книга1 с (Часть полезной книги), страница 12

Показатели сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин

Основной металл	Присадочный металл	t>„„, мм/мин кр	Основной металл	Присадочный металл	и„„, мм/мин КР
АМгЗМ АМгбМ М40-М Д20М АМцМ	АМгЗ АМгб М40 Д20 АМц	10,5* 8* 5,5* 5,2* 4,3*	АМгМ АВТ Д16Т В95Т	АМг АВ АВТ , АК	3,7* 3,7** 2,8* 1,3**

* Трещины в шве. •** Трещины в окплошовной зоне.

§ 2. Холодные трещины

Наиболее часто холодные трещины возникают в легированных сталях в тех случаях, когда металл под действием термического цикла сварки претерпевает полную или частичную закалку. В этих случаях холодные трещины при сварке появляются в результате замедленного разрушения свежезакаленной стали от действия оста­точных сварочных напряжений. Холодные трещины в зависимости от состава и класса стали могут быть вызваны: а) мартенситным пре­вращением аустенита у среднелегированных сталей мартенситного и перлитного классов; б) сегрегацией примесей на границах аустенит-ных зерен при повторном нагреве до 400—700 при сварке с на­сыщением водородом у низкоуглеродистых среднелегированных сталей бейнитного класса; в) выделением у высокохромистых фер-ритных сталей карбонитридных фаз по границам зерен; г) скопле­нием в околошовных зонах перлитнй-ферритных сталей неметалли­ческих включений в элементах полосчатой микроструктуры стали (ламелярные трещины в околошовной зоне)..

Исследованиями установлено, что холодные трещины имеют участок зарождения разрушения и участок распространения тре­щины. На участке зарождения, не превышающем размера несколь­ких зерен, разрушение происходит по границам зерен и является хрупким. Развитие разрушения может сопровождаться пластиче­ской деформацией.

249

• Можно отметить несколько особенностей появления холодных трещин,

1. Холодные трещины появляются под действием постоянной или медленно меняющейся нагрузки при напряжениях существен­но ниже (в 2—3 раза) уровня кратковременной прочности, найден­ной при обычном нагружении в испытательных машинах. Уровни напряжений, при которых появляются трещины, соизмеримы с оста­точными напряжениями при сварке. Поэтому сварочные напряже­ния могут вызвать образование холодных трещин. Для появления разрушения необходимо некоторое время.

2. Наименьшая сопротивляемость возникновению холодных тре­щин обнаруживается непосредственно после сварки, а затем проч­ность постепенно растет и явления замедленного разрушения сильно ослабевают спустя некоторое время (от 2 до 25 сут).

Рис. 10.5. Зависимость прочности а при замедленном разрушении от максимальной температуры нагрева Т

3. Склонность к замедленному разрушению полностью подавля­ется при охлаждении металла до температур ниже —70 °С, но вос­станавливается при нагреве до +20 °С; существенно ослабляется при нагреве до 100—150 °С и исчезает при нагреве до 200—300 °С.

Основными факторами, способствующими появлению холодных трещин, являются: 1) неблагоприятное структурное состояние ме­талла, соответствующее высоким скоростям охлаждения стали, перегреву, старению; 2) присутствие растягивающих напряжений I рода; 3) наличие водорода в металле сварного соединения.

Холодные трещины могут образовываться в любой зоне сварного соединения: в шве, околошовной зоне, по линии сплавления; они могут располагаться как вдоль, так и поперек оси шва.

Методы оценки сопротивляемости металла образованию холод­ных трещин достаточно разнообразны. Для оценки свойств основ­ного металла и его реакции на термический цикл сварки применяют

25»

малые образцы, прошедшие нагрев и охлаждение по циклу, близ­кому к сварочному. Испытания проводят на замедленное разруше­ние под постоянной нагрузкой, прикладываемой в течение 20—72 ч непосредственно после термического воздействия. Образцы растя­гивают или изгибают. Минимальное разрушающее напряжение принимают за показатель сопротивляемости разрушению. Суще­ствуют разновидности такого испытания основного металла, отли¹ чающиеся максимальной температурой нагрева и последователь­ностью ступенчатого приложения нагрузки при различных темпе­ратурах остывания для имитации действия сварочных напряжений. В качестве примера на рис. 10.5 приведены кривые зависимости минимальной прочности при изгибе от максимальной температуры нагрева для двух марок ста­лей. Наименьшая прочность соответствует температуре нагрева, при которой начи­нается оплавление границ зерен.

Рис. 10.6. Образец крестовой пробы

Для оценки сопротивляе­мости сварных соединений об­разованию холодных трещин применяют сварочные техно­логические пробы и специ­альные машинные испытания. Существует много проб, от­личающихся между собой по форме и размерам образцов, процедуре сварки и методам оценки стойкости. Например, крестовая, проба (рис. 10.6)

предусматривает сварку балки длиной 200—300 мм из металла толщиной s = 10 30 мм и шириной листов b около 150 мм, с катетом швов от8 до 20 мм при различных начальных температу­рах образца от—=40 до +250 °С в последовательности выполнения швов, показанной на рисунке их номерами. Через 4 сут из образца вырезают три поперечные темплета по 25 мм шириной и после травления выявляют имеющиеся трещины. Оценка сварных соеди­нений проводится по протяженности трещин, их количеству, месту расположения, в тех или иных швах и начальной температуре из­делия, при которой трещины появляются.

В пробе ЦНИИТС используют листы с толщиной, соответству­ющей применяемой в конструкции, и размером 1000 X 2000 мм для сварки стыкового шва длиной 2000 мм. Листы перед сваркой собирают на поперечных,, приваренных к листам с одной стороны через 400 мм ребрах высотой 250 мм. Сварку ведут при различных начальных температурах. Через сутки после сварки образец просту­кивают массивным молотком для раскрытия образовавшихся хо­лодных трещин. Затем делают продольные и поперечные шлифы для выявления трещин. С помощью пробы определяют условия сварки,

251

при которых соединения являются стойкими против образования

трещин.

Машинные методы испытаний предусматривают сварку и после­дующее нагружение образцов относительно небольших размеров. Размеры их должны быть такими, чтобы при сварке воспроизводи­лись термические, деформационные и металлургические процессы, характерные для условий сварки элементов конструкций. Нагрузка

б) В)

Рис. 10.7. Схема закрепления и иагружения при испытании стыковых (а) и тавровых (б, в) образцов

о

Рис. 10.8. Результаты испытания образцов тавровых соединений из стали 30ХН2МФА

252

создается испытательной машиной после сварки при температуре 50 °С. Схема нагружения зависит от толщины металла и вида свар­ного соединения. Для толщины металла 1—3 мм и стыкового соеди­нения используется плоский круглый или восьмиугольный обра­зец, заделанный по контуру диаметром 100 мм и нагруженный одно­сторонней изгибающей на­грузкой. При толщине 3— 6 мм используют образцы стыковых соединений (рис. 10.7, а}, а при толщине больше 6 мм — образцы тавровых соединений (рис. 10.7, б, в) и схему кон­сольного изгиба. При кон­сольном изгибе стыкового образца плечо изгиба расположено перпендику­лярно продольной оси шва, чтобы по всей длине шва были одинаковые изгибаю­щие напряжения. Тавровые соединения нагружаются по схеме рис. 10.7, б для испытания околошовных зон и по схеме 10.7, в для испытания металла шва. Для локализации разрушения в вер­тикальной стенке полку делают из малоуглеродистой стали, не еклонной к образованию холодных трещин. За количественный показатель сопротивляемости образованию холодных трещин при­нимают минимальное напряжение от внешней нагрузки, вызы-

вающее разрушение образцов или образование в них трещин. На рис. 10.8 представлены результаты испытаний сварных соеди­нений стали 30ХН2МФА. На рис. 10.8 линией 1 показана зависимость времени до разрушения образца от уровня напряжения, приложен­ного непосредственно после-сварки. Приложение нагрузки после 6 сут выдержки не дает снижения уровня разрушающих напряже­ний (линия 2).

В табл. 10.2 и 10.3 приведены уровни разрушающих напряже--_ний, которые в ряде случаев существенно ниже временного сопро­тивления, найденного в условиях кратковременного нагружения. Видно, что разрушающие напряжения тем выше, чем меньше со­держание углерода в стали; растяжение или изгиб поперек шва более опасны, чем вдоль шва.

Таблица 10.2

Минимальные разрушающие'напряжения, МПа, в швах, полученных аргоно-дуговым переплавом основного металла

					Двухос-
			Консоль-	Консоль-	ный изгиб
	Растяже-	Растяже-	ный изгиб	ный изгиб	при плос-
Материал	ние попе-	ние вдоль	поперек	вдоль	ком нап-
	рек шва	шва	шва	шва	ряженном состоянии
4X13	175	200	175	200
2X13	350	400	200	230	410
42Х2ГСНМА	260	320	175	200	—
30Х2ГСНВМА	330	400	—	—	—
43ХЗСНМВФА	150	450	155	300	100
ЗЗХЗСНМВФА	350	510	—	—	350
28ХЗСНМВФА	400	600	300	350

Таблица 10.3

Минимальные разрушающие напряжения, МПа,

в околошовной зоне сварных швов, полученных

после аргоно-дугового переплава проволоки Св-08