Методы определения стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин

Испытания стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин обычно про­изводятся путем сварки или наплавки специ-альных образцов при различной степени жесткости и скорости охлаждения околошов­ной зоны. В качестве примера может быть приведена проба Ки­ровского завода.

Образец для пробы Кировского завода представляет собой пластину из испытуемой стали, в середине которой делается ци­линдрическая выточка. Толщина металла в районе выточки («дно» выточки) в разных образцах составляет 2;4 и 6 мм.

Проба Кировского завода

На дно выточки, представляющее собой круглую пластинку, жестко за-деланную по периметру, наплавляют по диаметру валик. В процессе наплавки регулируют интенсивность охлаждения наплавляемой пластины (нижнюю поверхность пробы подогревают или охлаждают водой, сжатым воздухом). Выявление трещин производится путем внеш­него осмотра.

Отсутствие трещин при интенсивном охлаждении (водой) характери­зует высокую стойкость против трещинообразования. Такие стали относятся к группе хорошо свариваемых сталей.

Если при наплавке с охлаждением водой образуются трещины, но от-сутствуют при воздушном охлаждении, то такие стали относятся к группе удовлетворительно свариваемых. Еще большую чувствительность к об­разованию трещин в околошовной зоне имеют стали, в которых возникают трещины и при воздушном охлаждении образца. Для такого металла обра-зец перед наплавкой подогревают.

Если температура предварительного подогрева составляет примерно до 350 ^оC, то такие стали относятся к группе ограниченно свариваемых; при большей температуре предварительного подогрева стали относятся к групп-пе плохо свариваемых.

Кроме прямых испытаний, иногда склонность к трещинообразованию оце-нивают по так называемому эквивалентному содержанию углерода.

Методы определения стойкости против перехода в хрупкое со­стояние

Как известно из металловедения, разрушение металлов может быть вяз-ким (пластичным) или хрупким. И в том, и в дру­гом случае разрушение в основном происходит по телу зерна. Про­цесс вязкого разрушения связан с большими пластическими де­формациями и обычно происходит относи-тельно медленно под действием внешних нагрузок.

Хрупкое разрушение происходит путем отрыва, причем ско­рость распро-странения хрупкой трещины может, как показывают опыты, достигать очень большой величины (до 1800 м/с). Ско­рость распространения хрупкой трещины настолько велика, что на нее не успевают влиять внешние силы. Поэтому полагают, что энергия, необходимая для образования новой по-верхности тре­щины, определяется накопленной в металле упругой энер-гией.

Возможность возникновения хрупкого разрушения без особых внешних нагрузок делает этот вид разрушения чрезвычайно опас­ным для монолит-ных сварных конструкций. Поэтому переход ме­талла в такое состояние, при котором может происходить хруп­кое разрушение, недопустим.

В соответствии с двумя видами разрушения можно говорить и о двух ти-пах сопротивления: сопротивление сдвигу (вязкому разрушению) и сопро-тивление отрыву (хрупкая прочность). Ме­ханизм перехода одного вида разрушения в другой может быть объяснен следующим образом.

Сопротивление отрыву весьма мало зависит от температуры испытания или от скорости приложения нагрузки, тогда как сопротивление сдвигу (в данном случае предел теку­чести) снижается по мере повышения темпера-туры или уменьшения скорости приложения нагрузки. Поэтому при малых скоростях деформации или при высоких температурах предел текучести значительно ниже, чем сопротивление отрыву, и ма­териал пластичен. При понижении температуры или при повыше­нии скорости деформации сопро-тивление пластической деформа­ции значительно повышается, в то время как сопротивление от­рыву изменяется мало. Когда предел текучести дости-гает сопротив­ления отрыву, разрушение будет хрупким.

Таким образом, одни и те же материалы в зависимости от тем­пературы и от скорости нагружения могут находиться либо в пла­стическом, либо в хрупком состоянии.

Следовательно, критериями оценки стойкости против пере­хода металла в хрупкое состоя­ние могут быть: температура или скорость деформации, при которой металл переходит в хрупкое состояние, а также степень повышения наибольших нормальных напряжений, соот­ветствующих пределу текучес-ти.

Мето­ды испытания на хрупкую прочность либо оценивают склон­ность металла к началу хрупкого разрушения, либо способность к распростра--нению хрупкой трещины. Все методы определения стойкости против перехода в хрупкое состояние можно разделить на две группы.

1. Определение порога хладноломкости пу­тем испытания образцов на ударный изгиб на маятниковом копре при различной степени остроты над-реза на образце.

2. Определение температуры перехода в хрупкое состояние путем испыта-ния специальных об­разцов, имитирующих эксплуатационные разрушения материалов конструкции.

В настоящее время имеется более 30 типов образцов самой разнооб-разной формы с различного рода надрезами, которые ис­пытывают растяже-нием, изгибом, ударом и другими видами на­грузки.

Образцы обычно вырезаются таким образом, чтобы вершина надреза располагалась в околошовной зоне вблизи границы сплавления.

В результате испытаний определяют оптимальный диапазон скорости охлаждения околошовной зоны при сварке, в котором свойства металла благоприятны: сохраняется высокая стойкость против трещинообразования и перехода в хрупкое состояние.