книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

соблюдается одинаковая начальная температура пробы перед укладкой каждого шва. После сварки образцы выдерживают на воздухе не менее 24 ч. Затем из пробы вырезают поперечные темплеты для контроля с целью определения наличия тре­ щин. Шлифы травят 2—4%-ным раствором HN03 в этиловом спирте. Микрошлифы исследуют при увеличении не менее, чем в 100 раз. Основным качественным критерием склонности к трещинам является факт наличия или отсутствия трещин в образце пробы. За дополнительные критерии, имеющие полуколичественный характер, принимают начальную температуру образца пробы или номер шва, при которых образуются трещины.

Проба Тэккен [36] (табл. 3, Б. 1.3, рис. 23,6). Центральную канавку с У-сбраз- ной разделкой кромок заваривают на режимах, обеспечивающих толщину шва не более 6 мм. Обязательным условием использования пробы является наличие непровара в корне шва. Трещины преимущественно образуются в околошовной зоне со стороны Х-образной части разделки от концентратора напряжений в корне шва. Контрольный шов сваривают при различных температурах предваритель­ ного подогрева. Контроль для определения наличия трещин аналогичен контролю, применяемому для крестовой пробы. Основным критерием склонности к тре­ щинам является критическая скорость охлаждения при 300 °С (или время охлаждения от 800 до 500 °С), при которой появляются трещины в корне свар­ ного шва.

Проба ВМЭИ с набором образцов [41] (табл. 3, Б.2.6, рис. 23, в). Перед испытанием образцы исследуемого материала приваривают к жесткой плите связующими швами. Толщина плиты 40, 50 и 600 мм соответственно для толщины испытываемых образцов Ô, равной 10— 16, 10—20 и 20—30 мм. Катет связующих швов /С равен толщине образцов. Контрольный стыковой шов сваривают за один проход через весь набор закрепленных образцов. Сварку выполняют на режимах, обеспечивающих толщину шва не более 6 мм. Контроль для определения наличия трещин выполняют аналогично контролю трещин в крестовой пробе. Критерием склонности к трещинам является критическая степень жесткости К = /?06 кгс/(мм-мм), при которой образуются трещины; для элементов набора суммарной длиной 100, 150 и 300 мм k0составляет соответственно 210, 140 и 70 кгс/(мм2-мм).

Проба с круговой наплавкой [38] (табл. 3, Б. 1.5, рис. 23, г). Сварку выпол­ няют слоями, содержащими несколько валиков. Промежуточная температура между слоями не выше 50 °С. После каждого слоя контролируют наличие трещин визуальным осмотром и магнитным (или ультразвуковым) методом. После окон­ чания сварки образец пробы выдерживают семь суток и разрезают на четыре поперечных шлифа. Шлифы контролируют при увеличении не менее 100. Крите­ рием оценки склонности к трещинам является номер слоя, после наложения кото­ рого образуются трещины.

Проба Кренфильд [33] (табл. 3, Б. 1.5, рис. 23, д). Технология сварки про­ бы и критерий аналогичны применяемым для пробы с круговой наплавкой. Пробу применяют для сранительной оценки склонности основного металла к «ламелярным» трещинам при многослойной сварке.

Проба ЦНИИТМАШ [табл. 3, Б. 1.5, рис. 23, е). Первым сваривают конт­ рольный шов 2 за четыре прохода. После сварки за время не более 0,5 ч фрезе­ руют канавку 1 поперек контрольного шва с целью создания концентрации напря­ жений в зоне сварного соединения. Затем сваривают деформирующий шов 3 (от 1 до 12 слоев). За основной критерий склонности к трещинам принимают число деформирующих валиков, при котором образуются трещины.

Пробу применяют для сравнительной оценки склонности материалов к попе­ речным холодным трещинам при многослойной сварке.

Проба ЦНИИТС [21] (табл. 3, Б.4.1, рис. 23, ж, табл. 5). Сварку образца пробы выполняют по технологии, принятой при пдоизводстве сварных конструк­ ций. Для воспроизведения условий сварки на открытом воздухе при отрицатель­ ных температурах образец охлаждают твердой углекислотой, куски которой по 1—2 кг укладывают на его поверхность по обе стороны от шва на расстоянии 100— 150 мм.

лов их образованию (табл. 7). Исходя из простоты оборудования, применения небольших нагружающих сил и возможности одновременного испытания серии из пяти-десяти образцов для широкого применения целесообразны схемы испыта­ ния, предусматривающие нагружение изгибающей нагрузкой.

7. Схемы испытаний по методу ЛТП2, образцы и оборудование

При сварке образцов для испытаний по ЛТП2 необходимо воспроизводить и фиксировать термический цикл (например, скорость охлаждения при 550 °С), характерный для сварки конструкций из металла исследуемой толщины. Необ­ ходимо определять концентрацию водорода в наплавленном металле с помощью спиртовой карандашной пробы [6] или вакуумным методом [1, 40]. Показатель сопротивляемости стали трещинам может использоваться только при одновре­ менном указании термического цикла сварки и концентрации водорода в наплав­ ленном металле.

Испытание круглых образцов путем изгиба распределенной нагрузкой (табл. 7.2.3, рис. 24 и 25). Образцы сваривают в зажимных приспособлениях из меди толщиной, равной трем— пяти толщинам свариваемого металла. Устройство для испытаний ЛТП2-5 состоит из корпуса, заполненного гидропластмассой, и плунжерной пары, с помощью которой внутри корпуса создается давление до 150 кгс/см2. Гидропластмасса СМ обладает высокой вязкостью и неспособностью течь в зазорах 0,02 мм и менее, что обеспечивает в устройстве ЛТП2-5 практичес­ кое постоянство давления во времени. При подгрузке в первый час испытания падение давления в последующий период не превышает 2—3% . При испытании поверхность образца в центральной части подвергают равноосному растяжению. Сопротивляемость трещинам оценивают либо по критическому давлению, либо

Изгиб тавровых образцов консольным изгибом (табл. 7.3.4, рис. 24 и 26). Образцы собирают и сваривают «в лодочку» в приспособлении из двух медных пластин, охлаждаемых по внутренним каналам водой. Установка для испытаний ЛТП2-3 состоит из пяти одинаковых секций, собранных на общей станине. Обра­ зец нагружают изгибающим моментом с помощью рычага и грузов; грузы посред­ ством лебедки и тросов можно перемещать по рычагу, изменяя момент. Максималь­ ная масса свинцовых грузов составляет 150 кг, а максимальный изгибающий мо-

мент 165 кгс*м. После испытания образцы со стороны корня шва травят 5%-ным раствором HNOa, высушивают и разрушают. Протравленные участки излома считают трещинами. Сопротивляемость трещинам оценивают критическим разру­ шающим напряжением

Ш И bh2

где М изг — постоянный изгибающий момент, кгс-мм; b — ширина образца, мм; h — средняя высота излома (или катета шва) по трем-пяти измерениям, мм.

15 — плунжерная пара

Испытания стыковых образцов путем изгиба сосредоточенной нагрузкой (табл. 7.4.5, 4.6, рис. 24 и 27). Образцы сваривают в медных зажимных приспо­ соблениях, охлаждаемых водой, или охлаждают нижнюю поверхность водяным душем. Сваренные образцы изгибают в жестких скобах ЛТП2-6. После достижения заданного усилия нагружения или прогиба с помощью гайки фиксируют положе­ ние штока, пуансона и сварного образца в напряженном состоянии. В скобках

образцы выдерживают в течение 20 ч. Наличие трещин выявляют визуальным осмотром поверхности образца или его излома по максимально нагруженному сечению. Перед изломом образец травят 5%-ным раствором HNOa и высушивают. Протравленные участки излома считают трещинами. Сопротивляемость трещинам оценивают критическим разрушающим напряжением

где fm — полный прогиб в центре образца; fQ— остаточный прогиб на базе/.,; k — переменный коэффициент, учитывающий возрастание момента сопротивления

вусловиях нагружения постоянным усилием, получил широкое распространение

вСССР [21, 22 и др.] и за рубежом [34 и др.]. Результаты испытаний некоторых промышленных марок стали приведены в табл. 8 [12]. Минимальное разрушающее напряжение зависит от режима сварки, глубины проплавления и формы поверх­ ности шва, термического цикла сварки, регулируемого применением зажимных

приспособлений и подкладок под корень шва из меди и других материалов.

8. Сопротивляем ость различных сталей образованию холодных трещ ин при сварке [12]

(табл. 3, Б.3.1). Испытания предусматривают растяжение или изгиб серии образ­ цов различными по величине постоянными длительно действующими нагрузками. Под нагрузкой образцы из сталей перлитного и мартенситного классов выдержи­ вают в течение 20 ч. За прочность при замедленном разрушении принимают минимальное напряжение, при котором происходит разрушение образцов или в них образуются трещины. Перед испытанием в образцах воспроизводят струк­ турное состояние, характерное для околошовной зоны.

Метод ЛТПЗ [14, 21] (рис. 28 и 29). Образцы подвергают воздействию ими­ тированного сварочного термического и деформационного циклов, а также насы­ щению водородом. Возможно испытание при имитации только термического цикла или его сочетания с насыщением водородом. Образцы нагревают проходящим электрическим током от контактного сварочного трансформатора. Максимальная температура нагрева Г тах зависит от состава стали и должна соответствовать

началу оплавления границ аустенитных зерен, поскольку этому состоянию соот­

ветствует минимальная прочность при замедленном разрушении [21]. Эту темпе­ ратуру определяют путем металлографического исследования поверхности тонко­

Водородом образцы насыщают электролитическим способом перед обработкой термическим циклом. Насыщение выполняют в растворе H2S04 в дистиллирован­ ной воде концентрации 0,1 н с добавкой 0,5 г Na2S20 3 на 1 л в качестве стимуля­ тора при плотности тока 10 А/см2 (образец—катод, платиновая пластина или спираль — анод). Насыщеннее течение 0,5 ч при указанном режиме обеспечивает

V '

Рис. 28. Образцы основного металла для испытаний на замедленное разрушение после обработки имитированным сварочным термодефор­ мационным циклом по методике ЛТПЗ растяжением (а) и изгибом (б)

Деформационный цикл воспроизводят на этапе охлаждения путем растяжения образцов с заданной постоянной скоростью либо во всем диапазоне температур от Ттах до 20 °С, либо в заданном интервале температур. Скорости деформации

и конечные величины деформаций выбирают того же порядка, что и при сварке. После воспроизведения в образцах сварочного термодеформационного цикла их нагружают постоянной нагрузкой путем растяжения или изгиба в приспособле­

ниях к машине ЛТП2-3 (рис. 29). На образцах, предназначенных для испытаний изгибом, делают боковой надрез камнем в течение 1 мин после обработки терми­ ческим циклом. Разрушающие напряжения определяют условно по формуле для чистого изгиба с учетом только рабочего сечения образца.

Воспроизведение в образцах термических и деформационных сварочных циклов выполняют на машинах типа ЛТПЗ-5(стр. 395) или установке ЛТПЗ-бм 114]. Последняя обеспечивает вертикальное расположение образцов, что позво­ ляет нагревать образцы на большой базе до весьма высоких температур без потери устойчивости. Оно также снабжено быстродействующим дилатометром, фикси­ рующим изменения ширины образца как при термическом, так и деформационном цикле.

Определение запаса стойкости против трещин (табл. 3, Б.5.1). Показатель сопротивляемости трещинам не может быть непосредственно применен для оценки стойкости сварных соединений конструкций против трещин, поскольку он отра­ жает только свойства материалов. Стойкость соединений помимо этого зависит еще от величины сварочных напряжений. Запас стойкости в принципе может быть определен сопоставлением показателя сопротивляемости и сварочных напря­ жений с помощью определенного критерия прочности. Однако в настоящее время еще затруднено определение напряжений в большинстве сложных по форме конструкций и не разработан указанный критерий прочности. Одним из возмож­ ных путей определения запаса стойкости является сопоставление показателей

сопротивляемости исследуемого материала с эталонным, т. е. материалом того же класса, при применении которого в сварных конструкциях отсутствовали трещины. Другой путь — сопоставление показателя сопротивляемости исследуе­ мого материала с допустимым для данного типа конструкций. Последний опре­ деляется путем параллельного проведения испытаний по методу ЛТП2 и сварки соответствующих сварных конструкций или заменяющих их натурных образцов

Рис. 29. Схема испытания образцов основного металла на замедленное разрушение на машине ЛТП2-3:

[3]. При этом соблюдается идентичность термических циклов,влажности электрод­ ных материалов и окружающего воздуха. Последние условия задаются в двух­ трех вариантах так, чтобы они обусловливали как образование, так и отсутствие трещин в сварной конструкции. Показатель сопротивляемости по методу ЛТП2, соответствующий условиям, при которых отсутствовали трещины в конструкции, принимают за допустимый. Равенство или превышение показателя сопротивля­ емости материала показателю эталонного материала или допустимого гарантирует стойкость против трещин при сварке конструкций из новых материалов.

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СТАЛЕЙ ОБРАЗОВАНИЮ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН

Способы повышения сопротивляемости сталей перлитного и мартенситного классов трещинам направлены на устранение отрицательного действия основных факторов, обусловливающих их образование. В соответствии с этим способы можно разделить на группы.

1. Регулирование структуры металла сварных соединений тепловым воздей­ ствием путем повышения q]vt предварительным подогревом, сопутствующим нагре­ вом и последующим отпуском. Эффективность различных способов связана с их воздействием на структурно определяющие параметры термического цикла: время пребывания при высоких температурах выше 900 °С (t> 900), скорости

охлаждения при 550 и 300 °С (ш560 и ш30о). Повышение qlv увеличивает / >900

и уменьшает доБВ0 и ш3(Юв пропорциональной зависимости при многослойной сварке больших толщин и в квадратичной — при однопроходной сварке соединений малых и средних толщин. Предварительный подогрев в пределах 100—400 °С наиболее сильно воздействует на W3QQ, а затем по убывающей степени на w6&0