Диссертация (1025479), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Материалы и методика исследованияДляисследованияиспользованывысокопрочныетрубныестали,отличающиеся различным содержанием основных легирующих элементов,значения эквивалента углерода которых изменялись в пределах от 0,35 % до 0,54% (Таблица 3.1).Из этих сталей предварительно были подготовлены пять серий образцов(тип III, согласно ГОСТ 26388), по восемь образцов в каждой (Рис. 4.1).Рис. 4.1.

Образец для испытаний101В качестве сварочных материалов использовались электроды марки«Pipeliner 19P», диаметром 4 мм. Предварительно была проведена наплавкауказанных электродов на водоохлаждаемую медную пластину. В наплавленномметалле определяли содержание диффузионного водорода с использованиемспиртовой пробы (согласно ГОСТ 23338). В последующем концентрацияводорода в металле сварного шва в исследуемых образцах составила6,5 см3/100 гр.Испытания образцов на сопротивляемость образованию холодных трещинпри сварке проводились согласно требованиям ГОСТ 26388 на установке ЛТП2-3 (Рис.

4.2) [31, 32]. Продолжительность испытаний составляла около 24 часов.а)б)Рис. 4.2. Фотография установки ЛТП-2-3: внешний вид (а),с установленным образцом (б)Предварительно собранные под сварку образцы устанавливались вводоохлаждаемомприспособлении(Рис.4.3).Ручнаядуговаясваркавыполнялась в один проход по режимам, представленным в Таблице 4.1.Параметры термических циклов сварки регистрировали при помощи хромельалюмелевых термопар и многоканального аналого-цифрового преобразователя.102ПриэтомскоростьохлажденияметаллавОШУЗТВсТmax = 1360 °C в интервале температур 600 – 500 °С составляла около 18 0С/с.Рис.

4.3. Фотография водоохлаждаемого приспособления со свареннымобразцомТаблица 4.1.Режимы ручной дуговой сварки (КПД=0,65%)ТипобразцаIIIСварочный Напряжениеток, Адуги, В130 - 14024Скоростьсварки,м/чПогоннаяэнергия,кДж/ммУдельнаяпогонная энергия,кДж/мм24,5 - 5,015,05 - 16,3012,54 – 13,58После сварки образцы устанавливались в испытательную установку, приэтом температура образцов составляла 90ºС – 110ºС. При проведении испытанийсерия образцов нагружалась различными по величине постоянно действующимиусилиями в течение 24 часов.

За исходную принималась нагрузка, при которойпроисходило кратковременное разрушение сварного соединения образца всостояниипослесварки(принеравновеснойструктуреиначальнойконцентрации диффузионного водорода в ОШЗ). Последующие нагрузкисоставляли 75 – 50 – 25 % от исходной. Испытания продолжались доустановления минимального разрушающего напряжения (σminразр).Колебания103величины нагрузки в течение испытаний составляли не более ± 5 % от ееноминального значения.

Схема нагружения образцов представлена на Рис. 4.4.Рис. 4.4. Схема нагружения образца в испытательной машине,где: Pг – вес грузов в кассете;Рк – вес кассеты;Рр – вес рычага;Н – плечо приложения силы Р;L – длинна рычага;l – плечо нагружающей системы машины;k – толщина шва;b – ширина образца;h – расстояние до сечения, проходящего через центральную ось сварногообразцаРазличные значения напряжений в образцах, возникающие при выбраннойсхеме нагружения, обеспечивались путем изменения массы грузов в кассете - Pги длины плеча нагружающей системы машины - l (Рис.

4.4) и рассчитывались позависимости 4.1.6h L     Pг  Рк   l  Pp      10 62bkH 2  , МПа(4.1)104Появление холодных трещин в образцах в процессе испытаний выявлялосьпутем периодического визуального осмотра шва и зоны термического влияния спомощью лупы с 3-х кратным увеличением. В образцах, не разрушившихся прииспытании, выполнялось травление корня и поверхности шва, их просушка иизлом. На основе фрактографического исследования поверхности разрушенияопределялись участки, подвергшиеся травлению, которые принимались занераскрывшиеся холодные трещины.За показатель склонности к ХТ принималось минимальное напряжение,при котором возможно образование трещин (σpmin) в течение времени, непревышающего 24 часов.Исследование микроструктуры сварных соединений после испытания насклонность к образованию холодных трещин проводилось металлографическимметодом с использованием оптического микроскопа марки «Meiji IM-7200».Фрактографическиехарактеристикиповерхностейразрушенияобразцовоценивались с использованием сканирующего электронного микроскопа«Phenom Pro-X».

Твердость металла ОШУ ЗТВ измерялась с использованиемтвердомера «Dura Scan-50».4.2. Результаты исследованияС помощью НИПК «Сварка», разработанного в МГТУ им. Н.Э. Баумана[2], выполнен расчет остаточных сварочных напряжений в ОШУ ЗТВ сварныхсоединений из сталей с различными значениями Сэкв (Рис. 4.5). В последующемостаточные сварочные напряжения взаимодействуют с напряжениями отнагрузки при испытании и способствуют образованию холодных трещин. Каквидно из представленных данных, химический состав исследованных сталей,обеспечивающий изменение Сэкв в пределах от 0,35% до 0,44%, и достаточноблизком содержании углерода способствует повышению остаточных сварочныхнапряжений на 30%, при прочих равных условиях. Дальнейшее повышение Сэквдо 0,54% существенного влияния на увеличение напряжений не оказывает, что,105очевидно, объясняется значительно меньшим содержанием углерода в даннойплавке стали.Рис.

4.5. Зависимость остаточных сварочных напряжений от СэквДанные об изменении минимальных разрушающих напряжений, прикоторых образовывались холодные трещины в исследованных образцах,представлены на Рис. 4.6. Для сравнения с исследуемыми высокопрочнымисталями на Рис. приведены результаты испытаний на стойкость к образованиюхолодных трещин традиционной низколегированной стали 10ХСНД.106Рис.

4.6. Минимальные разрушающие напряжения образования холодныхтрещин в сварных образцах с различным эквивалентом углеродаАнализ полученных результатов показал, что сварные соединения изсталей с эквивалентом углерода 0,35% разрушились по сварному шву. В СШУЗТВ холодных трещин не обнаружено. Образцы остальных партий металларазрушились с образованием холодных трещин в ОШУ ЗТВ.

При этомминимальные значения напряжений (около 83 МПа) характерны длятрадиционной стали 10ХСНД (Сэкв=0,46%, С=0,085). Значения соответствующихнапряжений сварных соединений высокопрочных сталей значительно выше. Дляисследованных плавок сталей напряжения изменяются примерно от 160 до 320МПа. Это свидетельствует об отсутствии прямой зависимости склонности кхолодным трещинам от значений Сэкв. При прочих равных условиях этообъясняется, очевидно, различным содержанием углерода в исследуемыхвысокопрочных сталях.

При Сэкв равном 0,54% и содержании углерода 0,027%,значения напряжений, при которых возможно появление трещин, практически в2 раза выше, чем для сталей с Сэкв 0,38% и 0,44%, но с более высокимсодержанием углерода (0,068% и 0,085% соответственно). Полученные данныехорошо коррелируются с результатами исследований работ [33, 30], в которых107показанавозможностьполучениязакалочныхструктурсвысокойпластичностью при сварке высокопрочных сталей с содержанием С ≤ 0,05%, а,следовательно, и с более высокой стойкостью к образованию холодных трещин.На Рис.

4.7 – 4.10 представлены фотографии микроструктуры сварныхсоединений сталей, подвергавшихся испытаниям на склонность к образованиюхолодных трещин.Во всех случаях при выполнении сварных соединений соблюдалисьодинаковые режимы сварочного процесса и скорость охлаждения металла ОШУЗТВ составляла порядка 18°С/с. Это позволило сформировать у всех сварныхсоединений преимущественно бейнитную структуру. При этом твердость такойструктуры изменялась в пределах от 210 – 220 HV10 в сварных соединениях сталис Сэкв = 0,35%.

Для сталей с более высокими значениями Сэкв в ОШУ ЗТВформироваласьболеевысокодисперснаяферритно-карбиднаясмесьствердостью порядка 250 – 270 HV10. Следует отметить, в сварных соединениях,выполненныхизмалоуглеродистыхвысокопрочныхсталейсСэкв,изменяющимся в пределах от 0,35 % до 0,54 %, формирование мартенситнойфазы в ОШУ ЗТВ не наблюдалось.х200 Линия сплавления HV213-217х500 Металл шва HV210-215х500 ОШУ ЗТВ HV215-220Рис. 4.7. Микроструктура шва и ОШУ ЗТВ сварного соединенияиз стали с Сэкв=0,35%108х200 Линия сплавления HV255-260х500 Металл шва HV240-245х500 ОШУ ЗТВ HV270-280Рис.

4.8. Микроструктура шва и ОШУ ЗТВ сварного соединенияиз стали с Сэкв=0,44%х200 Линия сплавления HV245-250х500 ОШУ ЗТВ HV247-252х500 Металл шва HV245-250Рис. 4.9. Микроструктура шва и ОШУ ЗТВ сварного соединенияиз стали с Сэкв=0,46%109х200 Линия сплавления HV245-250х500 ОШУ ЗТВ HV255-260х500 Металл шва HV247-255Рис. 4.10. Микроструктура шва и ОШУ ЗТВ сварного соединенияиз стали с Сэкв=0,54%Для исследования поверхностей разрушения образцов после машинныхиспытаний изучались изломы на макро- и микроуровнях. Результатыисследований приведены на Рис. 4.11 – 4.14.Во всех случаях на фотографиях макроизломов образцов видны хрупкиетрещины, проходящие в корне шва по сечению «1-1» (Рис.

4.11 а, 4.12 а, 4.13 а,4.14 а). Фрактографические исследования показали наличие несколькихмикромеханизмов разрушения. Во всех случаях вязкая составляющая изломовпредставлена разновеликими ямками (Рис. 4.11 в). Поверхности хрупкихизломов образованы относительно плоскими фасетками транскристаллитногоскола (Рис. 4.11 б), фасетками квазискола (Рис. 4.12 б, в). На Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации