Выбор уровней водорода

Шкала уровней водорода

Используемые уровни водорода в любом дуговом сварочном процессе существенно зависят от содержания способного диффундировать водорода (в соответствии с EN ISO 3690) и может иметь значения, приведённые в таблице

Таблица. Шкала уровней водорода

Содержание способного диффундировать водорода (мл/100 г отложенного материала)	Уровни водорода
> 15	A
10 £ 15	B
5 £ 10	C
3 £ 5	D
£ 3	E

Для развития схемы использованы данные широкой области процессов сварки. Они включают ручную дуговую сварку металлов, газовую с проволокой сплошного сечения, порошковой проволокой, и, наконец, оба типа с газовой защитой и самозащитой и дуговую сварку под флюсом.

Ниже приводятся основные рекомендации по выбору соответствующего уровня водорода для различных сварочных процессов.

Ручная дуговая сварка электродами с основным покрытием может использоваться в случаях от B до D в зависимости от классификации производителей/поставщиков электродов расходных материалов. Ручную дуговую сварку с рутиловыми или целлюлозными электродами рекомендуется использовать в случае A.

Заполненные флюсом или заполненные металлом расходные материалы, могут быть использованы в случаях от B до D в зависимости от классификации производителями/поставщиками проволоки электродов. Дуговая сварка одним проволочным электродом под флюсом и с расходными материалами, содержащими флюс, допускает уровень водорода от случая B до D, хотя наиболее типичным будет случай C, поэтому следует оценивать уровень для комбинации изделий каждого наименования и условий сварки. Флюсы для дуговой сварки можно классифицировать по производителю/поставщику, но при этом нет необходимости подтверждать, что практическая комбинация проволоки флюса встречается в той же классификации.

Сварочные проволоки для дуговой сварки в защитных газах и для ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом могут быть использованы в случае D если специально не оценено и не показано, что имеет место случай E. Можно показать, что случай E подходит для некоторых порошковых проволок и для некоторых покрытых электродов для ручной дуговой сварки, но только после специального оценивания. Для достижения таких низких уровней водорода нужно рассмотреть вклад водорода от смеси защитного газа и атмосферной влаги.

Для плазменной сварки следует провести особую оценку.

.

Влияние диффузионного водорода на свойства сварных соеди­нений можно оценить как временное и как постоянное. Временное влияние проявляется в тех случаях, когда свойства сварного соединения испытывают сразу же или вскоре после сварки. В этом случае могут возникать трудности, особенно при испытании пластических свойств сварных соединений. При испытании на склонность к образованию трещин образцы могут иметь поверхностные трещины уже при небольших углах загиба. Причиной образования этих дефектов является диффузия водорода во время испытания в места зарождения пор или шлаковых включений, а также превра­щение диффузионного атомарного водорода в молекулярный, и при этом образуются блестящие поры типа «рыбий глаз».

Постоянным влиянием водорода является его воздействие на образование холодных трещин. Давление диффузионного водорода при переходе в молекулярное состояние проявляется в области пе­регрева зоны термического влияния в основном тогда, когда в ней образуется мартенсит или твердая фаза распада типа нижнего бейнита. Итак, чувствительность стали к образованию холодных тре­щин тесно связана с ее прокаливаемостью или охрупчиванием вследствие структурного превращения. Зоны границ первичных зе­рен перед самым развитием трещин, вызываемых водородом, могут быть повреждены и в результате процессов, имеющих другие меха­низмы и протекающих при высоких температурах. Таким процессом может быть растворение части сульфидов или карбидов и после­дующее выпадение из твердого раствора сульфонитридов или дру­гих фаз, которые снижают когезионную прочность границ зерен. Это может быть и сегрегация поверхностно-активных элементов, повышающих энергию границ зерен. Наконец, из этого перечня не следует исключать и возможное динамическое воздействие при росте мартенситных игл в направлении к границам зерен. Охрупчивание зоны термического влияния в результате фазового превращения зависит от химического состава стали и от применяемою термического цикла сварки, который выражается, например, скоростью охлаждения ∆ t в интервале температур 800—500° С. Термический цикл сварки можно регулировать путем изменения технологии сварки, параметров режима сварки (погонной энергии) и применения предварительного подогрева или последующего нагрева, т. е. путем управления тепловым режимом сварки.

Расчетные методы оценки склонности сталей к образованию XT. Широко применя­ют параметрические уравнения, полученные статистической обработкой эксперименталь­ных данных. Они связывают выходные пара­метры (показатель склонности к трещинам) с входными (химическим составом, режимом сварки и др.) без анализа физических процессов в металлах при сварке, обусловливающих образование трещин. Поэтому их применение ограничено областью, в пределах которой из­менялись входные параметры при эксперимен­тах. При этом часто не учитывается все много­образие факторов, влияющих на образование трещин, в том числе и существенно значимых.

В настоящее время применительно к низ­колегированным сталям используются следующие параметрические уравнения.

Расчет значения эквивалента углерода углеродного эквивалента, вычисляемого соответственно согласно ГОСТ 27772-88

С_ЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + + Мо/4 + V/14 + Сu/13 + Р/2, %

методу МИС

С_ЭКВ = С + Мn/6 + Cr/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Сu/15, %

японскому методу

С_ЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + + Ni/40 + Cr/5 + Мо/4, %,

где С, Мп и др. - символы элементов и их со­держание, %.

Стали, у которых Сэкв > 0,35 %, считаются потенциально склонными к образованию тре­щин. Сэкв является обобщенным параметром состава стали, характеризующим ее прокали-ваемость. При Сэкв > 0,40 % при сварке стано­вится возможным образование закалочных структур в металле сварного соединения, что при условии насыщения металла водородом и высоких сварочных напряжений может привес­ти к образованию XT. Значение Сэкв вне связи с этими условиями не может служить показате­лем сопротивляемости сварного соединения трещинам.

Применяется несколько параметрических уравнений, из которых наиболее распространенным является уравнение по Ито - Бессио, %:

Рсм = С + Si/30 + (Mn + Cr + Cu)/20 + Ni/60 + (Mo + V)/15 + 5B.

Одним из критериев, указывающих на возможное охрупчивание из-за структурных превращений, является твердость зоны термического влияния. И хотя связь этих показателей неоднозначна, у большинства конструкционных сталей величины твердости до HV 350 свидетельствует о том, что образование твердых структурных составляющих при распаде аустенита не происходит. Если твердость зоны термического влияния выше HV 350-400, то в структуре уже присутствует смесь твердых продуктов распада аустенита, которые склонны к образованию холодных трещин.

Основным фактором, который влияет на образование холодный трещин, является, однако, воздействие растягивающих остаточных напряжений после окончания сварки. Величина этих напряжений зависит от толщины сварного соединения типа сварного узла и осо­бенно от жесткости свариваемой части конструкции. Обычно эти на­пряжения выражают с помощью коэффициента интенсивности жест­кости К, Н/(мм-мм), который представляет собой силу, приводя­щую к раскрытию на 1 мм зазора в сварном соединении длиной 1 мм. Коэффициент интенсивности жесткости использовали в своих расчетах Йто и Бессио на основе данных, полученных при оценке склонности к трещинам на пробе типа «Тэккен» разной тол­щины с У-образной разделкой кромок. Этот метод испытания поз­воляет выразить коэффициент интенсивности жесткости пробы следующим образом: K=KoS, где Ко — постоянная, равная 69; s — толщина листа, мм.

На основании изучения действия всех трех основных факторов,
способствующих образованию холодных трещин, и применения статистической обработки результатов многочисленных измерений Ито и Бессио вывели следующее параметрическое уравнение, ко­торое оценивает чувствительность сталей к образованию холодных трещин:

P_W= P_СМ + Н_ГЛ/60 + К/(40·10⁴),

где Рсм — коэффициент, характеризующий охрупчивание вследст­вие структурного превращения; Н_ГЛ — количество диффузионного во­дорода в металле сварного шва, установленное путем измерения японским методом с применением глицерина (в мл/100 г); при этом если применить метод измерения МИС (с использованием ртути), то Няпон=0,64 Нмис—0,93; К — коэффициент интенсивности жесткости, Н/(мм-мм).

Многочисленные измерения показали, что сталь чувствительна к образованию трещин, если Р_W>0,286%.

Параметр Pw применим для низколегиро­ванных сталей с содержанием углерода 0,07...0,22 %, пределом текучести 500... 700 МПа, погонной энергией сварки q/v =15...20кДж/см.

Условия сварки, при которых нет опасности образования тре­щин, можно определить с помощью испытаний на склонность к об­разованию трещин. В настоящее время существует целый ряд ме­тодов таких испытаний для разных типов сварных соединений (уг­ловых, стыковых, крестообразных), так что для конкретного техно­логического процесса можно выбрать оптимальный метод испы­тания.

Дата добавления: 2014-01-11