Сварка в машиностроении.Том 2 (1041437), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Эта доля определяется 1яетодом н режимом сварки и может итменяться в пределах 15 — 80ета. В сварных соединениях, подвергающихся полной термической обработке, можно меньше считаться с влиянием первичной структуры на свойства металла шва, чем в соединениях, не подвергающихся термической обработке.
Грубозернистая структура участка перегрева околошовной зоны при термич ской обрабзтке пвлностью устраняется. Это позволяет применять высокопроизводительные методы сварки, когда может образоваться первичная грубокрисгаллическая структура, — электрошлаковую сварку, сварку под флюсом при большой погонной энергии. Более сложно обеспечить равнопрочно ть и высокую работоспособность сварных соединений при сварке сталей в термически обработанном упрочненном состоянии.
Г1рочность сварного соединения, не подвергнутого термической обрабзтке после сварки, зависит от того, насколько изменяется структура и прочность основного металла в околошовной зоне н металла шва под влиянием нагрева при сварке. Наименее прочной при этом является зона высокого отпуска. Прочность металла в этой зоне и ширина ее зависят от марки стали н способа сварки. т)ем бол.е тенлоустойчива сталь, тем менее она разупрочняется при сварке; чем быстрее протекает сварка и меньше тепловложение, тем уже зона термического влияния н тем в меньшей степени снижается прочность основного металла. Сталь 12Х2НВ ФА ие разупрочняется нрн сварке как более теплоустойчивая, а сталь ЗОХГСА менее тенлоустойчива и разупрочняется в среднем на 20% . При газовой сварке сталей типа ЗОХГСА механические свойства снижаются в большей степени, чем прн дуговой.
Зона термического влияния при газовой сварке распространяется на ширину 80 — 80 мм в зависимости от толшины свариваемых кромок, тогда как при дуговой сварке эта зона равна 4 — 6 мм. При этом в случае газовой сварки прочность сварных соединений равна 65 — 70 кгс/мм', а пон дуговой сварке 100 — 110 кгс/мма при прочности основного металла !20 кгс/мме. Снижение прочности металла в зоне высокого отпуска связано с прочностью основного металла до сварки. Например, 7М2я сварного соединения стали ЗОХГСА, выполненного электродами ВИ10-6 (Св-18ХМА), наблюдается следуюц1ая зависимость: в сварного соединения в зоне отпуска, кгс/ммл и основного металла до сварки, кгс/мм' Прочность в зоне закалки (при нагреве выше точки Асз) для стали одной и той же марки не зависит от прочности стали до сварки, На сталях типа ЗОХГСА воиолошовной зоне со структурой крупноигольчатого мартенсита предел прочности дв!стигает !80 кгс/мма.
Однако прочность этой эоны определяется не столько презлом прочности, сколько пластическими и вязкими ее свойствами, ее чувствительностью к хрупкому разрушению. При концентрации напряжений в этой зоне, сложноиапряженном состоянии, при низких температурах и других условиях, благоприятствуюц1их хрупкому разрушению, реальная конструктивная прочность в 15 — 2 раза ниже предела прочности, определенного на гладких разрывных образцах.
Это же относится и к металлу шва, имеющему состав, близкий к составу осгювного металла. Поэтому сварку деталей без последующей термической обработки рекомендуется применять преи1лущественно для среднелегироваиных сталей с ов (!ОΠ—: 110 кгс/ммз, пРн котоРых пластичность н вЯзкость металла швв и пРилегающей зоны можно обеспечить достаточно высокими (как, например, для стали 12Х2НВФА). Необходимая работоспособность термически необработанных сварных соединений закаливающнхся сталей при наличии хрупких закалочных структур в околошовной зоне может быть обеспечена путем применения 'Фисадочных проволок, обеспечивающих высокие пластичность и вязкость металла 2цвй при определенном снижении его црочиости. 128 Сварка средне- и высокауглеродистых и лееированных сталей /Иеханические свойства и структура сварных соединений 129 ве, кгс/ппе 150 гвее При сварке ответственных конструкций из среднелегированных сталей, не подвергающихся последующей термической обработке, в тех случаях, когда равзопрочность не является обязательным условием, для обеспечения высокой пластичности н вязкости швов используют сварочную проволоку с высоким содержанием легирующих элементов (Св-07Х25Н13; Св-08Х20Н9Г7Т), обеспечивающих получение металла шва с устойчивой аустенитной структурой при о„55 кгс/мм-'.
Эти свойства шва сохраняются и прн низких температурах и при ударных нагрузках. В этом случае резко повышается стойкость против образования трещин в околошовной зоне. Для обеспечения работоспособности реальных сварных конструкций из закаливающихся сталей без термической обработки после сварки необходимо предусматривать меры, предупреждающие хрупкие преждевременные разрушения при работе изделий в условиях низких температур, опасных концентраторов напряжений и наличия остаточных сварочных напряжений. С понижением температуры для основного металла и металла шва прочность (о,; о„; о,; ОВ) повышается, а пластичность и вязкость (бм ф, ан) снижаются.
При наличии закалочных структур в сварных соединениях, -те'С о не подвергнутых термической обработке, этн изменения могут резко усугубить опасность хрупкого разрушения. 100 Например, сварные швы стали ЗОХГСА, выполненные электродами ВИ10-6 прн + 20' С, имеют ударную вязкость а = 4 — ' 5 кгс м/смз при — 40' С ниЯ на изменение циклической проч- а = 2 5 = 3 6 кгс м/см2 при — 70*С н а„= 0,8 —: 1,8 кгс м/см'. Ударная вязкость в последнем случае является недопустимой для надежной работы конструкции. При сварке аустенитнымн электродами перечисленные показатели не изменяются в диапазоне температур + 20" С, — 70' С н ниже. Чувствительность металла сварных швов к низким температурам проявляется также при повторном статическом нагруженнн (прн изгибе или растяжении). На рис.
3 приведен пример снижения прочности прн повторно-статических нагрузках при понижении температуры испытания швов стали ЗОХГСНА, выполненных ручной дуговой сваркой электродами ВИ!0-6 (Св-18ХМА). При этом в металле шва наблюдаются структура сорбнта с грубым строением и крупные выделения феррита и цементита иглообразной формы. В случае применения термической обработки после сварки эти неблагоприятные структуры могут быть полностью устранены. При соответствующих технологических приемах сварки улучшение структуры со снижением структурной и химической неоднородности может быть достигнуто и без последующей термической обработки. Остаточные напряжения в сварных конструкциях при статических одноразовых нагружениях, как правило, не снижают прочности, за исключением сложных конструкций с большим скоплением швов при низкой пластичности металла.
Однако при повторно-статических н внбрацнонных нагруженнях этн напряжения стано. вятся опасными. Прн этом опасны не только максимальные растягнвающне напряжения в эпюре остаточных напряжений, но н общая площадь, находящаяся под воздействием растягивающнх напряжений, т. е. общее количество упругон энергии, затраченное металлом на сопротивление этим напряжениям, Чем это значение выше, тем более затруднена релаксация напряжений в местах концентраций и вероятнее хрупкое разрушение. С этой точки зрения сварка источниками с большой плотностью тепловой энергии, например аргонодуговая (особенно в импульсном режиме), плазменная, электронно-лучевая, обеспечивает более надежное работоспособное соединение, чем газовая сварка или сварка под слоем флюса.
Эффективным средством повышения работоспособности при повторно-статических н внбрационных нагрузках является поверхностная обработка (вибронаклеп, обработка дробью, обкатка роликами, наклеп пневмомолотком). Поверхностная обработка снимает остаточные напряжения растяжения и создает напряжения сжатия в поверхностном слое, улучшает поверхность и устраняет концентраторы путем создания плавных переходов от шва к основному металлу и устранения поверхностных дефектов.
Проковка сварных стыковых соединений снижает сварочные остаточные напряжения вдоль шва на 75%; проковка перекрестных швов снижает остаточные сварочные напряжения в месте их пересечения в 2 — 4 раза. Наклеп дробью, пневмомолотком илн обкаткой роликом существенно не влияет иа предел прочности сварного соединения и ударную вязкость, однако обеспечивает высокий упрочняющий эффект при повторно-статических и вибрационных нагружениях.
Предел выносливости сварных соединений при этом увеличивается на 30 — 60%, а долговечность, т. е. число нагружений, в 3 — 5 раз. Поверхностный иаклеп является эффективным как для сварных изделий без термической обработки, так н для изделий, термически обработанных после сварки. При необходимости несколько повысить механические свойства металла шва и околошовной зоны и снять сварочные напряжения иногда прибегают к высокому или низкому отпуску конструкций после сварки. Высокий отпуск (нагрев до 600— 650' С) более эффективен, чем низкий (до 200 — 300' С), так как обеспечивает снятие сварочных напряжений и устраняет закалку металла шва и околошовной зоны.
При этом прочность сварного соединения несколько понижается, а пластичность и ударная вязкость существенно повышаются. Отпуск не обеспечивает перекристалдизацин металла и, следовательно, не может устранить ни столбчатой структуры шва, ни перегрева в околощовной зоне. Для этой цели необходимо применять те же технологические мероприятия, что н в случае сварки без последующей термической обработки. Повышение пластичности и вязкости металла шва в результате отпуска допускает его большее легирование, по сравнению с легированием швов, не подвергающихся термической обработке. В связи с этим в соединениях, подвергающихся отпуску, превращение переохлажденного аустенита в металле шва может происходить в области бейнитного и мартенситного превращения с образованием игольчатой структуры (чего нельзя допускать в швах без термической обработки).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
