Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 4

1.14 приведены примеры определения ТИХ в ходе Gleebleиспытания для железо-хром-никелевого сплава A-286 (Рис. 1.14, а) [23] и длявысокопрочной низкоуглеродистой мартенситной стали Blastalloy-160 (Рис.1.14, б) [24].а)б)Рис. 1.14. Примеры определение ТИХ методом Gleeble-испытания:1 – точка ликвидус, 2 – точка нулевой прочности,3 – точка восстановления 5% прочности21Для получения кривых зависимости пластичности и напряжений оттемпературы и величины ТИХ, требуется большое число образцов и весьмасложное специализированное оборудование.Схожее испытание предлагается в отечественном стандарте ГОСТ 2638984 с использованием установки МИС, разработанной в МГТУ им.

Н.Э. Баумана[25]. Цилиндрический образец с шейкой (типа 8) испытывается на растяжение симитацией термического цикла. Растяжение образца осуществляется на этапеохлажденияотмаксимальнойTmax ,температурыразрушению образца под небольшой нагрузкой, до2соответствующей3 Tmax .Однако критериемоценки является критическая скорость и темп растяжения.Для оценки величины ТИХ предлагается испытание, предложенноеЯкушиным Б.Ф. в 1965 году на установке ЛТП-1-4 [26, 27], согласно которомувыполняется поперечное растяжение свариваемых пластин (Рис. 1.15).

Однапластина жестко закреплена, другая перемещается поперек выполняемомусварочномушву.Длинатрещины,возникшейприпревышениидеформационных способностей металла шва, используется для определениявеличины ТИХ. Для этого повторяется испытание с той же величинойдеформацииспредварительнозакрепленнымитермопарамивместахожидаемого возникновения начала и конца трещины (точки А и Б).

Показаниятермопар принимаются за верхнюю и нижнюю границу ТИХ соответственно.Рис. 1.15. Определение ТИХ на установке ЛТП-1-422Экспериментальное определение ТИХ является достаточно трудоемкойпроцедурой и требует специализированного оборудования.

Поэтому напрактике очень часто используют показатели, зависящие от величины ТИХ.Косвенная оценка ТИХ по длине зафиксированных ГТДля упрощения процедуры оценки склонности материала к горячимтрещинам В.Ф Сэвиджом и К.Д. Лундиным в начале 60-х годов XX века былопредложено Varestraint испытание [28]. При этом оценкой трещиностойкостислужит длина трещины, полученная при быстрой деформации изгибомпластины при выполнении сварочного шва.Varestraint испытания являются наиболее распространенными.

К нимотносятся два вида испытаний, отличающихся направлением деформацииизгиба:- Longitudinal varestraint test (LVT) или просто Varestraint test. Деформацияизгиба применяется вдоль направления сварки (Рис. 1.16, а);- Transvarestraint test (TVT). Деформация изгиба – поперек направлениясварки (Рис. 1.16, б и 1.17).а)б)Рис.

1.16. Varestraint (а) и Transvarestraint (б) испытания23Рис. 1.17. Общий вид установки для Transvarestraint испытанияВ LVT критерием оценки является общая длина зафиксированных трещин(total crack length, TCL), в TVT - максимальная длина трещины (maximum cracklength, MCL).Исследования [29] показали, что MCL в TVT не зависят от величиныдеформации, в то время как величина MCL в LVT увеичивается с ростомдеформации.

Но при больших деформациях (более 2-5%) при преодоленииопределенного порогового значения величины MCL, полученные с помощьюTVT и LVT, эквивалентны (Рис. 1.18).Рис. 1.18. Влияние величины деформации на MCL для TVT и LVT24При испытании LVT трещины образуются как в металле шва, так и в зонетермического влияния, в то время как при испытании TVT они практическивсегда расположены на оси шва или вблизи ее. Поэтому критерий MCL в TVTиспользуется для оценки ТИХ.

Графическое пояснение к методике определениявеличины ТИХ по MCL показана на Рис. 1.19.Рис. 1.19. Оценка величины ТИХ по величине МДТ при испытаниях по методуTransvarestraintТермический цикл на оси шва получается путем погружения термопары вхвостовую часть сварочной ванны. Время  t термического цикла и расстояниеx сварочного шва связаны соотношением:x  vСВ  t ,(1.7)где vСВ - скорость сварки.Величина ТИХ определяется как разница между температурами началатрещины ТА и ее конца ТВ.Однако исследования [30] показали, что для испытания LVT для случая,когда трещинымаксимальнойзафиксированы вдали отдлинытрещиныосинеобходимошва, вместоиспользоватьвеличиныфактическоерасстояние между изотермами на обоих концах трещины maximum crack distance(MCD).

Графическое пояснение к определению этой величины показано на Рис.1.20.Возможнымпереводомэтоготерминаявляетсямаксимальный25температурный интервал трещины (МТИТ). На оси шва величины MCL и MCDсовпадают.Рис. 1.20. Определение величин MCL и MCD в LVTСравнение результатов испытания LVT и TVT [31] показало, что величинаMCL от LVT всегда выше, чем в TVT, и величина MCD в LVT находится впрямой зависимости от величины MCL в TVT (Рис.

1.21). Таким образом,величина MCD, полученная с помощью LVT, также дает возможностьопределять величину ТИХ , аналогично показателю MCD в TVT.Рис 1.21. Зависимость MCD в LVT от MCL в TVTС помощью показателей TCL и ТИХ можно выполнять сравнениесклонности материалов к горячим трещинам. Однако в Varestraint тестах26сложно контролировать реальную величину деформации на внешней изогнутойповерхности из-за возможного смещения оси шва на оправке и неравномерногораспределения деформации между горячей и холодной частями образца приизгибе.

Переход к реальным сварным конструкциям осложнен тем, что даже вконкретном случае деформации, напряжение и динамика их измененийявляются переменными на протяжении всей длины сварочного шва.Хотя многие исследования результатов испытаний реальных сварныхконструкций показали их четкую связь с результатами Varestraint теста [32],тем не менее, определение величины ТИХ дает более точную оценку, чемкритерий TCL Varestraint теста [30]. На величину TCL большое влияниеоказывает геометрия сварного шва, предположительно из-за различнойликвации вредных примесей (O, S, N) при изменении ширины шва [33]. Однакоучет влияния геометрии шва путем нормирования TCL по ширине шва позволилполучить хорошую корреляцию результатов теста с величиной ТИХ (Рис. 1.22).Рис.

1.22. Связь TCL (LVT) и ТИХТаким образом, можно сделать вывод, что величина TCL являетсясложным параметром, на который оказывает влияние большое число факторов,таких как сегрегация, междендритное расстояние, ориентировка зерен, реологиирасплава и т.д. В работе [34] по исследованию склонности низкоуглеродистых27сталей к горячим трещинам показано, что совместный учет деформационных иликвационных процессов при кристаллизации металла позволяет повыситьточность получаемых результатов.Определение критических величин деформированияСогласно теории технологической прочности, ГТ возникают вследствиепревышения накопленных деформаций в ТИХ определенного критическогозначения. Численно он может быть оценен как угол наклона прямой,проведенной из точки начала накопления деформаций и являющейсякасательнойккривой,описывающуюсвязьизмененияпластичностикристаллизующегося металл шва по мере остывания. Данная величинаназываетсятемпомдействующейдеформации,иееизмерениеввысокотемпературной области шва является технически очень сложной задачей.Поэтому для ее оценки используют величину внешней деформации, прилагаемойк образцу с помощью механических машин.В тесте PVR (programmierter verformungsrisstest), разработанном в начале80-х годов XX века Рабенштейнером и др.

[35], происходит растяжение образцавдоль шва с увеличивающейся скоростью деформации во время сварки (Рис.1.24). Оценкой служит критическая скорость деформации, при которойобразовалась трещина (Рис. 1.23).Рис. 1.23. PVR тест28Рис. 1.24. Общий вид установки для PVR теста [36]СогласнотеориитехнологическойпрочностиПрохороваН.Н.деформационная способность материала определяется критическим темпомдеформации (Рис.

1.2). Во время испытания происходит рост не толькодеформации, но и скорости ее изменения, т.е. темпа деформации. Таким образом,за одно испытание удается достигнуть критического значения темпа деформации.Однако данный вид испытания не дает возможность получить сведения овеличине ТИХ.Аналогичные по сути испытания предлагаются в разделе машинныхиспытаний отечественного стандарта ГОСТ 26389-84. Согласно стандарту,основными показателями стойкости против образования горячих трещинявляются критические скорость A  м с  и темп B  м C  деформации [37].Данные показатели определяются на различных образцах и при различныхсхемах их нагружения до образования трещин и определения соответствующихимкритическихзначенийкритериев.Основныеметодикииспытания,предлагаемые стандартом ГОСТ 26389, схематично представлены на Рис.