|
|
ОглавлениеОсновы теории сварки и резки металлов. Введение Глава 2. Сварные соединения и швы Глава 3. Металлургические процессы при сварке Глава 4. Термическая резка металлов Глава 6. Напряжения и деформации при сварке Глава 7. Свариваемость металла Глава 8. Дефекты сварных соединений Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 7. Свариваемость металла7.1. Понятие свариваемостиСвариваемость — свойство металл или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Следовательно, свариваемость зависит, с одной стороны, от особенностей материала, технологии сварки и конструктивного оформления соединений, а с другой — от необходимых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Последние определяются техническими требованиями, предъявляемыми к этим конструкциям. Свариваемость материалов считается достаточной, если требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, и недостаточной, если не обеспечивается минимальный уровень хотя бы одного из эксплуатационных свойств сварного соединения. При этом свариваемость одного и того же материала может быть различно оценена в зависимости от назначения изделия. В сварочной практике «свариваемость» — один из наиболее применимых терминов. Различают свариваемость физическую и технологическую. Под физической свариваемостью понимают принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений, что особенно важно при сварке разнородных материалов. Технологическая свариваемость представляет собой реакцию материала на сварочный термодеформационный цикл и металлургическое воздействие сварки. Эта реакция оценивается, например, посредством сравнения механических свойств металла сварных соединений с одноименными свойствами основного металла (например, твердости, ударной вязкости и др.). Кроме ранее названных показателей при оценке свариваемости учитывают также стойкость против образования трещин и обеспечение специальных свойств (коррозионная стойкость, прочность при высоких или низких температурах, сопротивление хрупкому разрушению). При наплавке металла на детали, работающие на истирание, особое значение приобретает их износостойкость. Кроме того, в понятие свариваемости входит прочность связи наплавленных слоев. Свариваемость углеродистых сталей определяется в первую очередь содержанием в них углерода. Под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное основному металлу, без трещин в металле шва и снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и околошовной зоны должен быть стойким против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкций и наличии концентраторов напряжений, обусловленных формой узла. В общем случае разница между металлами, обладающими хорошей и плохой свариваемостью, заключается в том, что для соединения последних необходима более сложная технология сварки (предварительный подогрев, ограничение погонной энергии сварки, последующая термообработка, сварка в вакууме, облицовка кромок и т.п.). Свариваемость материала оценивают не по абсолютным показателям, а посредством сравнения со свойствами ранее применявшихся материалов или основного металла. Свариваемость признают удовлетворительной, если результаты испытаний различных свойств сварных соединений соответствуют нормативам, установленным техническими условиями на данную продукцию. Для оценки свариваемости проводят ряд испытаний, выбор которых обусловлен назначением сварной конструкции и теми изменениями в структуре и свойствах материала, которые происходят под влиянием сварки. Стойкость металла сварных соединений против образования горячих трещин — наиболее важный показатель свариваемости, так как при сварке сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации под действием возникающих при затвердевании растягивающих напряжений возможно появление горячих трещин, являющихся весьма серьезными дефектами. Стойкость металла сварного соединения против образования холодных трещин — второй по важности показатель свариваемости, поскольку под действием сварочного нагрева изменяется структура основного металла. В околошовной зоне закаливающихся сплавов в результате полиморфных превращений образуются хрупкие структуры типа мартенситных, что может привести к появлению холодных трещин. Процессы, происходящие в металле сварных соединений, могут вызвать хрупкие разрушения сварных конструкций. Опыт эксплуатации ответственных металлических конструкций показывает, что изготовление сварных узлов без трещин еще не исключает возможности разрушения хрупких материалов при работе в условиях сложного напряженного состояния и низких температур. Причинами разрушений могут быть конструктивные недостатки, наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефектов сварных соединений (раковины, поры, шлаковые включения, подрезы по краю швов), различного вида несовершенств кристаллического строения металлов, микротрещин и полостей, роль которых как концентраторов напряжений существенно возрастает в условиях эксплуатации. В зависимости от свойств материалов, применяемых в конструкциях, параметров окружающей среды и вида нагрузок исходные дефекты могут развиваться в трещины очень медленно или, наоборот, катастрофически быстро. Склонность материалов к хрупкому разрушению — третья важная характеристика их свариваемости. Ее оценивают посредством специальных испытаний, сравнивая склонность к хрупкому разрушению основного металла, зоны термического влияния и металла сварного шва. Считают, что лучшей свариваемостью обладают те материалы, сварные соединения которых не отличаются по склонности к хрупкому разрушению от основного металла. В комплекс оценки свариваемости входит также проверка механических свойств металла шва и сварного соединения при разных температурах, определение стойкости против коррозии, износостойкости и других специальных характеристик. 7.2. Методы оценки свариваемости металлов7.2.1. Определение стойкости металла против образования горячих трещинВсе испытания, проводимые для определения показателей свариваемости, можно условно подразделить на две основные группы. К первой группе относят испытания, осуществляемые (как правило, в лабораторных условиях) при разработке новых марок сплавов, способов сварки и сварочных материалов, ко второй — испытания, связанные с проверкой пригодности изученного сплава или сварочного материала для изготовления новых конструкций (эти испытания обычно проводят в заводских условиях). Методы определения показателей свариваемости можно подразделить на прямые, при использовании которых выполняют сварку образцов заданной формы по выбранной технологии, и косвенные, основанные на замене сварочного процесса другим, имитирующим его. Косвенные методы испытания следует рассматривать только как предварительные. Методы определения показателей свариваемости и типы образцов выбирают исходя из стремления максимально приблизить условия испытаний к реальному нагружению сварного соединения в конструкции. Стойкость металла против образования горячих трещин характеризуют по результатам испытаний: • машинными методами, основанными на принудительном (под действием внешних сил) деформировании образцов, подвергнутых сварочному нагреву, в температурном интервале возникновения горячих трещин; • технологическими методами, или сваркой проб, при осуществлении которых условия деформирования в температурном интервале образования горячих трещин регулируют выбором формы и размеров образцов, последовательности выполнения сварных швов и режимов сварки. Машинные методы испытаний предусматривают испытания образцов, проплавляемых дугой, на растяжение и изгиб, а образцов, нагреваемых по сварочному циклу, — на растяжение. Для машинных испытаний применяют специальные установки, например машины серий ЛТП, ИМЕТ и ИМЕТ—ЦНИИЧМ. Процедура машинных испытаний включает в себя сварку серии образцов с одновременным деформированием шва при разной скорости перемещения активного захвата (рис. 7.1). Определяют критическую скорость деформирования, вызывающую появление горячих трещин в нескольких образцах. Механизм деформирования при испытании образцов с надрезом приводят в действие в момент прохождения дуги над вершиной надреза; при испытании образцов, собранных из двух пластин, — после прохождения дуги через стык. Тонколистовые образцы подвергают изгибу на оправке в момент выхода дуги на середину образца. При испытании присадочных материалов применяют специальную медную форму, одна из половин которой неподвижна, а другая поворачивается относительно оси с разной угловой скоростью во время наплавки валика. Определяют критическую скорость деформирования, при которой в металле наплавленного валика появляется трещина. Рис. 7.1. Схема испытаний по методу ИМЕТ—ЦНИИЧМ Известны и другие методы машинных испытаний (например, методы Мюрекса и Бланше), в основу которых положен принцип принудительного деформирования кристаллизующегося металла. Сущность технологических методов испытаний заключается в том, что металл, в котором не возникают трещины в искусственно созданных жестких условиях (что достигается выбором формы и размеров специальных технологических проб и типов закрепления), не должен разрушаться и в реальных изделиях. При сварке технологических проб кристаллизующийся металл подвергается деформации вследствие усадки шва и формоизменения свариваемых образцов. Специальная конструкция и технология сварки проб обусловливают повышенные темпы высокотемпературной деформации. Технологические пробы можно условно подразделить на два класса: количественные и качественные. К количественным относят те пробы, в которых образование горячих трещин можно связать с каким-либо конструктивным параметром (размеры пробы, глубина или расположение надрезов и др.) или параметром режима сварки (ее скорость, температура подогрева). Сравнивая такие пробы, можно выделить сплавы с меньшим или большим сопротивлением образованию горячих трещин. Качественные технологические пробы предусматривают выполнение сварных швов на образцах постоянной формы в строго заданной последовательности и при соблюдении определенных режимов сварки. Сопротивление металла шва образованию горячих трещин оценивают по их наличию или отсутствию на поверхности проб и шлифов или в изломах сварных швов. Пробы не позволяют оценить количественно стойкость сплавов против образования горячих трещин и предназначены лишь для отбраковки плохо сваривающихся сплавов. Схемы некоторых технологических проб для оценки сопротивления образованию горячих трещин приведены на рис. 7.2 и 7.3. Рис. 7.2. Технологические пробы для тонколистового материала: а — составная проба МГТУ; б — проба ИМЕТ; в — проба Холдкрофта («рыбья кость»); г — крестовая проба; 1—4 — последовательность выполнения и наложения швов; Lт — длина трещины; Lш — длина шва до надреза Составная тонколистовая проба МГТУ содержит несколько пластин разной ширины, соединенных с одной стороны прихватками (рис. 7.2, а). Сварку выполняют в направлении расширения пластин. В местах пересечения стыков пластин сварным швом образуются горячие трещины. Возможность их появления зависит от жесткости проплавляемых пластин. Показателем стойкости металла шва против образования горячих трещин служит минимальная (критическая) ширина пластины, при сварке которой горячие трещины не возникают. Чем меньше критическая ширина пластины, тем больше стойкость металла шва. Внимание! Авторские права на книгу "Основы теории сварки и резки металлов. Учебник" (Овчинников В.В.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
