Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Современные способы сварки и применяемые сварочные материалы обеспечивают получение наплавленного металла, не уступающего по хладостойкости основному металлу аналогичного химического состава, а в некоторых случаях даже превосходящего по своим свойствам основной металл. Однако при сварке имеется ряд фанторов, таних как условия производства сварочных работ, качество сварочных материалов„защита расплавленного металла, термомеханическое воздействие сварки на металл, геометрическая форма соединений и другие, недостаточное внимание к которым может привести к резкому ухудшению свойств металла и снижению хладостойкости сварных конструкций, Практически все случаи хрупких разрушений сварных соединений и конструкций, имевших место при низких температурах, связаны либо с низким качеством исходного основного металла, либо с нарушением правил технологии производства сварных конструкций и конструктивного оформления сварных узлов.
Влияние сварки на свойства сварных соединений, эксплуатируемых при низких температурах, многообразно, оно может изменяться в широких пределах н поэтому в большинстве случаев не поддается конкретному количественному выражению. Характерным является танже то, что изь енения свойств носят местный, локальный характер. Наиболее распространены несколько случаев отрицательного влияния сварки. 1. Образование хрупких зон в сварных швах под влиянием изменения химического состава металла шва по сравнению с основным металлом за счет нерационального легнрования или загрязнения металла вредными примесями и газами, 121 120 Хладостойкость тарных оссдицений Оценка свойств при низких температурах 2. Образование хрупких прн низких температурах околошовных зои за счет термического влияния сварки — быстрого охлаждения, роста зерна, структурных изменений, Степень этого влияния решающим образом зависит от химичесного состава основного металла, способа его производства и исходного состояния.
Например, на хладноломкость металла в зоне крупного зерна электрошлаковых соединений влияние оказывают степень раскисленности, содержание фосфора и серы, способ получения заготовки (ковка, литье); на хладноломкость околошовных зон термоупрочненных катаных сталей при электродуговой сварке — величина погонной энергии сварки, 3. Концентрация пластических деформаций и деформацвонное старение металла в зонах непровара и резного изменения формы соединений, трещинах и т. и., находящихся в пределзх зоны термического влияния сварки. Данный случай является наиболее распространенной причиной хрупких разрушений сварных соединений при низких температурах; он многократно воспроизводился в лабораторных условиях.
Путем роста концентрации деформаций и эффекта старения можно вызвать практически любое снижение прочности сталей при низких температурах. Деформа ци они ое старение усиливается, если оно происходит в зоне круп ного зерна. По ноличеству хрупких разрушений, зарегистрированных в сварных нонструкциях при низких температурах, иа первом месте находятся рэзрушения, возникшие от нонцентраторов, расположенных в зоне сварки, где протекали значительные пластические деформации, возникали остаточные растягивэющие напряжения и происходило старение металла.
Значительная часть хрупких разрушений была вызвана усталостными трещинами, явившимися разультатом неудовлетворительного конструктивного оформления соединений, в сочетании с низкой сопротивляемостью основного металла распространению хрупких разрушений. Некоторая часть разрушений зарегистрирована как возникшая от участнов металла с низкими пластическими свойствами по причине загрязнения металла и его плохой защиты в нагретом состоянии.
В статичесни нагруженных обьентах разрушения появлялись преимущественно при резком понижении температуры, когда вследствие неодновременного охлаждения конструкции возникали дополнительные напряжения. Распространение разрушений за пределы зон пластических деформаций, где влияние сварки прантически отсутствовало, происходило обычно вследствие низких механических свойств основного металла (например, хрупкости) и не зависело от условий сварки. На рис.!О, а — г показаны элементы„ноторые соединялись, не будучи свзренными между собой.
Типичные примеры неудовлетворительного оформления сварных соединений, которые неоднократно являлись очагами разрушений при низких температурах > представлены на рис. 10. На рис.! О, д — ж, к стыковые соединения имеют непровар; на рис. 10, з окно, образованное газовой резкой, имеет острый угол; на рис. 10, л элентрошлаковый шов 1 заваривается последним, находясь в жестком контуре; на рис. 1О, и процесс сварки остановлен на детали. Предупреждение хрупких разрушений сварных соединений и конструкций при низких температурах может быть осуществлено устранением причин, их вызывающих. Существует неснолько основных путей повышения сопротивляемости хрупким разрушениям. 1. Выбор основного металла для сварных нонструкций, обладающих малой склонностью к деформационному старению и достаточно высокой сопротивляемостью распространению разрушений при температурах эксплуатации изделия.
Развитие разрушения при использовании основного металла с высоной энергией разрушения при распространении в нем трещины возможно лишь при дефентах или зонах повреждения металла большой протяженности (например, в продольных швах трубопроводов). В большинстве сварных ко'струкций изменения, вызываемые сваркой, носят локальный характер, ввиду чего начавшееся разрушение не будет распространяться по основному металлу. Такой путь оправдан в конструкциях, где невозможно обеспечить полное отсутствие дефектов сварки.
Закалка и отпусн основного металла являются эффективным средством повышения А-А Е~ хЕ А ~ ЯЯ +~$й~~ Б-Б а) 4 в~ е) д) к) Рис. 10. Примеры неудовлетворительного конструктивного (а — е) и технологического (ж — л) выполнения сварных соединений центраторах. Одновременно общий высокий отпусн значительно снижает остаточные напри>кения и нанопленную потенциальную энергию при сварке. Местный отпуск применяют главным образом кан средство восстановления пластичности металла. 4. Конструктивное оформление отдельных элементов, уменьшающее как концентрацию собственных деформаций в процессе сварки, так и концентрацию рабочих напряжений в процессе эксплуатации конструкции. 5.
Назначение последовательности сборочно-сварочных операций и технологических приемов выполнения свэриых соединений, исключающих резкие концентраторы напряжений в зоне пластических деформаций, в том числе дефекты в виде непроваров, трещин, несплавлений, подрезов и т. п. б. Применение присадочных металлов, обеспечивающих высокую пластичность и вязкость металла швов при низких температурах.
7. Использование рациональных режимов сварки, исключшощих появление зон с пониженными механическими свойствами при низких температурах, .энергии разрушения сталей при низких температурах. Частным случаем явля:ся применение пакета листов из более тонкого металла, обеспечивающего вы;ьое сопротивление распространению трещин. 2. Нормализация или закалка с отпуском сварных деталей.
Такие операции не только устраняют отрицательные последствия влияния сварки на структуру металла в зоне сварных соединений, но и улучшают свойства основного металла. 3. Применение высоного отпуска, Высокий отпусн являет;я эффективным средством, позволяющим восстановить пластические свойства металлз, утраченные в результате протекания пластических деформаций и старения металла в нон- 122 Хладостойкость сварны.т соединений СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.
Браун У., Сроули д. Испытания высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации. М., Мир, 1972. 246 с. 2. Винокуров В. А. Учебное пособие по курсу «Специальные главы прочности сварных нонструкций». МВТУ нм. Баумана, !973. 110 с. 3. Винокуров В. А., Трегубов Г. П. Метод испытания образцов на изгиб для определения пластичности. — «Заводская лаборатория», 1975, № !2. 1497 — 1500 с.
4. Качанов Л. М. Основы механики разрушения. М., Наука, 1974. 312 с. 5. Махутов Н. А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению, М., Машиностроение, 1973. 200 с. 6. Партон В. 3., Морозов Е. М. Механика упругопластического разрушения. М., Науна, 1974.
416 с. 7. Разработка методики исследования статической прочности н пластичности сварных соединений металлов при низких температурах. В. А, Винокуров, С. М. Исаев, В. А. Г!арахин и др. Кнл — Остаточные напряжения и прочность сварных соединений и конструкций. № 133. М., Машиностроение, 1969. с. 57 — 72. 8. Хрупкие разрушения сварных конструкций. У. Дж. Холл, Х. Кихара, В. Зут, А.
А. Уэллс, М., Машиностроение, 1974. 320 с. 9. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. М., Наука, 1974. 640 с. Глава б ЖАРОПРОЧНОСТЬ СВАРНЪ|Х СОЕДИНЕНИЙ СВОЙСТВА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА Каропрочность, определяющая способность материалов сопротивляться воздействию нагрузки прн высоких температурах, является комплексной хзрактернстнкой, зависящей от стабильности нх свойств прн высокотемпературной выдержке, сопротивления ползучестн, длительной прочности, пластичности, термической усталости н других факторов. Из промышленных металлов н нх сплавов наименьшую жаропрочность имеют сплавы алюминия (до 250' С), а наибольшую (до 1000' С) — сплавы молибдена, Сплавы титана можно использовать до 400 — 450' С, перлнтные стали— до 500 — 580' С, аустеннтные — до 650 — 700' С, а сплавы на кобальтовой н никелевой основе — до 800 — 900' С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
