Для сварных швов характерен больший разброс точек при испытаниях, что обус-човлено нестабильностью их структуры и наличием наклепа. При повышении температуры до значения, являющегося переходным в отношении появления меж-зеренных трещин (565° С для шва; рис. 2), этот переход у металла шва осуществляется раньше, чем у основного металла. На стадии межзеренного разрушения (при большой продолжительности испытания) длительная прочность шва, наплавленного электродом типа Э-09Х1МФ, будет уступать прочности близкой по легированию стали марки 12Х1МФ. Пластичность шва при межзеренном разрушении будет снижаться больше, чем пластичность основного металла. Подобные закономерности справедливы для сварных швов в исходном и отпущенном (стабилизированном) состояниях после сварки (рис. 6). Так, металл шва, наплавленного

12 10

20 15

Рис. 6. Влияние термической обработки на длительную прочность и пластичность при 565° С металла стыкового сварного шва, наплавленного электродом типа Э-09Х1МФ:

В - исходное состояние; А - отпуск при 730 С. 5 ч; □ - нормализация при 980° С, 1 ч -Н отпуск при 730° С, 5 ч

электродом типа Э-09Х1МФ, при 565° С в исходном и отпущенном состояниях при длительности испытания до 10* ч по прочности превосходит основной металл; в дальнейшем его прочность становится ниже прочности основного металла, В состоянии нормализации и отпуска металл шва при испытании малой длительности менее прочен, чем сталь и швы в двух первых состояниях. Резкое уменьшение его прочности связано со снятием эффекта наклепа при нормализации, а также обусловлено меньшим содержанием углерода в шве по сравнению с основным металлом (заштрихованная область). С повышением длительности испытания наблюдается сближение длительной прочности швов, подвергнутых отпуску и нормализации с отпуском.

Швы в исходном состоянии имеют повышенный разброс точек на кривой длительной прочности и низкую пластичность при сравнительно малом времени до разрушения. При увеличении длительности испытания пластичности в исходном и отпущенном состояниях близки. Наибольшую длительную пластичность имеют швы после полной термической обработки.

Для некоторых сварных узлоз, например труб большого диаметра из легированных сталей с йродольным швом, полная термическая обработка после сварки является обязательной по требованию калибровки сваренных труб. В таких слу-

13 15 1h

10 8

С А-

Р-*с. 7. Длительная прочность сварных соединений стали 15Х1М1Ф при 540° С в состоянии нормализации с последующим отпуском; швы:

/ - однослойный, полученный электрошлаковой сваркой; 2 - многослойный, полученный автоматической сваркой под флюсом

чаях, например для толстостенных труб из теплоустойчивых перлитных или высокохромистых мартенситных сталей, можно рекомендовать электрошлаковую сварку. Из-за большого проплавления свариваемых кромок при использовании тех же проволок содержание углерода в шве, полученном электрошлаковой

Рис. 8. Пределы длительной прочности металла сварных швов, наплавленных электродами различных типов за 10 ч:

/ - Э50Л; 2 - Э-09Х1М: 3 - 09Х1МФ; 4 - Э-12Х13; 5 - Э-12Х11НМФ; 6 - Э-07Х20Н9; 7 - Э-08Х19Н10Г2Б: 8 - Э-07Х19НПМЗГ2Ф; 9-Э-П Х15Н25М6АГ2; 10 - Э-27Х15НЗБВЗГ2Б2Т; - Э-08Х14Н65М5В4Г2

50 500 550 600 650 700 ТС

сваркой, будет близким к содержанию углерода в основном металле, что уравняет их свойства. Использование электрошлаковой сварки вместо многослойной автоматической сварки под флюсом применением одной и той же проволоки марки СВ-08ХМФА для изготовления труб 0 980 X 40 мм из теплоустойчивой стали 15Х1М1Ф, повысило длительную прочность сварных соединений и снизило вероятность разрушений по шву (рис. 7),

5 п/р. Винокурова В, А., т. 3

По данным большого числа испытаний на рис. 8 приведены значения пределов длительной прочности металла стыковых швов, которые можно принимать при расчетах сварных соединений. Большинство полученных значений совпадает со значениями для основного металла близкого состава. У высоколегированных сварных швов, например жаропрочных на никелевой основе, длительная прочность уступает прочности основного металла.

Длительная прочность и пластичность сварных соединений определяются степенью их неоднородности и с повышением легирования основного металла и

d, кгс/мм

1U 12

10 8

Рис. 9. Длительная прочность оребренных сварных труб поверхностей нагрева котлов:

и - трубы из стали 20; rjj = 475° С; / - гладкие трубы; 2 - сребренные трубы; б - трубы из стали 12Х1МФ; исп ~ 0*° С; / - гладкие трубы; 2 - сребренные трубы, стпуск после сварки; 3 - сребренные трубы, после сварки, нормализации с отпуском

особенно с переходом к термически упрочняемым материалам имеют тенденцию к снижению. На рис. 9 по данным испытания под внутренним давлением при высоких температурах приведены зависимости длительной прочности гладких и сварных оребренных труб 0 32 X 6 мм из сталей 20 и 12Х1МФ. Экспериментальные точки для сравниваемых вариантов (рис. 9, а) располагаются вокруг общей линии, лежащей выше средней прямой гарантированных значений длительной прочности стали 20 (сплошная линия). Оребренные трубы разрушаются вне зоны оребрения (рис. 10, а); разрушение характеризуется высокой пластичностью (окружная деформация около 22-38%), одинаковой для гладких и оребренных труб.

Для стали 12Х1МФ длительная прочность гладких и оребренных труб (см. рис. 9, б) различается значительно. Если для гладких труб экспериментальные точки расположены выше кривой гарантированной длительной прочности стали 12Х1МФ (сплошная линия), то для оребренных труб, отпущенных после сварки, они находятся в области нижней границы допустимого отклонения результатов

испытаний стали на длительную прочность (штриховая кривая). С увеличением длительности испытаний разупрочнение сварных труб становится все более заметным; ориентировочно оно -

20%. раз-

может быть оценено в 15 Для неотпущенных труб упрочнение достигает 30% . Сварные трубы разрушаются по раз-упрочненпому участку (мягкой прослойке) сварного соединения на расстоянии 2-3 мм от границы сплавления (рис. 10, б) при пониженной пластичности (окружная деформация 1,2- 4,5% по сравнению с деформацией 2,4-6,4% для гладких труб). Лишь после полной термической обработки (нормализации с отпуском) длительная прочность оребренных труб восстанавливается до прочности основного металла (см. рис. 9, б). Хотя труба в этом случае также разрушается преимущественно в околошовной зоне, но разрушение не сопровождается падением nwTacTH4H0CTH, как для отпущенных труб.

Выявленные закономерности разупрочнения сварных соединений хромомолибденована-диевых сталей при высоких температурах являются общими и для других соединений с развитой неоднородностью свойств и наличием в них участков пониженной прочности - мягкой прослойки. Таким участком для всех соединений может быть шов. В соединениях теплоустойчивых и жаропрочных высокохромистых сталей наиболее вероятно преждевременное разрушение в участке зоны термического влияния, нагреваемом при сварке в межкритическом интервале температур. Для свар-

Рис. 10. Характер разрушения оребренных сварных труб после испытания на длительную прочность:

а - сталь 20 - исходное состояние; б ~ 12X1МФ ~ отпуск после сварки; в - 12Х1МФ - нормализация с отпуском

ных соединений высокопрочных аустенитных сталей и сплавов таким участком является околошовная зона.

Общие закономерности поведения механически неоднородных сварных соединений при высоких температурах могут быть поняты при анализе особенностей деформации образца с мягкой прослойкой [6, 14]. При его нагружении сопротивление пластической деформации зависит не только от свойств металла прослойки, но и от ее размеров, степени неоднородности и компактности сечения. Такое поведение образца определяется тем, что вблизи границы (контакта) металлов разной прочности пластические деформации мягкого металла сдерживаются более прочным и в прослойке создается объемное напряженное состояние, увеличивающее за счет эффекта контактного упрочнения ее сопротивление дефор-

Рис. 11, Зависимости длительной прочности (а) и пластичности (б) сварных соединений с мягкими прослойками

мации при одновременном снижении пластичности до разрушения. С уменьшением относительной толщины (к) прослойки ее прочность растет, а пластичность снижается.

В условиях ползучести длительная прочность и пластичность сварных соединений с мягкой прослойкой на стадиях внутризеренного и межзеренного разрушения будут разными (рис, 11), В области / вязких внутризеренных разрушений эффект контактного упрочнения реализуется полностью. Линии длительной прочности образцов с разной относительной шириной мягкой прослойки (х >К2) параллельны и расположены выше кривой для однородного образца со свойствами мягкой прослойки. Длительная прочность соединения с мягкой прослойкой (о b)j тем выше, а пластичность {) тем ниже, чем меньше величина н;

величина (aJJ = ofK., где aJJ - длительная прочность мягкого металла;

л, , 1

/Си - коэффициент контактного упрочнения, равный--1--для случая

осесимметричной деформации,

В области / хрупких межзеренных разрушений, развитие которых связано с уровнем максимальных нормальных напряжений, длительная прочность сварного соединения (а хр)х становится ниже длительной прочности свобод-

ной мягкой прослойки охр-

где /Ср. - коэффициент, равный для случая осесимметричной деформации 1 -\-Н--г- (п - показатель ползучести), В предельных случаях это снижение мо-

жет достигать 1,5-3 раз. Переход к хрупким разрушениям сопровождается и заметным снижением пластичности. В области смешанных разрушений дли-

6, кгс/мм

16 lull

Рис. 12. Влияние исходной прочности стали 12Х1МФ на длительную прочность и пластичность сварных соединений; Т = 580° С; предел прочности основного металла;

@ - 81 кгс/мм; ДА - 56 кгс/мм; □ 48 кгс/мм=; место разрушения: ДО - основной металл; фА - мягкая прослойка

тельная прочность сварных соединений относительно мягкой прослойки постепенно снижается.

При использований термически упрочняемых сталей длительная прочность сварных соединений зависит и от уровня прочности основного металла. Ее зависимости для сварных соединений стали 12Х1МФ при трех значениях прочности основного металла (48, 56 и 81 кгс/мм) приведены на рис. 12. Хотя в период, охваченный испытаниями, наименьшую прочность показали образцы отожженного состояния, а наибольшую низкоотпущенные образцы, с повышением времени до разрушения кривые сближаются и при экстраполяции на 10 ч сходятся. Характерна весьма низкая пластичность высокопрочных образцов, связанная с хрупкими разрушениями по мягкой прослойке. Поэтому при наличии в таких сварных соединениях концентратора напряжений может наступить их преждевременное разрушение, В отличие от этого отожженные малопрочные образцы