Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Сварка с ЭМВ эффективна и для голстолистового металла (рис. 17). Но наиболее эффективный путь перехода к кристаллизации дендритного типа для толстолистового металла состоит в введении присадочного металла в виде гранул или проволоки в затвердевающую зону сварочной ванны по схемам, приведенным на рис. 18. При этом сопротивляемость образованию горячих трещин возрастает в 1,8 — 2 раза, а при достижении дендритпой равновесной структуры в центре шва — еще значительнее (17, 2ч). Наиболее перспективным и надежным способом получения такой первичной структуры является введение присадок специального состава в ту зону хвостовой части ванны, где исключается перемеп1нвание всего объема металла, лю гоо тО 80 .уО .УО теОи~б,тт/и 70 тб 20 20 50кб,тч/и а) 0;) 0) Рис.
17. Влияние скорости сварки, силы тока и электромагнитного поля (ЭМВ) иа появление горячих трещин при сварке под флюсом образцов жесткой пробы № 1 (см. рис. !2) из хромоникельмолибденовой стали: а — прн сварке проволокой Св-0610ГСМТ; б — при сварке проволокой Св-09Х16Н26М6ЛФ; в — схена сварки жесткой пробы: т — электрод; г — соленоид; 3 — проба В результате получают швы переменного состава по сеченика, исключающие образование горячих трещин не только в шве, но и в ОШЗ (30). Последний эффект связан с уменьшением теплового воздействия в ТИХ на ОШЗ со стороны металла шва, теплосодержание которого снижается при введении значительного количества присадки, достигающего 100% по отношению к количеству расходуемого электрода, Кристаллизация шва необходимого типа при ручной дуговой сварке достигается его легированнем, обеспечивающим получение шва с двухфазной структурой с заданным количеством второй фазы (а-фазы, эвтектики и др.).
В результате двухфазной кристаллизации происходит резкое измельчение кристаллйтов шва и нарушается их столбчатое строение, что существенно повышает сопротивляемость образованию горячих трещин кристаллизационного и подсолидусиого типа; этот прием широко распространен для сплавов алюминия, магния, аустенитно-ферритных сталей !4, 21). Для одиофазных сплавов, в швах которых по условиям эксплуатации недопустимз вторая фаза, в качестве легирующих элементов используют Мо, 1Ч, Мп, способствующие переходу от ячеистого к дендритному типу кристаллизации и обеспечивающие стабильность элементов первичной структуры путем позын:ения энергии активации процессов диффузии; последнее приводит к фрагментации поверхности зерен и препятствует развитию межзеренного скольжения.
В этих условиях измельчения столбчатых крисгаллитов достигают добавк ми Т1, Ег, )х!Ь, а добавками церия и других РЗМ вЂ” связывания серы в скоагулированные тугоплавкие включения, не смачивающие поверхности кристаллитов, Технологическая прочность в процессе кристаллизации Для таких сплавов весьма существенный эффект дает рафинирование сплавов путем электрошлакового, плазменно-дугового или вакуумно-лучевого переплава. Управление схемой кристаллизации также существенно изменяет уровень сопротивляемости трещинам для швов столбчзтого строения.
Наиболее неблагоприятна линейная схема кристаллизации, при которой оси кристаллитов располагаются в одной плоскости (хи) и прямолинейны (см. рис, 10, б). Устранение такой схемы и переход к объемной достигается уменьшением зазора, усилением теплоотвода со стороны корня шва, уменьшением силы тока и особенно скорости сварки до 10 — 15 м/ч, а также введением дополнительного металла, снижающего перегрев сварочной ванны. Для получения объемной схемы кристаллизации Рис. 18. Схема сварки с введением в сварочную нанну дополнительного гранулированного металла ДГМ (а) и дополнительной горячей проволоки ДПГ (б) н степень повышения показателя ак (в) технологической прочности сварных швов стали 15Г2Лф толщиной 20 мм при сварке проволокой Св-10НМА со скоростью 25 м/ч на токе 700 А ДГМ и ДПГ состава Св-!ОНМА наиболее эффективно также применение сварочных источников с высокой проплавляющей способностью, позволяющих при малой скорости сварки получить малую погонную энергию, наименьшую длину и ширину сварочной ванны.
Признаком наличия объемной схемы кристаллизации служит эллипсоидная или параболлоидная форма изотермы на поверхности шва и в его сечении (см. рис. 10, а). Повышение сопротивляемости металла образованию горячих трещин в ОШЗ включает мероприятия по измельчению зерна при изменении режима прокатки и термической обработки, наклепу кромок, рафинированию металла, а также по снижению теплосодержания сварочной ванны, температуры плавления н~ва и нижней границы ТИХ по отношению к основному металлу 122).
Для дисперсионно-твердеющих сплавов никеля главное значение имеет снижение скорости дисперсионного твердения, что достигается легированием сплавов А! и )чЬ вместо ранее используемого легнрования Т! + А1 Щ, а также перестариваннем металла в исходном состоянии, 415 Технологическая прочность металлов при сварке ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ В ПРОЦЕССЕ ФАЗОВЫХ И СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ (холодные трещины) ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН Колодные трещины — локальное межкристаллическое разрушение металла сварных соединений.
Формальными признаками холодных трещин, отличающими нх от горячих, являются факт обнаружения трещин при визуальном наблюдении„как правило, после полного охлаждения сварного соединения и блестящий излом без следов высокотемпературного окисления. Этим признакам удовлетворяют трещины шести разновидностей (табл.
2, рис. 19). 2. Разновидности холодных трещин Основные процессы или факторы, обусловливающие трещины Трещины Мартеиситное превращение аустенита в околошовной зоне или сварном шве «Холодные» е сезрных соединениях пер. литных и мартенснтвь.х сталей (а также «отколы», «подвалнковые») Мартенситное превращение аустенита в зоне перемешивания основного н наплавленного металлов «Отрывы» по зоне сплавлення низколегированных и легированных сталей при сварке аустенитными сварочными материа- лами Скопление неметаллнческих включений в элементах полосчатой микроструктуры стали «Ламелярные» в околошовной зоне перлитно-феррнтных сталей Превращение аустенита в области нижнего бейннта, насыщение водородом Выделение карбонитридных фаз по границам вереи при охлаждении после сварки «Холодные» в сварных соединениях высо.
кохромистых ферритных сталей Приведенная классификация холодных трещин несомненно условна, так как природа ряда их разновидностей изучена еще недостаточно, «Холодные» в околошовной зоне и шве легированных бейннтных сталей: продольные в однослойных и в районе последних слоев многослойных соединений (а также «отколы») поперечные в многослойных соединениях (а также «частокол») «Холодные» в околошовной зоне и шве мартенситно-стареющих сталей в соединениях: однослойных многослойных Сегрегация примесей на границах аустеннтных зерен при повторном на. грезе до 400 — ?00'С в процессе наложения последующих слоев, насыщение во- дородом Насыщение водородом Сегрегация примесей и фазовые выделения на границах аустенитных верен при повторном нагреве до 500 — ?00'С после перерыва е сварке Технологическая прочность в процессе превращений Рис.
19, Холодные трещины в сварных соединениях: а — «откол» в стали 18Х2НЗМДА; б — «ламелярная» в стали 14Х2ГМР; «в «частокоа» в стали 18Х2НЗМДА; г — «отрыв» по линии оплавления стали 12ХН4МДА, сваренной аустевитным швом; д — продольная в шве стали 42Х2ГСНМА (проплавление); е — поперечная в шве стали 20Х13 (проплавление) Технологическая прочность в прот!ессе превращений 416 Технолоеическая прочность ллегаллов при сварке Наиболее изучены холодные трещины двух первых разновидностей гнпа «откола» и «отрыва» и установлен ряд закономерностей их образования. Трещины образуются непосредственно после окончания сварки при охлаждении ниже 200 †1 'С, а также в послесварочный период в течение нескольких суток. Трещины могут возникнуть в том случае, если металл в одной из зон сварного соединения претерпевает полную или частичную закалку.
Ориентировочно минимальная доля мартенсита в структуре перлитных стилей, при которой возможно образование холодных трещин, составляет 25 — 30те. Исследование шлифов, свободной поверхности сварных соединений и излома трещин показывает, что холодные трещины состоят из очага разрушения и участка развития трещины (рис.
20). Разрушение на участке очага осуществляется по границам действительного аустенитного зерна и наблюдается как практически хрупкое. Участок развития часто имеет смешанный характер, т. е. трещина проходит как по границам, так и по телу зерен и сопровождается заметной пластической деформацией окружающего металла, Сопоставление границ действительных аустенитных зерен в конечной структуре с оплавленными границами в околошовной зоне и зонами срастания кристаллитов в шве показывает, что они расположены произвольно относительно друг друга (рис. 21) [32). Возникновение очагов трещин на границах аустепитных зерен объясняется тем, что опи представляют поверхности раздела с высокой концентрацией дефектов кристаллической решетки, на которых в результате процесса сегрегации скапливаются атомы примесей, в том числе углерода и водорода.
Оплавленные границы и зоны срастания кристаллитов в шве характеризуются повышенной ликвацией легирующих элементов н примесей, имеющих малый или средний коэффициент распределения и малый коэффициент диффузии в стальных сплавах. При этом углерод вследствие большого коэффициента диффузии перераспределяется в процессе охлаждения и не дает ликвации по оплавленным границам и зонам срастания в конечной структуре закаленной стали [!1, 39). Основными факторами, обусловливающими возникновение трещин, являются: 1) структурное состояние металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа; 2) уровень растягивающих сварочных напряжений первого рода, определяемый жесткостью сварной конструкции, режимом сварки, типом металла шва и другими причинами; 3) содержание и распределение водорода в металле сварного соединения после сварки, зависящие от концентрации водорода в атмосфере дуги, исходного содержания водорода в основном металле и других условий.
Холодные трещины являются одним из случаев замедленного разрушения «свежезакаленной» стали [21, 22). Закономерности замедленного разрушения следующие: 1) разрушение возникает после некоторого инкубационного периода при деформировании с малыми скоростями (е . 10 4 1/с) или нагружении постоянной нагрузкой; при этом сопротивляемость разрушению много меньше кратковременной прочности и зависит от времени действия нагрузки; 2) сопротивляемость разрушению постепенно возрастает с увеличением времени после термического воздействия (от 1 суток до 1 года) в результате так называемого процесса «отдыха»; 3) склонность к разрушению полностью подавляется при охлаждении ниже — 70 'С, восстанавливаясь при последующем нагреве до 20'С, заметно ослабляется при нагреве до 100 — 150 'С и полностью исчезает при нагреве до 200— 300 'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
