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) |
Холодные трещины. Холодные трещины являются наиболее опасным дефектом сварных сое-динений из высокопрочных сталей
Холодные трещины являются наиболее опасным дефектом сварных сое-динений из высокопрочных сталей. Они образуются при температурах ниже 300° С в напряженном мартенсите. В низкоуглеродистых низколегированных высокопрочных сталях мартенсит сравнительно пластичен, поэтому вероят-ность образования холодных трещин в этом случае меньше, чем в среднеугле-родистой стали. Несмотря на это при сварке низкоуглеродистых высокопроч-ных сталей приходится принимать в ряде случаев специальные меры во избежа-ние возникновения холодных трещин. Большинство авторов связывает образование трещин с наличием водоро-да в металле шва. Водород диффундирует из сварочной ванны в металл около-шовной зоны. Однако при отсутствии водорода также наблюдается образование холодных трещин. Поэтому некоторые исследователи считают, что образование холодных трещин связано с процессом мартенситного превращения. Холодные трещины, наблюдаемые в сварных соединениях, можно класс-сифицировать следующим образом (рис.24).
Рисунок 24 – Основные типы холодных трещин в сварном соединении: 1 - подваликовая; 2— переходная; 3— поперечная; 4 — от надреза
Тип 1 — подваликовые трещины. Они образуются в зоне термического влияния на участке «крупного зерна». На этом участке температура при сварке наиболее высокая и аустенитные зерна вырастают до наибольших размеров. Та-кие трещины наблюдаются, если ферритный наплавленный металл содержит водород. Тип 2 — поперечные трещины, развиваются в направлении перпендику-лярном изотермам. Начало их образования – в зоне термического влияния на участке крупнозернистого мартенсита. Эти трещины часто распространяются в наплавленном и основном металле. Они образуются даже при отсутствии водо-рода, хотя водород способствует их зарождению.
Тип 3 — трещины от надреза, образуются на свободной поверхности зо-ны термического влияния возле металла шва, на участке с резко выраженным эффектом надреза. Начало трещины может находиться в области многоосных растягивающих напряжений, особенно в зоне крупных мартенситных зерен. Эти трещины могут образоваться при незначительном содержании водорода. Тип 4 — переходные трещины, образуются при сварке аустенитными электродами. Они зарождаются в мартенситной зоне наплавленного металла, возле линии сплавления. Все четыре типа трещин чаще всего зарождаются и развиваются в зоне крупнозернистого мартенсита, образующегося в процессе охлаждения аусте-нита от максимальной температуры. Поперечные трещины (тип 3) наблюдают-ся в многослойных сварных швах. Разработаны различные методы испытания на образование трещин в сварных соединениях из низколегированных высокопрочных сталей с учетом особенностей типа соединений, метода сварки и количества слоев наплавлен-ного металла. Основными показателями свариваемости низкоуглеродистых бейнитно-мартенситных сталей являются сопротивляемость сварных соединений холод-ным трещинам и хрупкому разрушению и механические свойства зоны терми-ческого влияния, которые прежде всего связаны с фазовыми превращениями и структурными изменениями происходящими в стали при сварке. Структурные изменения в стали при воздействии термического сварочного цикла оценивают по термокинетическим диаграммам непрерывного распада аустенита. Например, превращение аустенита стали 12ГН2МФАЮ (рис. 7.4) при скорости охлаждения в интервале 600... 500 °С w6/5 = 75... 1,6 °С/с происходит в мартенситной и бейнитной областях. Ферритное и перлитное превращения от-сутствуют. При w6/5 = 75 °С/с мартенситное превращение начинается при 450°С и заканчивается при 270 °С, твердость мартенсита HV380. С уменьшени-ем скорости охлаждения количество мартенситной составляющей уменьшается. При w6/5 = 1,6 °С/с происходит полностью бейнитное превращение в интервале температур 635... 465 °С; твердость HV 205.
Рисунок 7.4 – Термическая диаграмма распада аустенита стали 12ГН2МФАЮ. Цифры в кружках означают твердость (HV): А - аустенит; Б - бейнит; М-мартенсит Низкоуглеродистые бейнитно-мартенситные стали имеют ограниченное содержание С, Ni, Si, S и Р. Поэтому при соблюдении режимов сварки и прави-льном применении присадочных материалов горячие трещины отсутствуют. Наиболее распространенным и опасным дефектом сварных соединений сталей являются холодные трещины в зоне термического влияния и металле шва, возникающие в закаленной структуре под влиянием водорода и сварочных напряжений. Высокая сопротивляемость сварных соединений низкоуглеродистых ле-гированных сталей образованию трещин обеспечивается в случае, когда содер-жание диффузионного водорода в наплавленном металле не превышает 3,5... 4,0 мл/100 г. Более высокая концентрация водорода приводит к снижению соп-ротивляемости соединений образованию холодных трещин. Для предотвраще-ния образования холодных трещин в этих сталях необходимы ограничения до-пускаемых скоростей охлаждения. Например, диапазон допускаемых скоростей охлаждения зоны термического влияния для сталей 14Х2ГМРБ и 12ГН2МФАЮ w6/5 = 13... 18 °С/с, а для 12ХГН2МФБДАЮ w6/5 = 4... 6 °С/с. Для предотвра-щения образования холодных трещин при сварке соединений большой толщи-ны следуетприменять предварительный подогрев. Как правило, он назначается при сварке металла толщиной свыше 20 мм. Температура подогрева 8O...100°С. При сварке металла толщиной свыше 40 мм температура подогрева 100...150°С. При температуре окружающего воздуха ниже 0°С необходим предварительный подогрев свариваемых кромок до 100... 120 °С для металла толщиной менее 30 мм и 130... 150 °С для металла большей толщины. Подогрев сварных соедине-ний наиболее эффективен, если его осуществлять равномерно по всей длине шва с двух сторон от разделки кромок на ширину не менее 100 мм.
Критериями при определении диапазона режимов сварки и температурпредварительного подогрева служат допустимые максимальная и минимальная скорости охлаждения металла околошовной зоны. Максимально допустимые скорости охлаждения сталей принимаются таким образом, чтобы предотвратить образование холодных трещин в металле околошовной зоны. Величину этой скорости охлаждения определяют экспериментальным путем по результатам испытаний технологических проб или же расчетным путем. Для предотвращения неблагоприятного изменения структуры и снижения ударной вязкости металла зоны перегрева необходимо ограничивать минималь-ную скорость охлаждения. Чрезмерно высокие погонные энергии сварки приво-дят к образованию у линии сплавления крупнозернистых структур с низкими показателями ударной вязкости. Кроме тoгo, длительное пребывание отдельных зон основного металла при температурах, превышающих температуру отпуска стали, может способствоватьразупрочнению металла. При сварке бейнитно-мартенситных сталей скорость охлаждения целесообразно регулировать, изме-няя как погонную энергию, так и температуру предварительного или после-дующего подогрева соединений. Подогрев замедляет скорость остывания при температvpe ниже 300°С и способствует более полному удалению водорода из наплавленного металла. При этом возрастает стойкость соединений против об-разования холодных трещин. Увеличение погонной энергии продлевает пребы-вание металла в области высоких температур, что ухудшаег его механические свойства. Поэтому наилучшее сочетание механических свойств соединений и их стойкости против трещин достигается при использовании оптимальных ре-жимов сварки и температур предварительного и последующего подогрева. При сварке соединений толщиной менее 20 мм скорость охлаждения ме-талла околошовной зоны следует регулировать в основном изменением погон-ной энергии сварки, при толщине свыше 20 мм - погодной энергии сварки и температуры предварительного и последующего подогрева в интервале 50... 150 °С.
Стойкость сварных соединений против образования холодных трещин может быть также повышена применением технологии сварки с "мягкими прослойками", при которой первые слои многослойного шва выполняют менее прочным и более пластичным металлом по сравнению с последующими слоя-ми. В отдельных случаях ("жесткие" соединения большой толщины) малопроч-ные пластичные швы в один-два слоя выполняют и в процессе заполнения разделки кромок. Ламелярные трещины могут возникать в зоне сварного соединения, когда металл подвергается нагружению в направлении, перпендикулярном к плоскости проката. Такие трещины появляются, преимущественно, на границе зоны термического влияния или в основном металле при сварке тавровых и уг-ловых соединений из листового проката повышенной толщины (рис. 68). Тре-щины имеют ступенчатую (каскадную) форму и в большинстве случаев распо-лагаются параллельно поверхности листа. Образованию ламелярных трещин способствуют малая пластичность металла в направлении толщины листа (по оси Z) и действие в этом направлении значительных растягивающих напряже-ний, вызываемых конструктивной жестокостью сварного узла и возникающей при сварке усадочной силы. Наибольшей чувствительностью к ламелярному растрескиванию обладают стали, характеризующиеся наименьшим относительным сужением при растяжении в направлении толщины. Рисунок 68 – Места появления ламелярных трещин Дополнительным признаком большей склонности стали к образованию ламелярных трещин является высокое содержание серы, а также химическая неоднородность металла по толщине проката (табл. 34). Таблица 34 Влияние относительного сужения и содержания серы на склонность стали к образованию ламелярных трещин при дуговой сварке
Очевидно, что использование сталей с высокой склонностью к ламеляр-ному разрушению возможно лишь в случае практического отсутствия свароч-ных напряжений, действующих в направлении толщины листа, например при сварке стыковых соединений малой толщины. При проектировании и изготов-лении конструкций из сталей повышенной и высокой прочности с тавровыми и угловыми сварными соединениями следует применять металл с возможно низ-кой склонностью к образованию ламелярных трещин, при этом необходимо предусматривать конструктивные и технологические меры по снижению напря-жений и деформаций, развивающихся при сварке в направлениях толщины листа. Вероятность образования ламелярных трещин может быть снижена, нап-ример, путем уменьшения объема расплавленного металла (сечения шва) за счет уменьшения угла разделки кромок и катета шва, а также путем примене-ния рациональных типов и форм сварных соединений (рис. 69 ). Возможно вве-дение вставок в конструкцию сварного узла из проката с большей устойчивостью против ламелярного растрескивания или использование различного вида накладок, воспринимающих растягивающие усилия. Рисунок 69 – Изменение конструкции сварного соединения (показано стрел-ками), направленное на снижение риска ламелярного растрескивания Из технологических мероприятий, направленных на повышение стойко-сти сварных соединений к ламелярному разрушению, можно отметить следу-ющие: предварительный нагрев металла в зоне сварки (температуру (рис. 70)устанавливают с учетом содержания серы в стали); высокотемпературная про-калка электродов с основным покрытием; применение электродов, обеспечива-ющих получение металла шва с максимально высокими пластическими харак-теристиками; предварительная наплавка на поверхность проката в месте сварки промежуточного слоя металла толщиной 5…8 мм, имеющим более высокую пластичность и низкий предел текучести по сравнению с этими показателями основного металла (рис. 71, а); рациональная очередность наложения валиков и слоев сварного шва, позволяющая сформировать буферный слой (рис. 71, б ).
Рисунок 70 – Примерная зависимость температуры подогрева Т, снижающего склонность к ламелярному растрескиванию, от содержания серы в стали
Рисунок 71– Технологические приемы сварки, снижающие склонность к образованию ламелярных трещин: а — предварительная наплавка специального пластичного слоя; б — рациональная очередность наложения валиков (цифрами показан порядок наложения валиков буферного слоя) Риск образования ламелярных трещин при изготовлении, монтаже и ре-монте сварных конструкций, когда имеются тавровые и угловые соединения, существует всегда. Он возрастает при сварке сталей повышенной и высокой прочности толщиной более 20—25 мм, особенно сталей, отличающихся химии-ческой и структурной неоднородностью. Появление ламелярных трещин тем более опасно в конструкциях, работающих в условиях динамических нагрузок или низких температур.
Дата добавления: 2013-12-12; Просмотров: 710; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |