£-О S

5 >.

£ Щ X S

со О

сз о fr-о я о со о

1) в Mi

ёЗ X

&

Q. W СО

к а Я О

о о. (-

§3

и -s-о с

U О.

о та а*

Ю Ю lO

СО**** 1 I

(N га

а. I

о о и

(--го-*

CD СХ> с0 >1<

ю эо с~

о с1Л to 00

(Na> -iO I e-5 СП 1Л to сос-

fO CO СТЭ

CD CO CO a>

CO CO ю

CC <M !M tM CO

CO R CO

n о S о

X (X

к е-

<и

1) ч

&

ч и >.

в я л

о и

ч ч са

еа о

ш а-

.а f-о о

В зависимости от содержания углерода в свариваемом металле и марки присадочной проволоки прочность и пластичность сварных соединений меняются (табл. 7).

Прочность сварного соединения в значительной степени определяется пооч-ностью зоны термического влияния (ЗТВ). Разрушение часто происходит именно

а/, кгсм/см 12

20 18 15

12 9

-40 -20 О

20 40 60 Ю

300 320 °С -40 -20

20 40 500 J20 340 °С

Рис. 8. Зависимость ударной вязкости от температуры испытания образцов в исходном состоянии (сплошная линия) и после старения (штриховая линия):

а - основной металл (надрез Меиаже); б - металл шва (надрез Менаже); в - зона термического влияния (надрез Менаже); г - основной металл (надрез Шарпи); д - металл шва (надрез Шарпи); е - зона термического влияния (надрез Шарпи); / - ВСтЗспб; 2 - ВСтЗпсб; 3 - 18Гпс; 4 - 18ГФпс; 5 - 18Г2АФпс (ЧМТУ 1-741-69)

В этой области. Сварные соединения углеродистых и низколегированных сталей без последующей термической обработки могут иметь пониженную пластичность ЗТВ при одновременном увеличении прочности в результате подкалки, связанной с быстрым охлаждением.

С увеличением скорости охлаждения металла пределы прочности и текучести зозрастают, а относительное удлинение и сужение падают 16]. Характер изменения механических свойств одинаков для всех марок сталей.

250 п

200 А

150 Л

Механические свойства зоны термического влияния зависят также от температуры наибольшего нагрева. Предел текучести и поперечное сужение практически не зависят от температуры максимального нагрева металла ЗТВ в рассматриваемом диапазоне температур. В то же время с уменьшением ее предел прочности металла несколько снижается, а относительное удлинение сначала незначительно растет, а потом снижается. Небольшое повышение относительного удлинения отмечается на участке нормализации металла ЗТВ.

Механические свойства ЗТВ могут зависеть от сварочных пластических деформаций [3]. С увеличением продольных пластических деформаций е; предел

текучести ЗТВ, а также и зоны пластических деформаций (ЗПД) возрастает больше, чем временное сопротивление. Это аналогично воздействию предварительных пластических деформаций на механические свойства металла и особенно на предел текучести.

Различные химические элементы, входящие в состав металла, могут улучшать или ухудшать механические свойства. Содержание серы в углеродистых сталях ограничивается 0,05%; повышение содержания серы резко снижает прочность металла шва. На свойства сварных швов углеродистых сталей влияет содержание бора. Наличие бора способствует образованию структуры, близкой к структуре зернистого бейнита. Оптимальное содержание бора приблизительно равно 0,002%.

На свойства сварного шва благоприятно влияет марганец; увеличение содержания марганца влечет за собой измельчение структуры. Различные методы сварки обеспечивают получение швов различной прочности. Так, сравнение сварки под флюсогй и металлическим плавящимся электродом в среде защитных газов показывает, что большей прочностью обладают швы, полученные сваркой металлическим электродом в среде инертного газа. Это объясняется более эффективным переходом марганца в шов, измельчением структуры и уменьшением вносимого тепла, При определении прочности сварных соединений одним из основных является вопрос о влиянии дефектов на механические свойства [13, 14]. Несплавления, шлаковые включения, пористость, непровары и другие в различной степени снижают прочностные характеристики металла шва.

При статической нагрузке дефекты, занимающие до 10% площади, заметно не влияют на прочность шва. Поры в сварных швах на стальных соединениях различно влияют на статическую прочность при продольном и поперечном направлениях нагрузки относительно шва. При поперечном направлении нагрузки пористость оказывает большее влияние. Число пор, уменьшающих поперечное сечение на величину менее 7%, практически не влияет на статическую прочность. При увеличении числа пор статическая прочность может резко снижаться. Более опасны поры, расположенные цепочкой, чем одиночный дефект той же площади.

Высокопрочные легированные стали содержат до 0,45% С и легированы Сг, М, Si, Мп, V, Мо, Ti, что обеспечивает хорошее сочетание прочности (о = = 170 -г- 210 кгс/мм2) пластичности (бв > 8 10%). В зависимости от содержания углерлда (рис, 9) свойства сварных соединений существенно изменяются

0,15 0,30 0,35

Рис. 9. Влияние содержания углерода на прочность (темные и светлые треугольники) и пластичность (темные и светлые кружки) основного металла (сплошные линии) и сварного соединения (штриховые линии)

(данные приведены для стали КВК с послесварочной закалкой с 440 С, 30 мин охлаждением на воздухе и низким отпуском с 220°С,2ч). Увеличение содержания углерода более 0,4% снижает прочность соединений и основного металла. Одной из причин снижения прочности и пластичности сварных соединений может быть местное повышение содержания углерода, вызванное химической неоднородностью основного металла и металла шва. Прочность и пластичность могут быть повышены путем применения термической обработки. При содержании О 39- 0,42% С оптимальное соотношение прочности и пластичности наблюдается в высокопрочных среднелегированных сталях типа КВК, используемых, например для сварных сосудов давления (гомогенизация металла до прокатки позволяет

11 1Z ид, в

11 11 U9,d 5)

Рис. 10. Влияние напряжения дуги на механические свойства соединений толщиной:

а - 1 мм (/ = 56 А, tcB = 0,67 см/с); б - 1,5 мм (/ = 80 А, .д = = 0,67 см/с); Д - предел прочности; % - относительное удлинение; О - предел прочности (разброс)

значительно повысить пластичность соединения до пластичности основного металла без изменения прочности). Изотермический отжиг стали с содержанием 0,4-0,43% С способствует повышению прочности на 10-15% и пластичности приблизительно на 50%. Параметры режима сварки различно влияют на механические свойства сварных швов. Исследование влияния тока, скорости сварки, напряжения дуги и погонной энергии на механические свойства соединений сталей типа 12Х18Н10Т, сваренных аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом, показывает, что напряжение на дуге является важнейшим параметром режима; отклонения ид от установленных значений оказывают большое влияние на свойства сварных соединений. Оптимальные механические свойства и 65 при статических нагрузках получаются при минимальных значениях Цд (рис. 10). На механические свойства сварных соединений влияют способы сварки и режимы термической обработки сварных соединений и основного металла [15]. Исследования, проведенные на толстолистовой стали 12Х2Л\ФА, показывают, что прочность металла шва, выполненного электрошлаковой (ЭЩС) сваркой, выше на 10%, чем при автоматической сварке под флюсом, и на 17% выше, 4eivi при электронно-лучевой сварке (ЭЛС). Относительное сужение при ЭШС и ЭЛС практически одинаково, но выше, чем при автоматической сварке под флюсом, из-за рафинирования металла (табл, 8),

механические свойства сварных соединений стали 12Х2МФА (ЧМТУ ЦНИИЧМ 982-63)

Место вырезки образца

кгс/мм

Основной металл

Металл шва: по данным ЦНИИТМаша

по данным лабораторных испытаний

Шов: выполненный электрошлаковой сваркой после закалки и отпуска

1 50

Ь2 46

58 50

69 58,5

J38 37

36 38 40 38

53 54

76 67

55 40

50 40

75 73

Примечание, с чп.. а<=- при 20 С, в знаменателе при <ibb l..

9. Свойства сварн

ых соединений стали 10Г2БД (толщина 12 мм)

Способ повышения пластичности

Ручная сварка

Отпуск газовой горелкой То же

Оплавление границ шва в аргоне То же

Наплавка дополнительных мягких валиков То же

Автоматическая сварка (проволока СВ-08ХМ, флюс АН-8)

Нормализованная

Горячекатаная Нормализованная Горячекатаная Нормализованная Горячекатаная Нормализованная Горячеклтяняя

Нормализованная Горячекатаная

75,3 80,3 76,5 73,0 79,0 78,3 79,0

74,5 70,0

73,3 79,5

135 74

Наплавка дополнительных мягких пали-ков

Оплавление границ шва в аргоне То же

Наплавка дополнительных мягких валиков То же

Горячекатаная

Нормализованная

1орячекатаная

Нормализованная

при сварке сталей повышенной прочности часто снижается пластичность соединений, особенно по линии сплавления [2]. Для повышения пластичности может быть рекомендован местный отпуск кислородоацетиленовым пламенем, оплавление границ шва аргонодуговой сваркой и нанесение дополнительных мягких валиков по линии сплавления. При ручной и автоматической сварке высокопрочной стали 10Г2БД проволокой Св-08ХМ под флюсом АН-8 (табл. 9) соединения равнопрочны основному металлу, но имеют низкую пластичность (а =

= 70 -7- 80°). При автоматической сварке проволокой Св-08ГА под флюсом АН-348-А прочность соединений снижается до 68-70 кгс/мм*, а а увеличивается до 90-140°.

Для повышения пластичности сварных соединений высокопрочных сталей могут быть применены электроды, содержащие в покрытиях редкоземельные

металлы (РЗМ). Введение окислов РЭМ в покрытие [5] электродов основного типа при сварке стали 14Г2АФ повышает пластичность и вязкость металла шва. Оптимальное сочетание прочности, пластичности и вязкости при температурах до -70 °С при сварке термоупрочнен-ной стали 14Г2АФ с 0- - 60 кгс/мм достигается при использовании электродов типа 360 с содержанием в покрытии 5-10% окислов редкоземельных элементов (табл. 10 и 11).

Для высокопрочных сталей важное значение имеют дефекты сварки, такие как смещение кромок, поры, трещины, непровары, нарушения геометрических размеров сечений. При сварке стали СП-43 смещение кромок в листовых соединениях толщиной до 5 мм на 40% приводит к снижению сварного соединения со 175 до 120 кгс/мм. Зависимость прочности соединений от проплава приведена на рис. 11. Сварные соединения высокопрочных сталей весьма чувствительны к точности выполнения геометрических размеров сварного соединения, и незначительные отклонения приводят к существенному снижению временного сопротивления.

В табл. 12-16 приведены механические свойства сварных соединений различных сталей при статических нагрузках и различных условиях сварки [23].

10. Свойства сварных соединений и типы покрытий электродов, содержащих окислы РЗМ

Рис, 11. Зависимость прочности соединений из стали 36Х18Н25С2, сваренных проволокой 08Х15Н24Б4ТР, от проплава при различных температурах

Примечание. В числителе приведены минимальная и максимальная ударная вязкость металла шва четырех испытанных образцов, а в знаменателе - среднее значение.