллизационными или ликвационными в шве и ОШЗ соответственно.

Эти трещины характерны лля всех типов сплавов. Помимо ТИХ, в некоторых сплавах возможно существование еше одного температурного интервала хрупкости — ТИХт или ТИХз при температурах ниже температуры неравновесного солидуса в твердофазнам состоянии металла. ГТ в ТИХз образуются в закристаллизовавшихся шве и ОШЗ в период интенсивного развития процессов самодиффузии атомов основы сплава и миграции границ зерен. В результате этих процессов происходит межзеренное проскальзывание, приводящее к зарождению горячих микротрещин.