Том 1. Прочность (1041446), страница 52
Текст из файла (страница 52)
10.3, а, б показаны образцы некоторых проб, в которых трещины возникают вследствие повышенной деформации изгиба образцов при их проплавлении (рис. 10.3, а) или сварке (рис. 10.3, б). Если сваривается металл, хорошо сопротивляющийся образованию горячих трещин, и применяются достаточно высококачественные сварочные материалы, то горячие трещины в образцах проб могут и не образовываться. В этом случае остается открытым вопрос о фактической сопротивляемости металла образованию горячих трещин.
Для интенсификации процесса образования деформаций с целью получения горячих Рис. 10.3. Ооразцы для испытаний на технологическую прочность трещин в лабораторных условиях образцы в процессе сварки могут дополнительно деформироваться испытательной машиной, которая создает за определенный промежуток времени в дополнение к деформациям (е„— е„) машинную деформацию е„.
На рис. 10.3, в, г показаны примеры образцов, которые дополнительно нагружаются машиной во время сварки. На рис, 10.3, в образцы непосредственно в процессе укладки валика закручивают в направлении ~р, а на рис. 10.3, г растягивают с заданной скоростью деформации, при этом сопротивляемость швов образованию горячих трещин оценивают длиной трещины 1, .
Один из простейших способов оценки качества металла по его сопротивляемости образованию горячих трещин состоит в том,что сваривают узел конструкции, наиболее подверженный образованию трещин, и определяют наличие в нем трещин. При сравнении двух металлов или вариантов технологии таким методом невозможно судить, какой из них лучше, если трещин нет вовсе. В этом — один из основных недостатков такого подхода. В ряде проб оценку ведут по длине образующейся в образце трещины. Чем длиннее трещина, тем хуже металл. В качестве признака оценки используют такие минимальный или максимальный размер образца, при котором появляются горячие трещины.
Например, проваривают пластины разной ширины или с различной глубиной боковых прорезей. Известны приемы оценки условий сварки, когда одни и те же образцы сваривают с разной погонной энергией или с различной скоростью сварки. Определяют неблагоприятные условия и в дальнейшем назначают такие режимы, которые наиболее удачны в отношении сопротивляемости образованию трещин. Как видно на примере нескольких упомянутых проб (рис. 10.3), они могут быть предназначены либо для качественной, либо для количественной сравнительной оценки сопротивляемости образованию горячих трещин. Одним из совершенных методов количественной оценки сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин является метод испытания, в котором предусматривается растяжение с различными скоростями затвердевающего металла шва с целью Ф.
о определения критической скорости о„р перемещения захватов машины, достаточной для возникновения горячих трещин. При этом о„р — — Л,р/Л(, где ˄— перемещение в ТИХ, приРнс. !0.4. Стена растяжения водящее к образованию трещины; образца в процессе сварки Л( время пребывания металла в ТИХ. Существуют разные приемы реализации этого метода, например путем растяжения образца при сварке стыкового соединения или его изгиба (рис. 10.4). Недостаток этого метода состоит в том, что нельзя сравнивать между собой по показателю о„р результаты испытаний различных по размерам образцов или при различных условиях сварки, так как при этом изменяется температурный режим образца и одной и той же скорости перемещения захватов будут соответствовать разные деформации, накопленные металлом за период пребывания его в ТИХ.
Более точной мерой сопротивляемости металла образованию горячих трещин является критический темп деформации се„*р, определяемый приближенно как отношение критического значения перемещения кромок свариваемых элементов за время деформирования в ТИХ к значению ТИХ 181. Горячие трещины образуются не только в сталях, но и в сплавах на основе других металлов, в частности алюминия. В табл. 10.1 приведены результаты испытаний сварных соединений из алюминиевых сплавов с целью определения уровней о„. Чем выше окги тем выше сопротивляемость сплава образованию горячих трещин.. Для оценки принятых конструктивных форм по их способности сопротивляться образованию горячих трещин применяют так называемую оценку по эталонному ряду электродов. Используя сварочные материалы с заранее определенными для них и разными о„„ или а'„"„, сваривают одинаковые типовые узлы сварной конструкций и определяют тот уровень о или а", при котором в сварном узле 248 появляются горячие трещины.
Найденные значения величин являются показателем уровня возникающих в сварных соединениях темпов собственных деформаций при сварке и признаком степени совершенства конструктивных решений и принятой технологии сварки. Если трещины появляются при сварке электродами с высоким скр, то это означает, что в данном узле при сварке развиваются большие деформации удлинения, способные вызвать горячие трещины. Если трещины не образуются даже при сварке низкокачественными электродными материалами с низким показателем о„, то это свидетельствует о том, что данный конструктивный узел слабо подвержен образованию в нем горячих трещин.
Т а б л и ц а 10.1 Показатели сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин Основной металл Присадочный металл Основной металл Присадачный металл о„, мм/мин ек, мм/мин АМгЗМ АМг6М М40-М Л20М АМцМ АМгз АМг6 М40 Д20 АМц 10 ба 8* 5,5' 5,2* 4,3* АмгМ АВТ Д16Т В95Т АМг АВ АВТ АК т Трещины в шве. а* Трещины в околошовиой зоне. $2. Холодные трещины 249 Наиболее часто холодные трещины возникают в легированных сталях в тех случаях, когда металл под действием термического цикла сварки претерпевает полную или частичную закалку.
В этих случаях холодные трещины при сварке появляются в результате замедленного разрушения свежезакаленной стали от действия остаточных сварочных напряжений, Холодные трещины в зависимости от состава и класса стали могут быть вызваны: а) мартенситным превращением аустенита у среднелегированных сталей мартенситного и перлитного классов; б) сегрегацией примесей на границах аустенитных зерен при повторном нагреве до 400 — 700 'С при сварке с насыщением водородом у низкоуглеродистых среднелегированных сталей бейнитного класса; в) выделением у высокохромистых ферритных сталей карбонитридных фаз по границам зерен; г) скоплением в околошовных зонах перлитно-ферритных сталей неметаллических включений в элементах полосчатой микроструктуры стали (ламелярные трещины в околошовной зоне).
Исследованиями установлено, что холодные трещины имеют участок зарождения разрушения и участок распространения трещины. На участке зарождения, не превышающем размера нескольких зерен, разрушение происходит по границам зерен и является хрупким. Развитие разрушения может сопровождаться пластической деформацией. Можно отметить несколько особенностей появления холодных трещин. 1.
Холодные трещины появляются под действием постоянной или медленно меняющейся нагрузки при напряжениях существенно ниже (в 2 — 3 раза) уровня кратковременной прочности, найденной при обычном нагружении в испытательных машинах. Уровни напряжений, при которых появляются трещины, соизмеримы с остаточными напряжениями при сварке. Поэтому сварочные напряжения могут вызвать образование холодных трещин. Для появления разрушения необходимо некоторое время. 2.
Наименьшая сопротивляемость возникновению холодных трещин обнаруживается непосредственно после сварки, а затем прочность постепенно растет и явления замедленного разрушения сильно ослабевают спустя некоторое время (от 2 до 25 сут). 2400 2000 1000 )г00 1000 Н20 ~100 Рнс. 10.5. Зависимость прочности о прн замедленном разрушении от максимальной температуры нагрева Т 3.
Склонность к замедленному разрушению полностью подавляется при охлаждении металла до температур ниже — 70 'С, но восстанавливается при нагреве до +20 'С; существенно ослабляется при нагреве до 100 — 150 'С и исчезает при нагреве до 200 — 300 'С. Основными факторами, способствующими появлению холодных трещин, являются: 1) неблагоприятное структурное состояние металла, соответствующее высоким скоростям охлаждения стали, перегреву, старению; 2) присутствие растягивающих напряжений 1 рода; 3) наличие водорода в металле сварного соединения.
Холодные трещины могут образовываться в любой зоне сварного соединения: в шве, околошовной зоне, по линии сплавления; они могут располагаться как вдоль, так и поперек оси шва. Методы оценки сопротивляемости металла образованию холодных трещин достаточно разнообразны. Для оценки свойств основного металла и его реакции на термический цикл сварки применяют малые образцы, прошедшие нагрев и охлаждение по циклу, близкому к сварочному.
Испытания проводят на замедленное разрушение под постоянной нагрузкой, прикладываемой в течение 20 — 72 ч непосредственно после термического воздействия. Образцы растягивают или изгибают. Минимальное разрушающее напряжение принимают за показатель сопротивляемости разрушению. Существуют разновидности такого испытания основного металла, отличающиеся максимальной температурой нагрева и последовательностью ступенчатого приложения нагрузки при различных температурах остывания для имитации действия сварочных напряжений.
В качестве примера на рис. 10.5 приведены кривые зависимости минимальной прочности при изгибе от максимальной температуры нагрева для двух марок сталей. Наименьшая прочность соответствует температуре нагрева, при которой начинается оплавление границ зерен. Для оценки сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин применяют сварочные техно- ф 5 логические пробы и специ- Нарра0ЛЕНОЕ сбарки альные машинные испытания. Существует много проб, отличающихся между собой по Ю форме и размерам образцов, '0 процедуре сварки и методам оценки сгоикост и Например.
Рнс. 10.6. Образен крее вой пробы крестовая проба (рис. 10.6) предусматривает сварку балки длиной 200 — 300 мм из металла толщиной з = 10 —: 30 мм и шириной листов Ь около 150 мм, с катетом швов от8до 20 мм при различных начальных температурах образца от=-40 до +250 'С в последовательности выполнения швов, показанной на рисунке их номерами. Через 4 сут из образца вырезают три поперечные темплета по 25 мм шириной и после. травления выявляют имеющиеся трещины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
