Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Все формы водорода находятся в термодннамическом равновесии, зависящем от температуры. Прн повышении температуры свыше определенного уровня начинается заметный переход одних форм водорода в другие: молекулярною — в атомарный растворимый, неравновесного — в равновесный, связанного в ловушках — в растворимый. Поскольку всегда на поверхности ограниченного тела существует градиент концентрации водорода, происходит непрерывный выход (десорбция) Нх в атмосферу.
Через определенный промежуток времени практически весь водород должен десорбнроваться нз металла, поскольку происходит переход ат одной формы существования водорода к другой. Прн нормальной температуре относительно быстро десорбируется из металла основная часть диффузионного водорода Н„, причем переход закрепленною водорода в диффузионный Н„развивается чрезвычайно медленно, т. е. закре- 672 пленный водород остается в металле практически неограниченное время. Сумма концентраций закрепленного водорода и неуспевшеа Н го выделиться к данному моменту диффузионного водорода я составляет концентрацию остаточною водорода Н». Распределение Нд по объему сварного соединения и его концентрацию в любой заданной точке определяют экспериментально- счетным способом.
Экспериментальная часть способа состоит в определении исходной концентрации диффузионного водорода в металле шва Н о, в установлении зависимости коэффициента диффузии водорода Ои от температуры для шва, зоны термического влияпля и основного металла, а также в определении параметров перехода остаточного (металлургического) водорода Н» в основном металле в Н„и обратно при сварочном нагреве и охлаждении.
Расчетная часть с часть способа заключается в решении тепловой задачи (для заданных типа сварного соединения и параметров режима сварки ффузионной задачи. Последняя для сварки однородных материалов представляет численное решение дифференциального уравн и» е" второго закона Фике, описывающего неизатермическую дифния второ фузию водорода с учетом термоднффузионных поток двумеров в ной системе координат: ~ = — ΄— — — ОнХ вЂ” + (12.74) где С вЂ” концентрация Нд, см!100 г; » — время ~ф ффузин водорода, см 1с зависящин от температуры 7 К термаградиеитный коэффициент, см 1(1()б г'Рад)' у ; )( — термо координаты расчетной точки, см.
Одно нз главных начальных условий для решения уравнения (12.74) — учет достоверною значения Н»»о. Д»я определения Ни»о в чной практике применяют ряд методоьч ««карандашную» методы ЛПИ и (спиртовую или глицериновую) пробу, вакуумные методы ( МИС) и хроматографнческий метод ИЭС. Наиболее простая нкандашная» проба заключается в наплавке в медную охлаждаемую рандашная» а водой изложницу (рис. ! 2.64) образца размером х х мм, 673 -5 б сут й б Рпе.
12,64. «Карапдвцшвя» проба для опрелелення псхолпой концентрации лнффузпонного водорола в металле шва Н„о (а) н кннетпкв выделе- ния Н„нз образца (6); 1 — пробка; 1 — солрт; 3 - вмдезпанзнйсв водород; 4 — звднометр; 5 — обратен немедленной закалке его в воде и помещении его в специальную пробирку (звднаметр) со спиртом (или глицерином, подогретым ло 40...70 'С). Весь выделившийся в звдиометре Нд принимают за Н,„о.
Полное время выделенпя Нд составляет 5 сут, Наиболее точный хроматографический метод предусматривает наплавку валика на поверхность пластинчатого образца б к 7,5 к 25 мм, его немедленную закалку и помещение в герметичную камеру, Па мере выделения водорода через камеру периодически пропускают газноситель (аргон), смесь которого с водородом анализцруют хроматаграфом.
Камеру устанавливают в печь с температурой 150 'С, при которой существенно ускоржтся выхол Нд, но еще не происходит перехода остаточного водорода Н в Нд. В результате подогрева образца время испытания сок(якшается с 5 сут (120 ч) до 2 ч. Значения Н„,б, полученные хроматографическим методом„примерно в 2 раза превышают значения Н 0, полученные «карандашнойв спиртовой пробой. Расчет диффузионного перераспределения Нд выполняют относительно принятого Н о, определенного тем или иным методам. Решение тепловой и диффузионной задач выполняют численным методом с помощью компьютерных программ.
Пример расче- 674 И Н„, смз1100 г ошз Н 1В Рпс. 12.65. Распределение диффузионного водорода Н„: о — ~о разлнчнмм сечениям многослойнао стмкового Х-обрвззнло сосдннення; б — в разлпчнме моментм времени после сварки; (1-б номера слоев: 1-! н и-И— сечення соответственно по осп езв» н околоаовной юне); е — кннетпка нзмененпя Нк в точках А, Д, С н 11 с течением времснп та распределения Нд для стыкового многослойного соединения с Х-образной разделкой приведены на рис, 12.65. Основные закономерности насыщения сварных соединений водородом следующие: 1) насыщение различных зон сварного соединения водородом можно охарактеризовать двумя параметрами — значением макснмальвой концентрации Нд,„и временем достижения зтой тли заданной концентрации 1~ „; 2) для заданных составов шва н основного металла, толщины металла н тнпа разделки параметры внда Нл Пав в основном определяются значениямн Н,„о, а параметры айда ьввв - тепловым режимом сварки, Так, Н~~з„=(0,3...0,6)Н„, ошз а г„„„„,, йзменяется в пределах от нуля до йесколькйх леся~к~в часов после сварки (ОШЗ вЂ” околошовная зона).
Действие днффузионного водорода прн образовании холодных трещнн более всего соответствует одному из механизмов обратимой водородной хрупкости. Его особенность заключается в том, что в условнях медленного нагруженйя источники водородной хрупкостн образуются вследствие диффузионного перераспределения водорода и исчезают через некоторое время после снятйя нагрузки.
При этом важная роль отводится взанмодейспипо водорода с дйслокацйямн й Облегченному перемещеййю нх комплексов. В металле сварных соединений Нл концентрйруется на границах крупных бывших аустеннтных зерен„которые характеризуются повышенной плотностью дефектов крнспхллнческой решетки. Влняние водородного охрупчйвания на процесс разрушенйя описывают различными механизмами: алсорбцнонным (действие водорода как поверхностно-активного элемента), молекулярного давлення (в результате перехода атомарного водорода в мйкропоры н его молйзацни) н др. Сварочные напряжения могут быль определены экспериментальным нлн расчетным путем. Экспернментальнын метОд НОЗВОляет оценить средние значения напряжений в шве и зоне термического влияния на сравнительно большой базе.
Однако найти распределение напряжений в околошовной зоне, где йх градиенты весьма великй, экспериментальным методом затруднительно, Методы расчета сварочных напряжений рассмотрены в гл. ! 1. Для случая сварки жестко заделанных по концам элементов поперечные сварочные напряжения, вызванные усадкой шва, могут быть ориентировочно определены с использованием схемы на рнс.
12.50. Методы оцейки сопротйвляемаетн металла сварных соединений образованйю холодных трещнн. Методы оценки сопро- 676 тивляемости образованию холодных трещин подразделяют на расчетные и экспериментальные. Расчетные мп оды позволяют Оцеййвать склойность к образованню холодных трещин по химическому составу стали без нспытання сварных соединений. Широкое прнменейне имеют параметрнческие соотношения, полученные статистической обработкой экспериментальных данных. Они связывают выходные параметры (показатель склонносги к трещинам) с входными параметрами (хнмическнм составом„режнмом сваркн и др.) без анализа фйзическнх процессов в металлах прн сварке, обусловлнвающнх образо- ванне холодных трещин.
Поэтому нх прнмененне ограничено областью, в пределах которой изменяли входные параметры прн проведений зкспернмеитов. При этом часто не учитывается все многообразие факторов, влияющих на образсеанне холодных трещйй, в том числе и существенно значнмых. Рассмотрим параметрическне уравнення, которые нспользуются в настоящее время применительно к углероднстым н ннзколегйрованным сталям. Различными нсследователямн предложено несколько соотношеннй для расчета эквивалента углерода (в процентах): 1) Британской нсследовательской академией сварки (ВЖАЛ), !964 г.— С =С+ — + Мп Сг+ Мо+ Ч )э)~ + — ' (12.76) 20 Гб 15 2) Международным йнстнтутом сваркй (МИС), 1967 г.
(Европейский стандарт. Рекомендации по сварке металлических материалов (ЕХ 1011-2:2001))— Я Мп Сг+ Мо+ Ч %+ Сн С =С+ — + + + 24 6 5 !5 3) по ГОСТ 27772-88; Я Мп Сг Мо Н1 Сн У Р Сэкв С+ + + + + + + + 24 6 5 4 40 13 !4 2 где символы элементов С, Я„..., Р означают нх содержание, %.
Принято для сталей оценивать степень потенциальной возможносп1 образования холодных трещин в завнсимостн от значений С „(по ГОСТ 27772-88): 1-я группа сталей (Сэвв < 0„35 %) — сталь не склонна к образованию холодных трещин прн сварке; 677 2-я группа силей (С,„, = 0,35...0,6 %) — при определенных конструктивно-технологических условиях возможно Образование холодных трещин; 3-я группа сталей (Сзкв > 0,6 %) — высокая вероятность образоВания холодных т)тещин," сварка ВыпОлняется сО специальными технологическими мероприятиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
