Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Прежде всего сварные соединения всех металлов должны обладать определенными показателями специальных свойств (например, жаропрочностью, высоким сопротивлением коррозии, термостойкостью и т. д.) при отсутствии нарушений сплошности (трещины, поры). В качестве примера наиболее типичных условий, обеспечивающих свариваемость, можно привести следующие: ограничение содержания газов и других вредных примесей в основном металле и металле шва или подавление их отрицательного действия путем дополнительного легирования металлов определенными элементами, путем рационального выбора газошлаковой защиты (при сварке плавлением), системы раскисления и т.
д.; стойкость против чрезмерного развития процессов рекристаллизации обработки и роста зерна при сварочном нагреве металла; относительная легкость релаксации микро- и макроскопических напряжений при сварке и последующей обработке. Очень часто требования эксплуатации и требования сварки оказываются противоречивыми, 11 наибольшей степени это проявляется при сварке сложно. 0,15 — Оде ~ ~60 0,06 — 0,11 ~ 22 Мп; 8 легированных высокопрочных металлов и сплавов, в которых упрочнение достигается благодаря фазовому наклепу и дисперсионному упрочнению.
Как правило, чем выше прочность свариваемых материалов, тем труднее обеспечить равнопрочность сварных соединений основному металлу и избежать образования горячих или холодных трещин. В связи с этим при выборе критериев для расчетного определения режимов сварки тех или иных металлов необходим строго дифференцированный подход. Он зависит от физико-химических свойств свариваемых металлов и сплавов и от того, в каких зонах сварного соединения при данном виде или способе сварки возникают опасные дефекты или происходят неблагоприятные изменения структуры и свойств.
Однако, несмотря на разнообразие свойств и их изменений при сварке, в целях обеспечения ее оптимальной технологии все металлы и сплавы удобно разбить на три основные группы: с большим объемным эффектом полиморфного превращения; с малым объемным эффектом полиморфного превращения; без полиморфных превращений. При сварке металлов и сплавов первой группы вследствие высокого объемного эффекта полиморфного превращения ведущими в формировании структуры и свойств, как правило, являются мартенситное превращение и отпуск мартенсита, второй группы — кристаллизация, эвтектоидный распад и старение закаленных высокотемпературных фаз, а третьей группы — кристаллизация (особенно эвтектическая), рекристаллизация и старение.
Общим для материалов второй и третьей групп является невозможность исправления грубой кристаллической структуры металла шва и рекристаллизованной структуры околошовной зоны последующей термической обработкой из-за малого объемного эффекта полиморфного превращения или отсутствия фазовой перекристаллизации. Ниже рассматриваются принципы выбора критериев для расчетного определения режимов сварки плавлением разнообразных конструкционных материалов. Критерии выбора технологии и режимов сварки металлов и сплавов с большим объемным эффектом полиморфного превращения.
К материалам с большим объемным эффектом полиморфного превращения относят в первую очередь сталь перлитного и мартенситного классов, а также сплавы циркония, олова и т. д. Выбор режимов и технологии сварки стали определяется типом конструкции, условиями ее эксплуатации и характером термической обработки до и после сварки. Последний фактор является решающим для получения необходимых структуры и механических свойств соединений.
Все многообразие вариантов предъявляемых требований можно свести к следующим основным случаям 16). 1. Сталь применяют после прокатки и не подвергают термической обработке после сварки. В этом состоянии обычно используют малоуглеродистую сталь и низколегированную сталь некоторых простейших марок, не подверженные сколько-нибудь существенной закалке при сварке. Свойства сварных соединений такой стали в основном определяются степенью развития рекристаллизации и огрубления структуры околошовной зоны н шва. Режимы сварки выбирают по скорости охлаждения о внутри некоторого оптимального интервала Ло „„который обычно устанавливают по данным валиковой пробы [51 таким образом, чтобы ударная вязкость в зоне термического влияния при отрицательных температурах была не ниже 3 кгс м/см'. При этом в основном металле должно ограничиваться содержание газов (<0,005Я О, <0,005ь4И и 0,0005ь/ь Н), в противном случае возможно старение и снижение сопротивления хрупкому разрушению.
Для предупреждения образования горячих трещин в стали ограничивают содержание серы и некоторых других вредных примесей; соотношение между количеством марганца и серы определяется содержанием углерода: 118 Ф Кристаллизация ванны, фазовые изменения и режим сварки Критерии выбора технологии и режимов сварки 119 Особенно стойка против рекристаллизационных процессов и межкристаллитных разрушений низколегированная сталь повышенной прочности с микролегирующими добавками ниобия, ванадия, алюминия, бора, меди и т.
д. Благодаря природно мелкому зерну она сохраняет после сварки исходную прочность, высокую вязкость разрушения и постепенно заменяет термически упрочняемую сталь с о, = 50 —: 70 кгс/мм' [5]. 2. Сталь перед сваркой подвергают термической обработке ка высокую прочность (нормализация или закалка с высоким отпуском). После сварки предусматривается отпуск для снятия напряжений и выравнивания механических свойств в различных участках соединений.
К сварным соединениям предъявляют требование равнопрочности с основным металлом в сочетании с определенными значениями ударной вязкости, пластичности и ряда специальных свойств, характеризующих работоспособность соединений в соответствующих условиях (например, критическая температура хрупкости и сопротивление хрупкому разрушению в условиях ударных или статических нагрузок при низких температурах; пределы длительной прочности и ползучести; сопротивление локальному разрушению при повышенных температурах и сложнонапряженном состоянии и т. д.).
В этом случае при технологических расчетах необходимо обеспечить выполнение двух противоречивых условий: во-первых, предупредить образование холодных трещин в околошовной зоне н шве в процессе сварки и при последующем хранении изделий до отпуска; во-вторых, добиться наименьшего возможного разупрочнения основного металла на участке высокого отпуска зоны термического алияния. Чтобы выполнить второе условие, сварку нужно вести по возможности при жестких режимах, т.
е. пребывание этого участка основного металла выше температуры отпуска Т„до сварки должно быть минимальным. Это, однако, удается обеспечить практически только при относительно высоких скоростях нагрева и охлаждения. В качестве основного критерия при расчете параметров технологии и режимов наиболее производительных методов однопроходной и многослойной сварки длинными участками следует принимать предельно допустимую скорость охлаждения од, гарантирующую отсутствие трещин в околошовной зоне и шве. Обычно величину од устанавливают по данным для околошовной зоны, так как металл шва благодаря использованию менее легиронанного (особенно по углероду) присадочного металла обладает более высоким сопротивлением образованию холодных трещин. Предельно допустимую скорость охлаждения околошовной зоны и соответствующую ей длительность 1'+ 1" пребывания металла выше температуры Ась при нагреве 1' и охлаждении 1" устанавливают по данным сварки жестких проб лучше всего воспроизводящих тип соединений и уровень напряжений в данной сварной конструкции.
Указанные величины выбирают для стали с повышенным содержанием углерода в зависимости от ее реакции на термический цикл: по допустимому содержанию мартенсита в околошовной зоне (перлитная сталь со средней устойчивостью аустенита, у которой прн сварке можно регулировать ствуктурное состояние и свойства (рис. 16, сталь группы П)1, обеспечивая достаточно полное развитие самоотпуска мартенсита в процессе охлаждения при однопроходной сварке или процессов отпуска при многослойной сварке.
Последнее касается стали с высокой устойчивостью аустенита, практически не изменяющей своего структурного состояния и свойств в околошовной зоне при про. стом термическом цикле (рис. 16, сталь группы 1 преимущественно с бейнитной структурой и группы 1П с мартенситной структурой). При сварке стали с пониженным содержанием углерода скорость од целесообразно выбирать весьма высокой, так как образование трещин удается йредупреждать, резко ограничивая рост зерен. При этом не происходит и разупрочнения основного металла в зоне отпуска.
При сварке стали со средней устойчивостью аустеннта выбранный по од режим часто требует корректировки для получения заданных механических свойств. В этом случае дополнительным критерием служит интервал скоростей охлажде- ния Ьо „т, в котором обеспечиваются оптимальные механические свойства в околошовной зоне и в других участках соединения до и особенно после отпуска. Интервал Ло,„, устанавливают по методам ИМЕТ-1, по валиковой пробе или непосредственно на сварных соединениях Я. Если предельно допустимую скорость охлаждения не удается обеспечить без подогрева или без перехода на сварку участками, то для уточнения параметров режимов и технологии сварки необходимы специальные исследования влияния продолжительности 1„ на разупрочнение основного металла в процессе сварки, т ~д юе Ш а) Уг ~~~ с/с) с+с рс тт ~г 1!+ 1 и Рис, 16.
Механические свойства (а) и структура (б) стали н околошовной зоне в зависимости от длительности 1 + 1" пребывания выше Аса и последующей скорости охлаждения о (схема): т — низкоуглеродистая среднелегированная хромистая сталь (ОА — 0,15% С и 2-4% Сг) с повышенной устойчивостью аустевита, при сварке которой преобладает йерлитиое и особенно беявитное превращение; П вЂ” низколегированная сталь с малым (до 0,2%) и среднем (0,45%) содержанием углерода, обладающая соответственно мвлой и средней устойчиаостью аустенита; тт/ — ниэко- и средне- легированная хромистая сталь с повышенным содержанием углерода, обладающая высокой устойчивостью аустевита прн сварке (А), и высоколегированная хромистая сталь 01 — !ЗОА Сг) мартенситного класса без никеля с о,! — 0,25% С (Б) и с никелем и 0,1 — о,!5% с (В) например, с помощью метода ИМЕТ-1 или непосредственно на сварных соединениях [6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
