книги / Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

При достаточной свариваемости, т. е. когда в заданных тех­ нологических и конструктивных условиях удовлетворяются тре­ буемые эксплуатационные свойства сварных соединений, она классифицируется как хорошая. При недостаточной сваривае­ мости удовлетворительная соответствует случаю, когда доста­ точную свариваемость можно обеспечить выбором рациональ­ ного режима сварки; ограниченная, когда для этой цели необ­ ходимо применять специальные технологические мероприятия или изменить способ сварки; плохая, когда никакими мерами невозможно достичь достаточной свариваемости. Степень сва­ риваемости материала устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от заданной технологии, конструктивного оформления сварного соединения и требуемых эксплуатацион­ ных свойств.

6.2. Показатели свариваемости

В практике исследований свариваемости, как-правило, приме­ няются специальной конструкции сварные образцы или об­ разцы с имитацией сварочных термических или термодеформа­ ционных циклов. В результате испытаний таких образцов оп­ ределяются условия появления дефектов, характеристики структуры, механические и специальные свойства сварных со­ единений или зон имитации, абсолютные или относительные значения которых принимаются за количественные показатели свариваемости. Наряду с экспериментальными используются расчетные методы определения показателей свариваемости, учитывающие химический состав, тип соединения, способ и ре­ жимы сварки и другие факторы.

В лабораторной практике при сопоставлении материалов и технологий показатели свариваемости используются непосред­ ственно в качестве критериев сравнения. При прикладном при­ менении сведений о свариваемости по отдельным показателям или их сочетаниям судят о поведении сварного соединения при эксплуатации. В принципе количество показателей может быть равно количеству характеристик и свойств, определяющих ра­ ботоспособность сварных соединений. Практически пользуются набором основных показателей, типовых для каждого вида ма териалов и условий эксплуатации изготовленных из них свар­ ных конструкций. Выбор основных показателей производится в каждом конкретном случае с учетом того, какие свойства и характеристики связаны с наиболее частыми отказами свар­ ных соединений при эксплуатации.

Для установления методического единства при рассмотри нии вопросов, касающихся трещинообразования при сварке, це лесообразно придерживаться следующих понятий и терминов.

Склонность к образованию трещин как показатель свари­

ваемости материала, который устанавливается по факту обра­ зования трещин в серном соединении и оценивается качест­ венно или количественно критической величиной одного из факторов, обусловливающих трещинообразование.

Стойкость против образования трещин как показатель сва­ риваемости материала, который устанавливается по факту от­ сутствия трешин и оценивается качественно или количественно подкритической величиной одного из факторов трещинообразования.

Сопротивляемость образованию трещин означает свойство материала в структурном и напряженно-деформированном со­ стоянии шва Или зоны термического влияния сопротивляться разрушению, соответствующему по характеру разрушению при образовании трещин.

6.3. Горячие трещины (FT)

6.3.1. Природа и причины образования ГТ

Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возни­ кающие в твердо-жидком состоянии при завершении кристал­ лизации, а также в твердом состоянии при высоких температу­ рах на этапе преимущественного развития межзеренной де­ формации (рис. 6.1).

Потенциальную склонность к ГТ имеют все конструкцион­ ные сплавы при любых видах сварки плавлением, а также при некоторых видах сварки давлением, сопровождающихся нагре­ вом металла до подсолидусных температур.

6.3.1.1. Природа ГТ. Природа ГТ адекватна природе высо­ котемпературной хрупкости неравновесно кристаллизующихся сплавов. Различают три типа высокотемпературной хрупкости (табл. 6.1).

Все три типа хрупкости проявляются в определенных темпе­ ратурных интервалах хрупкости: ТИХь ТИХц, ТИХш, соотно­ шение между которыми представлено на рис. 6.2.

Модель структуры сварного шва в этих интервалах темпе­ ратур приведена на рис. 6.3, а фрактография стенок трещин — на рис. 6.4. Факторы, обусловливающие малую пластичность металла с такой структурой, приведены в табл. 6.1.

Указанные факторы взаимодействуют на фоне постепенного снижения объема жидкой фазы по мере охлаждения и выде­ ления из нее эвтектик второго и третьего порядка, что посте­ пенно приводит к снижению пластичности у нижней границы THXi- Этого явления нет в сплавах, содержащих в конце кри­ сталлизации 5—10 % эвтектики определенного состава, кри­ сталлизующейся в последнюю очередь при постоянной темпе­

ратуре, т. е. практически мгновенно. Такие сплавы сохраняют значительную пластичность в ТИХг.

Обнаружение и идентификация ТИХц.ТИХш в полной мере обеспечиваются при испытаниях механических свойств с ма-

лой скоростью деформации, что способствует развитию диффу­ зии легирующих и примесных элементов, образующих интер-

мых заготовок. Она фиксируется различными методами изме­ рения непосредствен*10 на свариваемых заготовках вдоль, по­ перек оси шва, по ег° высоте, т. е. является измеряемой. Эта составляющая деформации может способствовать сжатию (—e„i) или растяжеНию шва ( + енг). а также переходу .от его растяжения к сЖатИ*0 по меРе снижения температуры (е„2 ). Величина и знак деформации при сварке определяются ал­

гебраической суммой этих АВУХ составляющих.

Она достигает наибольшей интенсивности, когда составляю­ щая ен велика и имеет знак + • ® этом случае

е = ет + е„.

Такая ситуация создается в тех участках шва, где макси­ мум деформаций е„ отстает по времени от максимума темпе­ ратуры, т. е. при несинхронном развитии. Она развивается при малой геометрической жесткости заготовок (по ширине, тол­ щине) и усиливается ПРИ сварке сплавов с повышенной жа­ ропрочностью и ограниченной теплопроводностью.

В условиях синхронного развития функций T(t) и е(0 де­ формация в THXi минимальна, поскольку е= ет-^-ен.

Другой характерной особенностью развития высокотемпе­ ратурных деформаций является монотонность нарастания в ТИХ, что позволяет за количественный показатель интенсив­ ности принять темп деформации В:

В = де/дТ « Де/ТИХ,

где Де — накопленная в ТИХ относительная деформация. Например, деформация Де составила 2,4%. Температурный

интервал хрупкости 120°. Темп деформации равен

в = -А 4-°/о = 2- 1<г* °/*/°С. 1,2-Ю*

Условие неразрушаемости металла в ТИХ состоит в том, что темп деформации в любой точке шва не должен превы­ шать критический, т. е. не приводить к исчерпанию пластично­ сти металла в ТИХ.

Геометрическая интерпретация критического темпа дефор­ мации— тангенс угла акр между осью температур и касатель­ ной к линии изменения пластичности в THXi—ТИХц, прове­ денной из точки Вт (рис. 6.5, в)

tg«KP = ДКр Г/«/°С].

Этот угол определяется также приближенно соотношением П/ТИХ, где П — средняя пластичность в ТИХ. Следовательно, Вкр является обобщенным показателем деформационной спо­ собности сплавов в ТИХ.