КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Влияние соотношения механических свойств различных зон сварных соединений на их работоспособность в условиях механического нагружения и коррозионную стойкость
Практически для всех сварных соединений характерна та или иная степень различных неоднородностей зон: металла шва, зоны сплавления, участков зоны термического влияния, основного металла, вызываемых как их различием в химическом составе, так и в структуре. В общем случае сварное соединение в направлении, перпендикулярном сварному шву, может рассматриваться как чередование прослоек металла различной толщины с различными свойствами (временным сопротивлением, пределом текучести, твердостью, пластичностью, иногда модулем нормальной упругости), завершающееся зоной эталонного по свойствам основного металла. При этом отдельные прослойки могут быть прочнее основного металла (в некоторых случаях металл шва или какие-то участки зоны термического влияния) или менее прочными (участки разупрочнения в зоне влияния или менее прочный шов). Могут иметь место и более сложные случаи: зона термического влияния прочнее основного металла, а металл шва менее прочен, чем основной металл. Механические свойства всего сварного соединения в целом — прочность, деформационная способность, энергоемкость, место и характер разрушения — находятся в непосредственной связи с характером и степенью механической неоднородности металла различных зон и участков такого соединения. В общем случае на свойства прослоек в сварных соединениях влияют как применяемые сварочные материалы, так и технологические приемы и режимы сварки. Как указывалось выше, применяемые сварочные материалы, определяющие состав наплавленного металла, а тем самым и металла швов, обеспечивают и определенные их свойства. В ряде случаев механическая прочность металла швов может быть ниже прочности основного металла и зоны термического влияния.
Тогда шов будет слабым звеном сварного соединения. Для решения задачи получения необходимой статической прочности сварных соединений возможны следующие пути. 1. Повышение прочности металла шва до величины, сопоставимой с прочностью основного металла, которое достигается подбором соответствующих сварочных материалов и режимов сварки. 2. Увеличение сечения швов по сравнению с сечением основного металла. При этом допускается использование сварочных материалов, которые дают шов с несколько меньшими прочностными свойствами, чем основной металл, позволяющими при ограниченном по величине «усилении» достигать статической равнопрочности. В ряде случаев необходимо подбирать сварочные материалы, дающие металл швов, наиболее слабо охрупчивающийся от воздействия внешних охрупчивающих факторов, в первую очередь концентраторов напряжений, вызываемых, например, резким изменением сечения в места перехода усиления шва к основному металлу. 3. Изменение конструктивной формы швов (разделка под сварку), позволяющее выполнить доброкачественную сварку с получением относительного уменьшения ширины слабой зоны и реализации при этом контактного упрочнения, в этом случае сварочные материалы должны обеспечить получение в не усиленных швах свойств металла, сохраняющего работоспособность в условиях усложненного напряженного состояния. Таким образом, влияя на свойства металла шва, сварочные материалы влияют и на общие свойства сварных соединений. Однако возможен и другой характер влияния сварочных материалов на свойства соединений. Так, например, известен ряд случаев, когда сварка вызывает разупрочнение основного металла в зоне термического влияния. Особенно часто разупрочнение наблюдается в области с наиболее высокой температурой металла, вблизи границы сплавления (нагрев до подсолидусных температур). Влияние термодеформационного цикла сварки, создавая те или иные несовершенства в строении металла этой зоны, приводит иногда не только к понижению прочностных характеристик, но и к снижению его деформационной способности. Наличие такой ослабленной зоны с пониженной деформационной способностью представляет определенную опасность в условиях эксплуатации сварных соединений. В качестве примера можно указать на сварные соединения трубопроводов, работающих при достаточно высоких температурах (~600 °С) в условиях значительных нагрузок, определяемых внутренним давлением, и термических напряжений, в частности, вызывающих изгиб труб.
Хотя значительного повышения работоспособности таких соединений добиваются последующей после сварки высокотемпературной термической обработкой (типа аустенитизации в случае аустенитных трубопроводов), однако и в этом случае выбор сварочных материалов может быть весьма важным. Так, если достигнуть в металле шва снижения прочностных свойств (в частности, предела текучести при температурах эксплуатации) до значений, сопоставимых с пределом текучести металла околошовной зоны при достаточной пластичности шва, то он будет воспринимать основную часть деформаций, разгружая тем самым опасную для локальных разрушений зону перегретого при сварке основного металла. Это несколько снижает длительную прочность всего сварного соединения в целом, что может быть учтено выбором соответствующей толщины труб и шва, но повышает надежность сварных конструкций в сложных эксплуатационных условиях. Всё выше сказанное показывает влияние выбора сварочных материалов на свойства металла зон сплавления, термического влияния сварных соединений и некоторые их рабочие характеристики. При сварке многих конструкций от сварных соединений требуется не только прочность, но и достаточная коррозионная стойкость. Так, например, коррозионная стойкость в морской воде необходима для всех корпусов кораблей. Условия эксплуатации различных сварных конструкций в химических производствах требуют сопротивляемости сварных соединений различным видам коррозии от воздействия весьма разнообразных химических веществ.
Коррозия в сварных соединениях различных металлов и сплавов может быть общая и межкристаллитная (структурная). По характеру воздействующих реагентов различают коррозию жидкостную и газовую, причем первая встречается чаще. Общая коррозия может быть равномерной, т. е. характеризующейся примерно одинаковой скоростью разрушения и швов, и основного металла, или сосредоточенной, предпочтительно развивающейся либо в шве, либо в зоне термического влияния, либо в основном металле. При этом скорость коррозионного разрушения шва меньшая, чем скорость разрушения зоны термического влияния или основного металла, не может в ряде случаев считаться хорошим показателем, так как возможно, что именно наличие шва может интенсифицировать коррозию основного металла. Межкристаллитная коррозия, представляющая собой разрушение металлических связей между кристаллитами, по их границам, также является одним из опасных видов снижения эксплуатационных характеристик сварных соединений, например в конструкциях из аустенитных хромоникелевых сталей. При этом исключение или ослабление склонности к межкристаллитной коррозии в результате сварки достигается соответствующим выбором основного металла конструкции, сварочных материалов, обеспечивающих необходимый состав металла швов, сварочных режимов и иногда последующей термической обработки (пассивации). На рис.20 представлена профилограмма, показывающая характер влияния легирования швов на развитие коррозии в сварных соединениях. Рис. 20. Влияние состава металла шва на развитие коррозии сварного соединения: а — шов корродирует сильнее зоны термического влияния и основного металла; б — корродирует больше зона термического влияния (при другом составе металла шва)
Весьма целесообразными применительно к различным эксплуатационным условиям являются сварные конструкции из разнородных материалов, в частности сталей. Сварка при этом должна обеспечивать монолитность соединений сталей различного состава, классов или вообще разнородных металлов. Сварные швы в этом случае либо подобны металлу одного из таких разнородных элементов (и, следовательно, различие составов и свойств локализуется на границе сплавления металла шва с металлом другого элемента конструкции), либо отличаются от обоих и по обеим своим границам сплавления имеют резкие переходы состава и свойств. Естественно, что для выбора сварочных материалов в таких
В связи с тем, что корродирование в значительной степени зависит от соотношения электрохимических потенциалов, а неоднородность химического состава и структуры различных зон сварных соединений создает различие их электрохимических потенциалов, это может вызвать преимущественное корродирование какой-то зоны соединения. Так в сварных соединениях углеродистых и низколегированных корпусных сталей, выполненных с использованием обычных сварочных материалов (электроды типа УОНИ-45 при ручной сварке; электродная проволока Св-08А в сочетании с флюсом ОСЦ-45 при сварке под флюсом), в морской воде быстрее корродирует металл швов. Легирование металла швов хромом в пределах более 0,25% в случае, если основным металлом является сталь Ст.4, или более 1,4%, если применена корпусная сталь 10ХСНД, приводит к локализации коррозии (типа ножевой) в околошовной зоне. Легирование металла швов никелем в пределах около 0,5— 1,0 % снижает общее коррозионное разрушение. Однако для стали марки 09Г2 или 09Г2С в этом случае при некоторых режимах сварки наблюдается ускоренная коррозия зоны термического влияния, хотя в сварных соединениях некоторых других марок стали этого явления не замечается. Такой характер коррозии имел место в сварных соединениях ледокола «Киев» финской постройки, что потребовало большого объема ремонтных работ даже после непродолжительного срока его эксплуатации. Таким образом, и в случаях выполнения разнородных сварных соединений выбор сварочных материалов является средством регулирования их свойств, хотя изменения свойств проявляются обычно не сразу, а только после некоторого периода эксплуатации сварных конструкций.
Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 751; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |