книги из ГПНТБ / Лившиц Л.С. Сварка легированных сталей на монтажных работах в строительстве

комнатной ( + 20o), повышенной ( + 700°) и низкой (—196°). Ре­

зультаты проведенных испытаний даны в табл. 55.

Приведенные в табл. 55 данные показывают, что при отсут­ ствии концентраторов напряжений в области сплавления неод­ нородность в виде обезуглероженной и науглероженной зон не

сказывается на прочности сварного соединения, определяемой

кратковременными испытаниями при нормальной, высокой и низкой температуре.

Наличие концентраторов (дефектов) в участке сплавления приводит к тому, что структурная неоднородность в этой области может отрицательно сказаться на результатах кратковременных

испытаний сварных соединений на растяжение. Это обнаружи­ лось в существенном понижении прочности при комнатной тем­

пературе у образцов с надрезом.

Полученные результаты делают необходимым обращать осо­ бое внимание на то, чтобы в сварных соединениях, склонных к образованию структурной неоднородности в зоне сплавления, не было дефектов (подрезов, несплавления по кромке, резких пере­ ходов от шва к основному металлу и др.).

Испытания ударной вязкости производились на образцах с надрезом по сплавлению, по шву и основному металлу. Надрез

чтобы его основание касалось плоскости сплавления (рис. 68,а),

154

155

однако даже такое размещение надреза не являлось достаточ­ ным для того, чтобы образец при испытании всегда разрушался

по зоне сплавления. Основная часть образцов при испытании

разрушалась по основному металлу и лишь некоторые разруши­ лись по зоне сплавления. Испытания ударной вязкости произво­ дились при нормальной (комнатной) и отрицательных темпера­ турах. Результаты испытания приведены в табл. 56.

Таблица 56

металл

Приведенные немногочисленные результаты испытаний удар­ ной вязкости при разных температурах показывают, что наличие Неоднородности в сплавлении перлитной стали оказалось без­ вредным. Возможно, что наличие обезуглероженной зоны при таком испытании имело положительное значение. Может быть,

более высокие значения ударной вязкости при разрушении об­ разцов по зоне сплавления (по сравнению с разрушением по основному металлу) явились следствием того, что плоскость разрушения, в этом случае проходящая по плоскости сплавле­ ния, не была перпендикулярна оси образца, т. е. площадь, по которой проходило разрушение, была больше нормального се­ чения (перпендикулярного оси образца) (рис. 68, б).

156

Существенное влияние структурная неоднородность в зоне сплавления оказывает на выносливость сварных соединений. Это

было выяснено при испытании двух серий образцов [15]. Испы­ тания проводились в отделе прочности ЦНИИТМАШа на маши

Заметно сказывается неоднородность в сплавлении на дли­ тельной прочности сварных соединений при высокой температу­ ре. Испытания длительной прочности были проведены на образ-

157

цах, вырезанных поперек сварного соединения на машинах типа

.ВП* -8 Так же, как и на образцах, испытывавшихся при кратко­ временном растяжении, шов на расчетной длине располагался таким образом, что нагружению подвергались все зоны сварно­ го соединения. Для выравнивания свойств сварного соединения образцы в заготовках прошли закалку в масле с 850° и отпуск

после дополнительного нагрева при 700° в течение 10 час. Испы­ тания во всех случаях проводились при температуре 600°. Ре­ зультаты испытаний приводятся в табл. 59.

Полученные результаты показывают, насколько образую­

щаяся в сплавлении структурная неоднородность вредно влияет на работоспособность сварного соединения при длительном на­ гружении и высокой температуре. При наличии структурной не­ однородности не только снижаются напряжения, вызывающие разрушение (снижается длительная прочность), но характер разрушения становится хрупким, без какой-либо пластической деформации.

Металлографический анализ испытанных образцов показал, что разрушение при испытании на выносливость и длительную прочность произошло по обезуглероженной, ферритной части

неоднородности в сплавлении, что и предопределило понижение прочности сварного соединения.

При кратковременном растяжении образцов с надрезом зона разрушения выделялась менее четко, однако местом разрушения,

вероятно, являлась преимущественно науглероженная часть.

Таким образом, іполученные в работе результаты показывают,

что наличие обезуглероженной и науглероженной зон, создан­ ных перемещением углерода в соответствии с градиентом кон­

центрации его в растворе, отрицательно сказывается на ряде свойств сварных соединений.

Испытания проводились в Московском Институте стали.

158

в зоне сплавления имеются концентраторы напряжений, что за­

ставляет предъявлять особые требования к сварным соедине­ ниям, склонным к образованию структурной неоднородности.

Кроме того, неоднородность в зоне сплавления понижает вы­ носливость (сопротивление усталости) сварных соединений как.

при наличии дефектов-’концентраторов, так и при их отсутствии.

Существенно понижается также длительная прочность при> высокой температуре.

Наибольшее отрицательное влияние на свойства оказы­ вает обезуглероженная зона, поэтому оценку степени обра­ зующейся неоднороднрсти в зоне сплавления рациональнопроизводить по величине обезуглероживания менее легиро­

ванной стали.

Вредное влияние неоднородности в зоне сплавления на свой­

ства сварных соединений делает необходимым разработку ме­ роприятий, которые бы позволили обеспечить получение мак­ симальной однородности микроструктуры сварных соединений легированных сталей при существенном различии состава шва- и основного металла.

159'

3. ИЗУЧЕНИЕ ФАКТОРОВ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИХ ОБРАЗОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ

Причиной возникновения структурной неоднородности при інагреве разнородных по составу легированных сталей является понижение легирующими, карбидообразующими элементами содержания углерода в феррите (в растворе), поэтому для качественной и количественной оценки влияния различных легирующих элементов на образование рассматриваемой

и той же нелегированной стали и различных легированных на­ плавок, для данных условий нагрева (постоянная температура и время) глубина обезуглероженного слоя будет определяться разностью концентраций углерода в растворе. Поскольку пере­ мещение углерода в этих образцах всегда идет из одной и той же нелегированной стали, фактором, определяющим разность концентраций растворенного углерода, и как следствие, скорость диффузии и размер обезуглероженной зоны, явится содержание углерода в растворе наплавки, легированной тем или иным кар­ бидообразующим элементом. Таким образом, по величине воз­ никающей обезуглероженной зоны можно судить о влиянии ле­ гирующих элементов на содержание углерода, растворенного в

феррите при данных условиях нагрева.

Была проведена серия опытов, в которых на нелегированную

углеродистую сталь, содержащую 0,17% углерода, был наплав­ лен металл различного состава. Наплавки содержали как кар­ бидообразующие элементы — марганец, хром, вольфрам, вана­ дий, ниобий, — так и некарбидообразующие — кремний, никельНаплавка производилась на обычную листовую (лист толщиной 10 мм) углеродистую сталь МСт.Зсп, из'которой были изготов­

лены пластины размером 100×300 мм. По средней линии одной из плоскостей пластины (на всю. длину) наплавлялся валик требуемого состава. Наплавка производилась ручной электроду­ говой сваркой, электродами с покрытием на базе мрамора и пла­ викового шпата. Стержнем электродов служила низкоуглероди­ стая сварочная проволока диамером 4 мм. Необходимое легиро­ вание наплавки осуществлялось через электродное покрытие за

счет введения в нее в необходимых количествах соответствую­ щих ферросплавов или чистых металлов.

Перед тем как производить опытную наплавку, осуществлял­

ся подбор шихты электродного покрытия, чтобы получить на­

плавленный металл, по химическому составу близкий к наме­ ченному.

160

Таблица 60

Размеры обезуглероженной зоны на нелегированной стали (0,16% С)

в участке с наплавками, легированными карбидообразующими элементами

162

в феррите оказался необедненным по сравнению с раствором нелегированной стали. Соответственно и для других легирую­

щих элементов небольшие количества их в наплавке не вызвали обезуглероживания. Эти неактивные количества элементов ха­

рактеризуются горизонтальными отрезками, отсекаемыми соот­ ветствующими кривыми на графиках рис. .*70

Как уже отмечалось ранее, влияние легирующих элементов на образование неоднородности в сплавлении сварных соедине­ ний возрастает с увеличением степени их сродства к углероду.

Это выражалось, например, в том, что при легировании свар­ ного шва ванадием, а свариваемой стали хромом, перемещение углерода чаще всего наблюдалось из основного металла в шов, т. е. в сторону, где имелся элемент, обладающий большим срод­ ством к углероду.

Такое явление позволяет предполагать, что обеднение фер­ рита углеродом возрастает с увеличением степени сродства к углероду легирующего элемента. В связи с этим естественно было ожидать, что на графике «Глубина обезуглероживания — степень легирования» (рис. 70,«) кривые, характерные для каж­ дого легирующего элемента, расположатся в последовательном порядке возрастания степени сродства этих элементов к угле­ роду.

в атомных или весовых процентах.