Главная Распределение усилий в сварных соединениях 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 Уменьшение сварочных деформаций, напряжений и перемещений исчезают упругие деформации. После освобождения из приспособления изделие сохраняет необходимую форму. Подробные сведения о различных методах устранения сварочных деформаций и напряжений приведены в работе Ш. список ЛИТЕРАТУРЫ 1 Винокуров В. А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряжений. М.. Машиностроение. И.в..На>ченков Н. Б. Усталость сварных конструкций. М.. Маши- °ГХхал1в-В.с.правка судовых сварных конструкций. Л.. Судостроение. 1972. 4 Сагалевич В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений. М ТТтТклов о. И.прочность сварных конструкций в агрессивных средах. М., Маши- °ТтруфяовЛ Усталость сварных соединений. Киев, Наукова думка. 1973.216 с. Глава 14 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ ПРИ СВАРКЕ Технологическая прочность - способность материалов выдерживать без разрушения различного рода воздействия в процессе их технологической обработки. При сварке различают технологическую прочность металлов в процессе кристаллизации (горячие трещины) и в процессе фазовых и структурных превращений в твердом состоянии (холодные и другие виды трещин). Для оценки технологической прочности используют следующие показатели: 1) склонность сварных соединений к образованию трещин, определяемая при сварке образцов проб лабораторного назначения, которые предусматривают интенсивное развитие одного или нескольких факторов, обусловливающих образование трещин; 2) сопротивляемость металла в различных зонах сварного соединения образованию трещин при сварке, определяемая испытанием сварных образцов внешне приложенными нагрузками и оцениваемая количественным показателем; 3) стойкость сварных соединений против образования трещин; зависит как от сопротивляемости материалов образованию трещин, так и от величины сварочных деформаций или напряжений; ее определяют путем сварки образцов технологических проб отраслевого назначения, включающих основной и сварочный материалы, тип и жесткость сварного соединения, термические и климатические условия сварки применительно к определенному виду сварных конструкций; степень (или группа) стойкости оценивается указанным выше комплексом условий сварки образца пробы, при которых еще не образуются трещины. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ В ПРОЦЕССЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ (горячие трещины) ОСНОВЫ ТЕОРИИ Горячие трещины при сварке - хрупкие мелкристаллические разрушения металла шва и околошовной зоны (ОШЗ), возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при высоких температурах в твердом состоянии, на этапе преимущественного развития вязко-пластической деформации. Такие дефекты могут возникать в сварных соединениях конструкционных сплавов при всех способах сварки плавлением. Характерные виды горячих трещин представлены на рис. 1, а их топография - на рис. 2. Для анализа причин появления горячих трещин определяют высокотемпературные деформации и сопоставляют их с деформационной способностью металла в процессе сварки. Деформации металла при сварке определяют дифференциальным методом [19]: 8 = 8н-Ь8св, (1) где 8 - деформация металла при сварке; - температурная деформация в свободном состоянии; 8 - наблюдаемая деформация при сварке. Величину 8(. для шва определяют по его усадке, а для металла околошовной зоны измеряют на дилятометрах. Величину обычно определяют эксперимен- Рис. 1. Виды горячих трещин в сварных соединениях: а - трещины в металле шва сплава АВ системы А1-Mg-SI кристаллизационного типа; 200х; б - трещина в металле шва сплава А1 -О 5% Си подсолидусиого типа, ЮОх; в - продольная трещина в ме-талле ОШЗ сплавакстемы Al-Mg-Zn 8; г-- поперечнай тгещина по толщине металла в ОШЗ сплава типа ХН56ВМ1Ю. /их тально. Деформации при сварке измеряют на малых базах бесконтактным методом [26]. Менее точны контактные методы с деформометрами рычажного, емкостного, индуктивного типов [2, 27]. Изменение высокотемпературных деформаций при сварке описывается темпом а = дг1дТ ig (рис. 3). Он неоднозначно зависит от жесткости свариваемых элементов, их закрепления, теплофизических свойств металла, qlv, и определяется в основном синхронностью изменения 8л и температуры на базе измерения. Максимум его может как опережать, так и отставать от максимума термического цикла (рис. 3,а, кривые 8 и г<, В первом случае на этапе кристаллизации развиваются деформации удлинения 8, но по величине, согласно формуле (1), они меньше, чем при 8 = О (рис. 3, в, кривая 8о). Во втором случае в период кристаллизации деформация удлинения в затвердевающем металле резко увеличивается (8 2 на рис. 3, б). Такой характер развития деформаций выявлен вдоль и поперек оси шва, а также по толщине и может иметь место как при сварке незакрепленных элементов малой жесткости, так и жестких закрепленных элементов [25, 27]. Увеличение жесткости заготовок и их закреплений, снижая 8н, увеличивает 8 в первом случае и снижает их - во втором. Рис. 2. Топография горячих трещин в сварных соединениях: ! - 2 - продольные в шве и околошовной зоне; 3-4 - поперечные в шве и околошовной зоне; 5 - поперечные трещины по толщине свариваемого металла Механические свойства при высоких температурах. Свойства определяют в условиях сварки, т. е. с учетом неравновесности структуры и концентрации деформации в шве. Первое условие достигается при имитации термического цикла в образцах электроконтактным или индукционным нагревом, а оба условия - непосредственно при сварке испытуемых образцов. Для испытаний такого типа созданы испытательные машины ЛТП-3-5 (МВТУ), ИМЕТ-1, Терморестор (Япония). В машине ЛТП-3-5 (рис. 4) обеспечивается свободный нагрев образца выше температуры солидуса, а на этапе охлаждения - растяжение до разрушения с большой (до 50 мм/с) или малой скоростью, регулируемой в 10* раз. Машина ИМЕТ-1 отличается лишь тем, что разрушение образца производится электромагнитом, т. е. с большой скоростью, при которой определяются свойства для данной температуры испытания (более важны испытания с регулируемыми скоростями, при которых проявляется склонность металла к вязкому течению, имеющему место при образовании горячих трещин). При испытаниях стержневые или пластинчатые образцы из основного металла нагревают до максимально возможных температур (не изменяющих геометрических размеров образца), а разрушают на этапе охлаждения. Образцы со сварным швом нагревают до температуры испытания, а разрушают по околошовной зоне (ОШЗ) или по шву, если его сечение уменьшено надрезом. Однако использование образца с надрезом препятствует определению пластичности непосредственно в температурном интервале хрупкости (ТИХ), где она снижается до 0,1-0,5%. Более достоверные сведения о пластичности швов в ТИХ получают при дозировании деформации кристаллизующегося металла. Рис. 3. Характер развития высокотемпературных деформаций в условиях сварки: а - синхронное е и несинхронное е, развитие наблюдаемых поперечных деформаций е,-, (О на бйае А-В по отношению к термическому циклу сварки Т (t) (при увеличении базы в имегт? знак + , а при сокращении - знак - ); б - соотношение между температурной деформацией Ьсв свободном состоянии и наблюдаемой деформацией прн синхронном (e j) и несинхронном (8 р их развитии, а также при увеличении жесткости заготовок; в - нарастание внутренней деформации еь Рз, на этапе охлаждения при синхронном Ei, несинхронном Sj развитии е и при 8 = О (случай с увеличенной жесткостью показан штриховой линией) 2 от §08 Рис. 4. Эскиз образца (а) и схема машины (б) для оценки прочности и пластичности металла в условиях сварки: / - многоступенчатый механизм растяжения; 2 - клиновой штифт-компенсатор; 3 - прижим; 4 - образец; 5 - термопара; € - токоподводящий сектор; 7 - динамометр О пластичности судят по абсолютной величине деформации, при которой исчерпывается пластичность и возникает трещина. Эффективна методика [28], где кристаллизующийся стыковой шов растягивают поперек оси путем импульсного перемещения пластин на дозируемую величину А (рис. 5, а). Увеличивая А А win им 0,4-0,5 0,1 0,1 о 11 36vg,M/4 Рис. 5. Схема определения границ ТИХ, пластичности шва в ТИХ и характер ее зависимости от режима сварки: а - схема растяжения шва в процессе сварки; б - определение нижней и верхней границ ТИХ по длине Z.j.p трещины и распределению температуры Т (ж) по длине шва (б - огибающая концов трещин, описывающая распределение пластичности по длине шва); в - изменение Ajjjjjj при увеличении скорости сварки для сплавов; / - 12X18H9T; 2 - 09Х16Н4Б; 3 - XH78T Рис. 6. Схема нарастания деформаций е, s и г металла шва, изменения его прочности о и пластичности б в процессе сварки; Гд и Гс - температуры ликвидус и солидус; б, б и б - изменение пластичности; Тд, Гнх, Гна и Тнз - верхняя и нижние границы THXi, ТИХз и ТИХд; бз - запас пластичности в THXi при деформации е ; Рр - темп нарастания деформации при исчерпании пластичности в THXj: критический при испытании серии образцов до образования трещины, находят А.., по которой оценивают пластичность. Чтобы определить границы ТИХ, увеличивают А до значений 5-lOAjij. При этом стабилизируется длина трещины, что позволяет измерить температуру у концов трещины в момент деформирования. Так находят верхнюю Тц (рис. 5, б) и нижнюю Гц границы ТИХ. Эта методика учитывает влияние состава шва и режима сварки на ТИХ и пластичность металла шва (рис. 5, в), но не определяет его прочность в ТИХ. Механизм образования горячих трещин. Результаты исследований позволяют дать обобщенную схему изменения прочности и пластичности сплавов в процессе кристаллизации при сварке (рис, 6), Выше металл ванны находится |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |