Лекции ТСП_2 / L_6

Лекция 6

Экспериментальные методы испытаний для определения склонности к образованию холодных трещин (ИСО 17642)

Эти испытания применимы для определения восприимчивости к ХТ основного металла, металла шва и присадочного металла.

Каждый метод испытания предусматривает применение реального или имитированного цикла сварки с нагре­вом до максимальной температуры ниже солидуса. Может слу­читься, что проба, предназначенная для выявления склонности к об­разованию холодных трещин, будет содержать, например, сегрега­ционные или ликвационные трещины. В таком случае из процесса испытания исключается фактор интенсивности жесткости, и такой метод невозможно применить в качестве пробы для определения склонности к образованию холодных трещин.

Испытания на склонность к образованию холодных трещин можно разделить на такие группы.

1. Методы, предусматривающие использование реального про­цесса сварки жестких образцов (пробы с естественной жесткостью или технологические пробы): пробы «Тэккен», Лихайского уни­верситета, CTS.

2. Испытания, предусматривающие использование реального цик­ла сварки, на составном образце, метод «Имплант» (Implant) по Гранжону.

6.1 Жесткие технологические пробы

Эти испытания применяются в первую очередь к марганцевистым и низколегированным сталям.

Жесткие технологические пробы предназначены для оценки чувствительности к ХТ основного и присадочного металлов при дуговой сварке. Испытания заключаются в укладке при определенных условиях на образец, состоящий из двух пластин, сварочного валика и определении путем поперечного разрезания шва наличия трещин в шве или ЗТВ.

Испытания применяются для ручной и полуавтоматической дуговой сварки. Для сварки под флюсом эти пробы обычно не применяются.

6.1.1 Проба CTS. Проба CTS (Controlled Thermal Severity, Британский стандарт BS. 709—1964) — это испытание на склонность к образованию трещин, основанное на оценке поведения швов углового сварного соединения.

Проба служит для выбора оптимальных параметров процесса сварки, а также для оценки качества основного металла. Испытуемый образец толщиной 12 мм состоит из двух пластин, несимметрично закрепленных болтом на плоско­стной поверхности, подвергнутой механической обработке. По двум или трем сторонам квадратной пластины выполняют вспомогатель­ный сварной шов в несколько слоев. После остывания образца и подтягивания болта выполняют по одной или двум сторонам этой пластины опытный сварной шов катетом 4—6 мм и длиной 75 мм. Чувствительность к образованию трещин увеличивается с увеличе­нием зазора между пластинами. Поэтому часто между двумя пла­стинами устанавливают прокладку, благодаря чему зазор в угло­вом сварном шве можно увеличить. В ходе этого испытания обра­зуются трещины в подваликовой зоне или в металле сварного шва. Опытный сварной шов можно разрезать на образцы не ранее чем через 72 ч после окончания сварки.

Размеры частей пробы

Пояснения:

1 Отверстие с зазором диаметром 13 мм; 2 Верхняя пластина: 3 Ширина паза;

4 Нижняя пластина; 5 Глубина паза; 6 Направление прокатки; 7 Сварной шов;

8 Монтажные швы

Рис. 1

Приготовление частей пробы

Все части образца изготавливаются из испытываемого металла. Свариваемые поверхности подготавливаются фрезерованием или шлифованием. Требуемая точность обработки приведена в таблице

Величина/условия	Значения
Толщина материала, t Верхняя пластина	6 мм минимум (75±1) мм × (75±1) мм × t
Нижняя пластина	(250±3) мм ×(100±3) мм × t
Зазор глубина зазор	(10±0,5) мм (1,6±0,10) мм
Вращающий момент на болте	(100±5) Н·м
Чистота обработки на сопряженных поверхностях	3,2 мкм Ra max
Чистота обработки в месте сварки	6,3 мкм Ra max
Зазор в сопрягаемой поверхности	0,05 мм max

Верхняя и нижняя части должны иметь одинаковые толщины. Верхние блоки должны вырезаться механически, а нижние механически или с помощью газовой резки. Обе части изготавливаются из одинаковых материалов.

В тех исключительных ситуациях, когда невозможно обе части вырезать механически из испытываемого материала, нижнюю часть изготавливают из материала с таким же пределом текучести. Важно, чтобы в этом случае восприимчивость материала нижней пластины к ГТ была бы ниже, чем у верхней.

Рис. 2

1 – приспособление для сварки; 2 – электрод.

Связующие швы выполняются электродами из материала с пределом текучести не ниже, чем у испытываемого материала. Шва начинаются и заканчиваются на расстоянии 10 мм от краев верхней пластины.

После выполнения связующих швов, соединение выдерживается 12 часов перед сваркой контрольных швов.

Контрольный шов выполняется по испытываемой технологии. Если технология предусматривает подогрев, то образец нагревают в печи до необходимой температуры, а потом сваривают первый шов в положении, как это показано на рис. 2

Если технология предусматривает термообработку (Т.О.), то сразу после выполнения первого шва приспособление вместе с образцом помещается в печь. Температура контролируется пирометром или термопарой.

После выполнения первого шва и Т.О. (если необходимо) проба в течении не более 60 сек. помещается в ванну с проточной водой, как показано на рис. 3. Температура воды на выходе из ванны не должна превышать 30 °С.

Рис. 3

1 Сварной шов; 2 Вода

Образец охлаждается в ванне до комнатной температуры.

После удаления из ванны образец выдерживается 48 часов. После этого выполняется второй шов. Технология укладки второго шва полностью идентична технологии укладки первого.

Исследование образца

Для дальнейших металлографических исследований образец механически разрезается на части, как это показано на рисунке 4.

Подготовленные шесть поверхностей изучаются при увеличении × 50. Поверхности без тещин изучаются при большем увеличении.

Если обнаруживается трещина в корне шва длиной более 5 % от толщины шва, шов считается бракованным и испытание прекращается.

Если обнаруживается трещина в ЗТВ длиной более 5 % от катета шва, шов считается бракованным и испытание прекращается.

Рис. 4 Секционирование образцов для испытания CTS

1 Направление сварки;

2 Полированные индикационные грани для исследования трещин;

3 Испытательный образец; 4 Зазоры для исследования трещин

Длина катета углового шва =

Рис. 5 Измерение катета углового шва

Если материал нижней пластины отличается от материала верхней пластины и трещины присутствуют только в ЗТВ нижней пластины, испытание считается несостоятельным.

Одна из центральных секций каждого шва подвергается испытанию на твердость по Виккерсу.

6.1.2 Теккен-тест (У-образная разделка кромок) и

Лихай-тест (U – образная разделка кромок).

Теккен тест более жесткий и рекомендуется для основного металла. Лихай тест рекомендуется для металла шва.

Размеры образцов приведены на рисунках 6 и 7.

Рис. 6 Теккен-тест

Рис. 7 Лихай-тест

b – связующий шов;

t – толщина испытываемой пластины;

g – зазор корня шва 2 ± 0.2 мм;

W - диаметр отверстия (зависит от толщины и ширины разделки).

Связующие швы выполняются плавящимися электродами с пределом текучести равным или больше, чем у испытываемых материалов.

Испытываемый шов выполняется при соответствующих сварочных условиях и в нижнем положении, как показано на рис. 8.

a)

b)

с)

Рис. 8 Способ укладки шва

1. ручная сварка; b) c) – механизированная сварка

1 - место начала шва; 2 – кратер; 3 – испытываемый шов;

4 - связующий шов; 5 – примерно 2 мм; 6 – примерно 76 мм.

Если по технологии требуется послесарочная термообработка, то пробу сразу после выполнения шва помещают в печь.

В дальнейшем после термообработки пробу до проведения металлографических исследований оставляют на 48 часов при комнатной температуре.

Проводится визуальная оценка трещин путем вычисления относительной длины трещины согласно следующему выражению

,

где

С_f – относительная длина трещины (%);

L – длина шва (мм);

Σ_l – суммарная длина трещин (мм).

Металлографические исследования

Для металлографического исследования образцы разрезаются на секции согласно рисунку 9.

Рис. 9

Схема разрезки образцов по ширине (1) и поперек шва (2).

При увеличении 50 производится оценка трещин в поперечных сечениях шва согласно формуле:

,

где Н и Н_с определяются согласно рисунку 10.

Рис. 10 Схема измерения

Кроме измерения трещины выполняются измерения диффузионного водорода и твердость по Виккерсу.

9