книги / Сварка при низких температурах

тродной проволоки с несколько пониженным содержанием кремния и марганца.

Проведенные исследования показали, что сварка в среде угле­ кислого газа может быть с успехом рекомендована при изготовле­ нии конструкций из малоуглеродистых и низколегированных ста­ лей, эксплуатируемых при низких, температурах. Ударная вяз­ кость сварных швов, выполненных в среде углекислого газа, при­ ведена на фиг. 53.

кГм/смЗ

В)

Сварка литой стали марки ЗОЛ. В. С. Суслов [160]; [161], установил, что при автоматической и полуавтоматической сварке стали марки ЗОЛ в среде углекислого газа ударная вязкость метал­ ла шва при низких температурах оказывается гораздо более высо­ кой по сравнению с ударной вязкостью основного металла, при­ чем при сварке на обратной полярности ударная вязкость больше, чем при прямой полярности. Например, при температуре испыта­ ния —20° С ударная вязкость металла шва равна 10 кГм/см2, а ос­ новного металла — 2 кГм1см2. Порог хладноломкости металла

.шва находится при —30° С. Исследователями также [160]; [161]

171

было установлено при монтажной сварке горизонтальных швов на металле большой толщины (100—200 мм), что наилучшие резуль­ таты достигаются при применении полуавтоматической сварки «горкой». Рекомендуемый режим сварки: ток 300—340 а, напряже­ ние дуги 27—30 в, расход углекислого газа 1000 л/ч, проволока марки Св08Г2СА диаметром 1,6—2,0 мм,

КОНТАКТНАЯ СВАРКА

Сварка стыков труб. В последнее время для изготовления сты­ ков магистральных трубопроводов находит*все более широкое при­ менение электрическая контактная сварка как более эффектив­ ный метод по сравнению с автоматической и ручной дуговой свар­ кой.

ВМосковском нефтяном институте и ВНИИСТе в 1956 г. проф.

В.Д. Тараном, канд. техн. наук В. Л. Березиным, К. К. Хреновым

иС. А. Мейнертом проведено исследование механических свойств сварных соединений, выполненных контактной сваркой на сварных стыках труб диаметром 325x10 мм и 377X10 мм из стали марки МСт. 4; образцы вырезались из строящихся магистральных неф­ тепроводов.

Сварка производилась при следующем режиме: величина опла­ вления 20—25 мм, скорость оплавления 0,4—0,5 мм/сек, величина осадки 12—15 мм, скорость осадки 10—15 мм/сек, удельное давле-

Таблица 36

вязкость основного металла. Результаты испытаний образцов при температуре +20,0, —20, —40 и —60° С приведены на фиг. 54.

172

При испытаниях не удалось отчетливо установить критический порог хладноломкости, но в температурном интервале от —20 до —60° С было замечено плавное уменьшение величины ударной вязкости. Характер снижения величины ударной вязкости у свар­ ного соединения и основного металла приблизительно одинаков. Склонность сварного соединения к хрупкому разрушению оцени­ валась по результатам испытаний круглых образцов с кольцевым надрезом по шву на растяжение, на статический изгиб и на отрыв, причем сопротивление отрыву определяли на круглых образцах диаметром 6 мм с расположением стыка посередине. Образцы на растяжение испытывали при температуре —196° С, в среде жидко­ го азота. Склонность сварного соединения к хрупкому разруше­ нию оценивалась величиной отношения сопротивления отрыву к пределу текучести. Установлено, что сопротивление отрыву у свар­ ных соединений, выполненных контактной сваркой не меньше со­ противления отрыва швов, изготовленных ручной дуговой сваркой с использованием электродов марок УОНЙ-13/45 и УП-2/55, а так­

прочностные свойства сварных соединений, пластические свойства которых близки к свойствам основного металла поперек волокна, но ниже, чем вдоль волокна; склонность сварных соединений труб к хрупкому разрушению такая же, как у основного металла попе­ рек волокна.

А. С. Фалькевич указывает, что сварные стыки трубопроводов больших диаметров из малоуглеродистой стали марки МСт. 4, по­ лученные стыковой контактной сваркой, хотя и обладают стабиль­ ной и высокой прочностью, но зато имеют неустойчивые значения пластичности и относительно малую ударную вязкость, которая, особенно при низкой температуре, оказывается значительно мень­ шей, чем при ручной дуговой и автоматической сварке под флю­ сом (табл. 36).

На основании металлографических исследований стыков труб больших диаметров, выполненных контактной сваркой, А. С. Фаль­ кевич объясняет их относительно низкую пластичность наличием в некоторых участках шва микроскопических несплошностей, окис­ ленного и пережженного металла. Следует заметить, что этот не­ достаток не является специфическим для контактной сварки, а обусловлен, может быть, несовершенной технологией процесса, в частности неудовлетворительной стыковкой труб, неравномерно­ стью нагрева и неудовлетворительной защитой некоторых участ­ ков стыка откислорода воздуха и т. д.

Регулирование некоторых электрических параметров свароч­ ных трансформаторов контактных машин позволило улучшить •пластичность сварных соединений.

Сварка рельсовых стыков. В последние годы было доказано, что самым эффективным как по экономическим, так и по техническим

173

показателям, способом сварки рельсов является электрическая контактная сварка. Этот вид сварки, обеспечивая прочность сты­ ка, близкую к прочности целого рельса, дает самый низкий про­ цент выхода из эксплуатации сварных рельсов по дефектам (в из­ ломе стыка) по сравнению с другими способами сварки, как-то: электродуговой и термитной.

Наилучшим видом термической обработки сварных стыков яв­ ляется нормализация подошвы и высокий отпуск шейки и головки рельса. Была доказана возможность проведения такой термиче­ ской обработки на рельсосварочных контактных машинах с помо­ щью газовых или бензиновых горелок, а также с помощью специ­ альных установок. Повышения срока службы сварных рельсов можно достигнуть тщательным шлифованием стыков. Как показа­ ло исследование рельсов, сваренных контактным способом из бес­ семеровской стали марки НБ62, показатели их ударной вязкости при низких температурах после местной термической и механиче­ ской обработки значительно возрастают, тем самым уменьшается хрупкость и увеличивается срок эксплуатации рельсов.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ, РАБОТАЮЩИХ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Проверка качества сварных соединений является обязательной и ответственнейшей операцией в технологическом процессе сварки вообще, а сварки при низких температурах в особенности. Следу­ ет отметить, что не все методы контроля сварки могут быть при­ менимы в зимних условиях. Прежде всего сварка при низких тем­ пературах должна выполняться со строжайшим соблюдением раз­ работанной технологии и с весьма строгим контролем всех свароч­ ных материалов (флюс, проволока, электроды), а также основно­ го металла. Кроме того, необходима систематическая проверка квалификации сварщиков на право выполнения ими сварочных ра­ бот. Качество сварных конструкций, выполненных при низких температурах, во многом зависит от тщательности сборки деталей под сварку. При этом особое внимание должно быть обращено на сборку по отдельным операциям. Зазоры между свариваемыми кромками должны быть равномерными в пределах минимального допуска. Особое внимание следует обращать на отсутствие тре­ щин в прихватках, так как, если эти трещины останутся не заварен­ ными, они могут явиться очагами разрушения конструкций при эксплуатации. Соответственно этому при приемке сваренных кон­ струкций основное внимание обращается на отсутствие трещин как в металле шва, так и в основном металле. При профилактиче­ ском контроле сварки следует не допускать излишнего наплавлен­ ного металла в местах сварных соединений и добиваться полного провара шва, так как непровары особенно в корне шва, могут явиться опасным^ концентраторами напряжений при эксплуатации конструкций.

174

ГЛАВА XI

СКЛЕИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

В последние годы как за рубежом, так и у нас в стране для со­ единения металлов и других материалов применяют склеивание. Последние достижения химии в области синтетических высокопо­ лимерных материалов и синтетических смол, в частности, позволи­ ли разработать специальные и универсальные клеи, способные прочно склеивать металлы с неметаллическими материалами. Этот способ является надежным, а иногда единственно практиче­ ски возможным методом соединения материалов. Преимущества­ ми клееных соединений перед другими видами соединений являют­ ся: возможность соединения разнородных материалов, устранение высоких температур в ’процессе образования соединения, отсутст­ вие необходимости делать отверстия в соединяемых материалах, герметичность соединений, возможность успешно соединять дета­ ли в очень тонких металлических конструкциях, равномерность распределения напряжений по всей площади соединения, умень­ шение веса, гладкость поверхности, стойкость против коррозии, снижение стоимости производства, тепло- и звукоизоляционные свойства. За последние годы клееные соединения начали приме­ няться в авиационной, автомобильной, судостроительной, вагоно­ строительной, химической, строительной и других отраслях промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами склеи­ вание имеет ряд серьезных недостатков, основным из которых является низкая теплостойкость клеевых соединений, объясняю­ щаяся органической природой клея. Наиболее высокая температура клееных конструкций примерно 260° С. Прочностные характери­ стики клееных соединений не могут быть сравнимы с аналогичны­ ми характеристиками, получаемыми методами сварки.

Склеиваемые изделия требуют специального оборудования, вы­ сокая стоимость которого может быть оправданной только в мас­ совом производстве. Крупным недостатком клееных соединений является их склонность к «старению», т. е. потеря прочностных ха­ рактеристик с течением времени. Особый интерес представляют универсальные клеи, позволяющие получать прочные соединения при склеивании в различных сочетаниях металлов (никеля, желе-

176

за, меди, алюминия и их сплавов), древесины, пластических масс, силикатного и органического стекла, фибры, резины и др.

Распространению процессов склеивания в отечественной про­ мышленности способствовало изобретение советскими учеными универсальных клеев — карбинольного, получаемого из диметилвинилэтинилкарбинола, и клеев на основе смолы БФ, получаемых из фенолоформальдегидной смолы и поливинилбутирала. Диметилвинилэтинилкарбинол, часто называемый карбинолом, получа­ емый конденсацией винилацетилена с ацетоном и представляющий собой бесцветную прозрачную жидкость, при хранении подверга­ ется (особенно при повышении температуры и действия катализа­ торов, например перекиси бензоила) самопроизвольной полимери­ зации в нескольких стадиях, характеризующихся различными фи­ зическими свойствами. Для склеивания обычно используется кар­ бинол в стадии сиропа, к которому в качестве катализатора при­ бавляют либо перекись бензоила (сухой белый порошок), либо крепкую азотную кислоту. Полученный таким образом карбинольный клей представляет собой густую однородную глицеринооб^ разную прозрачную жидкость.

Прочность клееного соединения сохраняется в значительном температурном интервале от —60° до +70° С. С помощью склеива­ ния карбииольным клеем можно заменить резьбовые соединения, а также производить вклеивание вкладышей в подшипниках, уплотнений в уплотнительные кольца, заделывание трещин в метал­ лических изделиях и раковин в стальном и чугунном литье и.т. д. Что касается второй группы универсальных клеев на основе смолы БФ, то они служат для соединения металлов (стали, меди, алюми­ ния и их сплавов), пластических масс, эбонита, стекла и т. д. В частности, клеи этой группы обеспечивают нормальную работу ме­ таллических соединений при температурах до —60° С. Прочность соединений, выполненных клеями на основе смолы БФ, может до­ стигать при склеивании стали со сталью до 350 кГ/см2, стали с дюр­ алюминием до 300 кГ(см2, стали с пластмассой 120 кГ/см2, стали со стеклом 80 кГ/см2, стали с деревом 100 кГ/см2, чугуна с чугуном 800 кГ/см2, меди с медью 200 кг/см2, латуни с латунью 200 кГ!см2, текстолита с текстолитом 250 кГ1см2, стекла со стеклом 150 кГ/см2 и т. д.

За рубежом находят широкое применение разнообразные клеи, в том числе клеи для изделий, работающих при очень низких температурах. Например, в США при испытании склеенных вна­ хлестку образцов из алюминия, погруженных в жидкий азот, оказа­ лось, что в этом случае сохраняется высокая прочность. С помо­ щью клея изготовляются отдельные элементы и узлы для летаю­ щих снарядов, испытываемые при температуре —180° С и давлении до 10 ат. В Массачузетском технологическом институте (США) ис­ следовали соединения металлов, склеенных феноловинилиловым клеем. После выдержки в течение нескольких часов при темпера­ туре —240° С в жидком гелии соединения испытывались при нор­

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования и практика эксплуатации сварных конструкций показывают, что хрупкое разрушение происходит в результате неблагоприятного сочетания нескольких факторов, как-то: концентрации напряжений, низкой температуры, остаточных напряжений, свойств применяемой стали и др.

Одновременное действие указанных факторов приводит в ряде случаев к резкому падению прочностных свойств конструкции.

Указанные в книге особенности и технологические трудности при сварке в условиях низких температур могут проявляться лишь тогда, когда не принимается мер борьбы с ними.

Современная сварочная техника располагает достаточно боль­ шим арсеналом мер борьбы с указанными трудностями и позволяет, как известно, обеспечивать долговечную и безупречную эксплуата­ цию сварных конструкций при низких температурах и проведение самих процессов сварки в условиях низких температур.

Для предупреждения хрупкого разрушения сварных конструкций следует руководствоваться комплексом конструкторско-технологиче­ ских и металлургических мероприятий. Основными из этих меро­ приятий являются:

1. Применение спокойных малоуглеродистых сталей, имеющих более низкую температуру перехода в хрупкое состояние по срав­ нению с кипящими сталями.

В Советском Союзе для изготовления ответственных сварных конструкций, эксплуатирующихся при низких температурах, приме­ няется спокойная малоуглеродистая сталь марки М16С, малоугле­ родистая сталь МСт. 3 улучшенного раскисления. Помимо мало­ углеродистых сталей, для работы при низких температурах приме­ няется целый ряд хладостойких низколегированных и высоколеги­ рованных сталей, а также сплавы цветных металлов, в первую оче­ редь алюминиевые.

2. Другой мерой борьбы с местной концентрацией напряжений является рациональное проектирование сварных конструкций. Ава­ рии в американском судостроении были устранены в основном за счет улучшения конструкций судов, а требование использования стали спокойной плавки было введено только для металла большой толщины. В нашей стране осуществлен ряд мер по улучшению кон-