3. Поведение сварных соединений при высоких температурах
Как показал опыт эксплуатации высокотемпературных установок, разрушение в швах в большинстве случаев обуславливается дефектами, заложенными при изготовлении, а так же конструкторскими ошибками.
Наиболее сильно жаропрочность шва связана с типом используемого сварного соединения и с термическим режимом сварки.
Тип сварного соединения определяет как условия теплоотвода так и жесткость соединения.
Сравнительные характеристики пластичности и прочности
при наплавке в угол и сварке встык стали 12МФХ
|
|
|
Основной металл |
Наплавка в угол |
Стыковой шов |
Большая прочность стыкового шва в рассматриваемом случае обусловлена большой дисперсностью структуры (мелкозернистостью и наличием субструктуры в зернах). Субструктура развивается при пластической деформации при сварке соединения.
|
Схема полигонизации |
Упрочнения за счет субструктры сварного шва (т.е. увеличение жаропрочности) сохраняется до 600 - 650о С для перлитных сталей и 700 - 750о С для аустенитных. Выше этих температур субструктура разрушается.
С повышением жесткости (увеличение толщины) соединений, не склонных к горячим трещинам, пластичность швов незначительно уменьшается (сравните графики для основного металла и стыкового шва). В сталях, склонных к горячим трещинам, при высоких температурах пластичность шва резко уменьшается.
Механические свойства стали Х23Н18 и металла шва сваренного
с применением проволок, вызывающих склонность шва к горячим трещинам
|
|
Основной металл |
Металл шва |
В сталях не склонных к горячим трещинам при температуре до 600о С из-за наличия субструктуры границы зерен прочны и деформация изделия под нагрузкой идет путем сдвига внутри зерен. При температуре более 600 - 650о С резко ускоряются диффузионные процессы и субструктура разрушается.
В сталях склонных при сварке к горячим трещинам зерна значительно проскальзывают друг относительно друга и межзеренные границы ослаблены (пластичность падает).
Термический режим сварки определяется погонной энергией, количеством слоев (имеется в виду температура предварительного подогрева перед наложением каждого последующего слоя) и температуры предварительного подогрева.
Влияние предварительного подогрева на длительную прочность сварного
соединения из стали 12ХМФ, сваренного электродом ЦЛ-20М,
при температуре эксплуатации 565о С
(после сварки был произведен отпуск 720 - 770о С
|
1 – предварительный подогрев перед сваркой 250 - 300 о С; 2 – предварительный подогрев перед сваркой 400 - 500 о С
|
Во втором случае чрезмерный предварительный подогрев привел к изменению отношений между фазами, т.е. увеличилась ферритная составляющая по границам зерен, что снизило жаростойкость шва.
При сварке различных типов высокохромистых сталей, длительная выдержка металла шва или участка 3ТВ в районе 300 - 500о С приводит к появлению 475-градусной хрупкости, а при выдержке в районе 550 - 850о С возникает охрупчивание, обусловленное появлением -фазы.