Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 28

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

Текст из файла (страница 28)

Содержание углерода более 0,30% способствует склонности сталей к перегреву и закалке, образованию горячих и холодных трещин в сварном соединении и пор в металле шва. Для предупреждения этих явлений необходимы усложняющие технологический процесс операции подогрева при сварке н термообработки после сварки, При изготовлении ответственных сварных изделий из закаливающихся сталей и технологическом процессе должны быть предусмотрены меры, предупреждающие опасность хрупких разрушений: 1) применение основного металла с регламентированным составом и свойствами, в частности спокойной и дополнительно раскислениой стали, низколегированных сталей вакуумно-дугового и электрошлакового переплава и др.; 2) применение методов сварки, обеспечивающих высокие механические свойства металла шва (дуговая сварка покрытыми электродами, под флюсом, в защитных газах и др.); 3) применение методов контроля, ограничивающих наличие в сварных швах различных дефектов; 4) правильное конструктивное оформление элементов сварных конструкций (исключение резких переходов от одного сечения к другому, исключение скопления швов, вызывающих объемные сварочные напряжения и повышающих жесткость изделия, предпочтительное применение стыковых швов и др.); 5) повышение требований к качеству сборки (минимальные зазоры и смещения, недопустимость натягов при сборке и др.); 8» применение термической обработки, обеспечивающей заданные механические свойства сварных соединений н снимающей остаточные напряжения от сварки; у) нндустриализацгя методов производства сварных конструкций, позволяющая обеспечить более высокое н стабильное качество сварочных работ в целом.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ Сварнваемость конструкционных углеродистых и легированных сталей можно определить как способность стали переносить тепловой режим при том или ином сварочном процессе без образования в соединении участков металла с пониженными пластическими свойствами, способствующими возникновению трещин при сварке конструкций или разрушению сварных соединений в эксплуатации.

Рассматриваемая группа материалов относится к закалнвающимся сталнм, в сварных соединениях которых под действием термического цикла сварки могут образовы-ваться хрупкие и малопластнчные зоны в участках, где металл нагревается до темтератур выше точки Лса. Распад аустенита при охлаждении в условиях сварочного термического цикла начинается при более низких температурах и в некоторых случаях полностью не заканчивается даже при остывании до 20' С; при этом в структуре металла наряду с мартенситом остается нестабильный остаточный аустенит (в зависимости от уровня легнрования).

Стали, склонные к резкой закалке, имеющие в результате термического цикла сварки структуру мартенсита и остаточного аустенита при повышенной концентрации водорода, при воздействии внутренних напряжений чувствительны к образованию холодных трещин. Наиболее часто холодные трещины образуются и швах и околошовной зоне среднеуглсродистых и легированных сталей перлитного и мартенситного классов, свариваемых проволокой, состав которой близок к составу основного металла. Холодные (закалочные) трещины возникают как в интервале температур образования мартенсита (250'С и ниже), так н после полного остываиия сварного изделия, спустя некоторое, иногда значительное время после сварки (через 24 — 48 ч). Чем ниже температура распада аустенита, грубее структура мартинсита, выше уровень внутренних сварочных и структурных напряжений, тем вероятнее образование холодных закалочных трещин.

С увеличением толщины сварнваемого металла возможность образования закалочных трещин возрастает. Элементы, снижающие температуру у -~- М превращения, усиливают склонность металла к образованию холодных закалочных трещин. К таким элементам прежде всего относится углерод, В среднелегированных сталях температура мартенситного превращения снижается при повышении содержания марганца, никеля, хрома, молибдена и др. О свариваемости применительно к ее чувствительности к ззкаливаемости ориентировочно судят по коэффициенту эквивалентности по углероду для различных легирующих элементов: Мп, Сг Ч Мо, % Сц Р „ — + е;+ о~+.

е,'+ я + )~~+,~а+ « 6 '~ 5 5 4 ' 15 13 2 ' Стали с эквивалентом по углероду более 0,45 склонны к образованию трещин при сварке, Однако этот критерий йе является основанием для неприменения стали в сварной конструкции. Прн одном и том же показателе С стали с большим содержанием углерода имеют более высокую чувствительность к холодным трещинам, чем сложнолегнрованные стали с меньшим содержанием углерода. Образование холодных трещин спустя некоторое время после полного остывания сварного соединения является наиболсс неприятным, так как качество изделия теряется после его контроля. Замедленное разрушение связано с фиксированием нестабильного остаточного аустенита а структуре мартенсита при быстром остывании участ"ов сварных соединений, нагревающихся при сварке выше точки Асз.

Остаточный аустенит с течением времени распадается при 20' С. Интенсивность этого процесса усиливается при охлаждении ниже 0' С. 120 Сварка средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей 121 Оби4ие сведения о свариваемости При сварочном цикле создаются благоприятные условия для образования остаточного аустенита вследствие повышенной гомогенизации твердого у-раствора при нагреве до высоких температур и высокой скорости охлаждения. Так, в стали ЗОХГСА (4) после термического цикла, имитирующего сварочный, содержится до 17% остаточного аустенита, тогда как после обычной закалки с 900' С это содержание равно 8%.

Кроме того, объемные напряжения сжатия, возникающие в шве и прилегающей зоне основного металла при образовании мартенсита, затормаживают процесс мартенситного превращения и могут способствовать сохранению еще большего количества остаточного аустенита, чем это наблюдается на свободных образцах, равномерно нагреваемых по всему объему. При распаде остаточного аустенита с увеличением объема образуется хрупкая структура неотпущенного мартенсита, что вызывает дополнительные структурные напряжения, кроме сварочных, в области хрупких структур шва и околошовной зоны.

Вследствие увеличения микрообъемов металла при распаде остаточного аустенита происходит зарождение и развитие трещин в ранее образовавшемся мартенсите. Чем грубее структура первичного мартенсита, тем она более хрупка, и образование трещин более вероятно. Когда сварной шов накладывается в условиях жесткого закрепления свариваемых деталей, в шве после остывания развиваются высокие растягивающие напряжения от реакции заделки.

Суммарное воздействие растягивающих сварочных напряжений 1 рода и структурных напряжений, возникающих в результате распада остаточного аустенита при 20' С, в критических случаях приводит к появлению трещин с течением времени. Этот эффект усугубляется наличием различных концентраторов напряжений: подрезами, непроварами, включениями, резкими переходами в проплаве и т. д.

Образованию трещин с течением времени способствует водород, растворенный в металле; он затормаживает распад аустенита и снижает точку мартенситного превращения стали. Избыточный водород, растворенный в металле, с распадом аустенита, постепенно выделяясь в несплошности структуры в виде молекулярного водорода, создает местные внутренние давления [81, облегчающие возможность образования микротрещин.

Образование хрупкой структуры мартенсита является необходимым, но не всегда достаточным фактором для реального появления трещины. Необходимо наличие и других факторов — растягивающих напряжений, остаточного аустенита и избыточного водорода. Многие конструкции свариваются и надежно эксплуатируются (особенно из низкоуглеродистых легированных сталей) при наличии структуры мартенсита в сварном соединении, если устранены концентраторы напряжений в хрупкой зоне или созданы благоприятные условия в сварном соединении, снижающие чувствительность конструкций к концентрациям напряжений (применены аустенитные присадки, обеспечивающие аустенитнуюструктуру шва с высокой пластичностью, или поверхностная обработка путем наклеив).

Образование холодных трещин при сварке закаливающихся сталей уменьшается: 1) при выборе способа и технологии сварки, обеспечивающих отсутствие грубодендритной закалочной структуры литого металла шва, минимальном перегреве зоны термического влияния и минимальных дополнительных растягивающих напряжениях при остывании шва за счет реакций связей; 2) при сварке с применением подогрева, уменьшающего вероятность образования закалочных структур; 3) при снижении содержания водорода в сварном соединении; 4) при отпуске после сварки. Применение специальных присадочных проволок и флюсов, многослойной сварки, колебательных движений электрода при автоматической сварке, импульсного режима сварочного тока (при малых толщинах металла), подбор оптимальных режимов сварки позволяют обеспечить более равноосную зернистую структуру металла шва и предупредить чрезмерное развитие зоны перегрева основного металла с крупнокристаллической структурой.

Метод сварки влияет на склонность сварных соединений к образованию холодных замедленных трещин. Для среднелегированных сталей методы сварки по гозрастанию сопротивляемости сварных швов к образованию холодных трещин можно расположить в следующем порядке: автоматическая сварка под кислыми флюсами (АН-348-А и др.), ручная дуговая сварка электродами типа УОНИ-13 (УОНИ-13/45; УОНИ-13!85), сварка в СО„аргонодуговая сварка.

Обеспечение при сварке изделий свободной усадки сварных соединений с помощью рациональной конструкции, порядка наложения сварных швов, применения приспособлений, создаюгцих сжимающие напряжения в сварном соедин енин при остывапии, позволяют снизить реактивные растягивающие напряжения в сварных соединениях. Например, при вварке фланцев (рис. 1, а) хороший эффект обеспечивает предварительный выгиб кромок листа для компенсации усадки (рис. 1, б), замена аварки плоским кольцевым швом сваркой по отбортовке (рис.

1,в). запрещение применения сварки угловыми швами (рис. 1, г), Предварительный или сопутствующий подогрев с целью предупреждения образования закалочных структур следует производить лишь в крайних случаях и для деталей с небольшим протяжением сварных швов, так как поддержание с достаточной точностью заданное Рис. 1. Типы сварных соединений штуцеров температуры подогрева по всей длине шва в течение всего процесса сварки является трудно осуществимым, а условия работы сварщика становятся весьма тяжелыми; все это делает технолошгческий процесс нестабильным.

Характеристики

Список файлов книги