Глава VIII

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ

Технологической прочностью называется прочность сварных соединений в процессе сварки, остывания и некоторого вылежи­вания без существенных внешних нагрузок. Технологическую прочность часто определяют сопротивляемостью к образованию в сварных соединениях горячих (кристаллизационных) и холод­ных трещин.

§ 1. Образование в сварных соединениях горячих (кристаллизационных) трещин

Экспериментально установлено, что при повышении темпера­туры Т пределы прочности и текучести металлов понижаются. Изменение пластических свойств от температуры происходит по более сложной зависимости. Нередко в некотором диапазоне температур наблюдаются резкие уменьшения пластичности (ее провалы), а при дальнейшем повышении температуры (Г) пла­стические свойства снова улучшаются. Предел выносливости, как правило, понижается с повышением температуры, но в некото­рых быстро стареющих сплавах наблюдается обратное явление, т. е. с повышением температуры предел выносливости возраста­ет до некоторой величины, а затем уменьшается, При высоких Т (1100° С и выше) пределы прочности сталей резко падают и при­ближаются в ряде случаев скачкообразно к нулю в зоне темпе­ратур солидуса. Пластические свойства сталей при высоких Т меняются различным образом. Однако все они обладают одним общим свойством. При приближении температуры к температуре солидуса {Т_С0А ) пластические свойства очень резко снижаются.

На рис. 8-1 приведены результаты исследовании изменений пластических свойств — коэффициентов поперечного сужения при разрыве —в функции от температуры испытания. Все кривые возле соответствующей Т_соп резко обрываются.

190

Значительное снижение пластических свойств в зоне Т_С01 свойственно всем сталям и цветным сплавам, однако в неодина­ковой степени. Это является важным фактором при оценке проч­ности соединений в процессе их сварки. Пластические свойства металла при температуре солидуса не связаны с величиной пла­стичности при комнатных и высоких температурах. В некоторых случаях сплавы, обладающие очень высокими пластическими свойствами при обычных и повышенных температурах, например аустенитные стали, имеют очень малую пластичность при 7_С01.

^~СтальСХЛ2 •■-Столь ЮГ2 *-*СталоЗОХГС*---Сталь 3W2

*--Сталь Шго

Рис 8-1. Пластические свойства стален при высоких темпера­турах (коэффициент г);)

В конструкциях из углеродистых, низко- и высоколегирован­ных сталей, а также цветных сплавов, в процессе сварки иногда образуются горячие (кристаллизационные) трещины. Они воз­никают в температурном интервале хрупкости вблизи Т — Т_с<31.

Кристаллизационные трещины в наплавленном металле швов бывают открытыми и скрытыми, нередко распространяясь or корня шва (стыкового или углового), недостаточный провар ко­торого способствует образованию этих трещин. Они встречаются иногда в бездефектных швах с высокими пластическими свой­ствами при комнатных температурах. Однако более часто тре­щины появляются в швах, обладающих дефектами, и имеют раз­личную ширину, глубину и протяженность. Иногда они видимы лишь под микроскопом, ширина их измеряется микронами, но

191

в большинстве случаев они легко обнаруживаются невооружен­ным глазом и имеют ширину десятых долей миллиметров.

Образовавшиеся горячие трещины являются концентратора­ми напряжении п под влиянием внешних нагрузок могут посте­пенно раскрываться. Это происходит большей частью при дей­ствии на конструкцию переменных нагрузок, а также при низких температурах. Имеются примеры, когда наличие кристаллизаци­онных трещин приводило к разрушению конструкций, работаю­щих иод динамическими нагрузками, например, судов, подкра­новых балок, резервуаров и цистерн, эксплуатируемых на откры­том воздухе при морозе.

Образование этих трещин определяется тремя основными факторами: 1) продолжительностью периода кристаллизации; чем продолжительнее ее период, тем более вероятно образова­ние горячих трещин; 2) пластическими свойствами самого метал­ла в интервале кристаллизации, зависящими от его состава; 3) от скорости деформации шва при остывании; чем больше ско­рость деформации, тем более вероятно образование трещин.

Важным фактором является жесткость конструкций. Таким ■образом, сопротивляемость образованию горячих трещин значи­тельно изменяется в зависимости от типов сварных соединений.

Наибольшей сопротивляемостью трещинообразованию обла­дают швы, наплавленные на кромку или плоскость пластин (тип /—3 на рис. 8-2). Сопротивляемость образованию трещин ■несколько понижается в соединениях, сваренных угловыми и сты­ковыми швами (типы 4—6). Наименьшей сопротивляемостью кристаллизационным трещинам обладают соединения внахлест­ку и крестовые (типы 7—10). По оси ординат диаграммы на рис. 8-2 отложен условный коэффициент А мм/мин, характери­зующий склонность к трещинообразованию в зоне температур солидуса. Чем ниже располагаются незалитые точки на рис. 8-2, тем меньше склонность соединения к образованию горячих тре­щин при сварке.