Показатели сопротивляемости трещинам, получаемые с по мощью машинных испытаний, оценивают только технологиче скую прочность металла сварных соединений. Они могут ис пользоваться для сравнения материалов и технологических ва риантов сварки, однако они не применимы непосредственно для оценки стойкости против трещин сварных соединений кон-
d--=1-J
L |
|
|
|
L |
|
|
ггfn |
|
|
|
|
|
|
t |
|
<С> |
|
(7Т77Т7Т77Т) |
’«Cl |
|
LIь . |
|
|
||||
|
«о |
|
|
|
||
г W |
j |
L L |
----------3 |
“ F |
||
И |
||||||
L Li |
*, |
£ . |
Li |
5- I |
||
|
|
■5 |
|
в |
|
8(20) *100*100
' испытыбаепая сталь
10(12)*100*150
/низкоуглеродистая 2—, сталь
7777777777777777
Рис. 6.18. Образцы н схема нагружения при испытании по методу ЛТП2-3:
а -^толщины 1—3 мм, изгиб распределенной нагрузкой; б, в —толщины 8—20 мм, четырехточечный изгиб вдоль шва и поперек шва соответственно; г — толщины 8— 20 мм, консольный изгиб
струкций, так как для оценки стойкости необходим учет вели чины действующих сварочных напряжений.
М е т о д ЛТП2 (ГОСТ 26388—84) предусматривает испыта ние нескольких типов сварных образцов: плоских круглых тол щиной 1—3 мм с диаметральным швом по схеме изгиба, жестко заделанной по контуру пластинки распределенной на грузкой, плоских прямоугольных толщиной 8—20 мм с попереч ным или продольным швом по схеме четырехточечного изгиба, тавровых толщиной 8—20 мм по схеме консольного изгиба (рис. 6.18). Разрушающие напряжения определяют прибли женно по соотношениям теории упругости:
для плоских круглых образцов
ах{у) = 0,12 ( - ^ - ) а Р = о ,0044 |
( - ^ - J р \ МПа; |
для плоских прямоугольных образцов
а = 0 , 6 5 — |
|
|
— |
, МПа; |
2 L\ + 2 L y L 3 — L \ |
|
|||
где fm — прогиб |
в |
центре |
образца на базе Lu м; /0 — остаточ |
|
ный прогиб в |
центре |
образца на базе L\ после снятия на |
||
грузки, м; б — толщина |
стали, м |
|||
Рис. 6.19. Образец-вставка (а), |
пластина под |
сварку (б) |
и схема нагружения образца |
(в) по методу |
«Имплант* |
для тавровых образцов
а |
бМ. |
МПа, |
|
|
|
|
|
||
где Мизг — изгибающий |
момент, МПа-м; |
b — ширина образца, |
||
м; kcp— средний катет |
углового шва на |
стенке таврового об |
||
разца по пяти измерениям вдоль шва, м. |
|
|||
При напряжениях выше предела текучести основного ме талла точность расчета по приведенным соотношениям суще ственно снижается, так как они не учитывают пластического
течения металла. |
26388—84) предусматри |
М е т о д «Имплант» [8,2] (ГОСТ |
|
вает испытание цилиндрического |
образца — вставки (им |
планта) с винтовым надрезом, который монтируется в отвер стие пластины и частично переплавляется наплавленным на пластину сварным валиком (рис. 6.19). Сварочный термиче ский цикл регулируют, изменяя погонную энергию сварки. За стандартный принят цикл, характеризуемый временем охлаж дения от 800 до 500 °С (ta/e), равным 10 с. В процессе охлаж
дения в диапазоне 150—100 °С образцы нагружают постоян ным растягивающим усилием. Разрушающие напряжения рас считывают приближенно относительно поперечного сечения об
разца в надрезе без учета концентрации напряжений. |
(имита |
М е т о д ЛТП-3 [8] предусматривает моделирование |
|
цию) сварочных термических и термодеформационных |
циклов |
в образцах основного металла, последующее их наводороживание и испытание на замедленное разрушение. Испытываются плоские образцы 1,5X10X100 с боковым надрезом 0,2x3 путем четырехточечного изгиба постоянным длительно действующим моментом (рис. 6.20). Под нагрузкой образцы выдерживаются 20 ч. Имитация сварочных циклов производится проходящим
1,1 I- |
- л \ ° г |
р / г |
60 |
Р /2 |
\ |
L |
^ |
|
J |
|
|
7 _________ 5 7 |
||
|
|
|
U |
|
|
100 |
1 i |
|
L £ |
|
- |
30 |
, |
|
|
|
|||
|
a |
S |
|
|
Рис. 6.20. Образец (а) и схема нагружения (б) при испытании на |
||||
|
замедленное разрушение по методу ЛТПЗ |
|
||
электрическим |
током, |
наводороживание — электролитическим |
||
способом, надрез после |
наводороживания — тонким наждач |
|||
ным кругом. За количественный показатель сопротивляемости замедленному разрушению принимается минимальное среднее напряжение, приводящее к образованию трещины в сечении с надрезом (<тР.mm). Расчет разрушающего напряжения выпол няется приближенно по соотношению для упругого нагружения бруса по схеме чистого изгиба. Поэтому показатель использу ется для сравнения влияния исследуемых факторов (состава, структуры, концентрации водорода и др.).
За рубежом применяют аналогичные испытания на замед ление разрушения по методам «Терморестор» [29] и «Smithweld» [30].
6.5. Ламелярные трещины
6.5.1. Природа и причины образования трещин
Ламелярные трещины — трещины в ЗТВ, образующиеся парал лельно поверхности свариваемых листов, имеющие ступенча тый (каскадный) характер. Визуально наблюдаются после окончания сварки и завершения охлаждения. Излом трещин хрупкий, без следов окисления, большую часть которого
составляют плоские древовидные участки (имеющие вид расщеп ленного дерева). Эти участки совпадают со слоистостью ме талла, образующейся в результате прокатки, и по этой при чине трещины получили название ламелярных (слоистых тре щин или слоистого растрескивания). Образуются, как правило, в угловых и тавровых соединениях низколегированных сталей мартеновской и конвертерной выплавки под действием свароч ных напряжений, направленных по толщине свариваемых ли стов. По многим внешним признакам напоминают холодные трещины, поэтому часто рассматриваются как таковые. При этом по мере увеличения содержания углерода в стали стано вится возможным одновременное образование ламелярных и холодных трещин, а при содержании 0 0 ,3 0 % преимущест венно образуются холодные трещины. В последнем случае со противляемость холодным трещинам существенно ниже, чем ламелярным.
Исследованиями многих авторов установлено, что образо вание ламелярных трещин связано с наличием в металле вы тянутых плоских неметаллических включений типа сульфидов и силикатов [2,8]. Существует ряд предположений о механизме разрушения при возникновении ламелярных трещин: механиче ское отделение неметаллических включений от металлической матрицы вследствие слабого их сцепления, отрый неметалли ческих включений в результате различной величины термиче ского расширения й сокращения металла и включений, охрупчивающего действия водорода, концентрирующегося на межфаз ной поверхности и др. При этом важную роль играют концен трация напряжений у заостроенных концов включений, их длина в отношении к критической для дальнейшего распро странения, подкалка и охрупчивание водородом металлической матрицы в ЗТВ.
Для предотвращения ламелярных трещин применяют кон структивные и технологические мероприятия: выбор конструк ции сварного узла, при котором сварочные напряжения по на правлению толщины листа минимальны, предварительный и
последующий подогрев, |
наплавка |
на свариваемые кромки. |
|
Наиболее |
эффективный |
способ — повышение качества стали |
|
главным |
образом за счет снижения |
содержания серы. |
|
6.5.2. Способы и критерии оценки
Поскольку отмечено сходство ламелярных и холодных трещин по ряду внешних признаков и зависимости от одних и тех же основных факторов (подкалка ЗТВ, водород, сварочные напря жения 1-го рода), то и многие способы оценки склонности к ламелярным трещинам подобны применяемым в отношении холодных трещин. При этом учитывается специфика их распо-
ложения параллельно поверхности свариваемых листов, а также то, что наибольшая плотность неметаллических включений имеет место в срединной части листов. Для оценки склонности к ламелярным трещинам применяют сварочные технологические пробы, машинные испытания сварных образцов или основного металла.
Рис. 6.21. Технологическая сварочная проба СЭВ—19XT для испытаний на образо вание ламелярных трещин
П р о б а СЭВ— 19ХТ, модифицированная с учетом особен ностей ламелярных трещин, может быть использована для оценки склонности к их образованию (рис. 6.21) [13]. При ис
пытаниях сваривается |
угловое |
||
соединение. |
с |
исполь |
|
Ме т о д |
ЛТП2-3 |
||
зованием |
таврового |
сварного |
|
образца — один из |
эффектив |
||
ных методов определения со противляемости стали ламе лярным трещинам (§ 6.2.3.2.3). Процедура испытаний и пока
затель |
|
сопротивляемости |
ана |
|
логичны |
испытаниям |
на |
хо |
|
лодные |
трещины. |
[2]. Ос |
||
М е т о д «Веритас» |
||||
нован |
на механическом испы |
|||
тании |
листового металла, |
при |
||
котором |
растягивающие |
уси |
||
лия |
прикладываются |
вдоль |
||
толщины листа. Образцы изготавливают из заготовок, получа емых путем приварки перпендикулярно поверхностям листа пластин-концевиков. При этом используют сварку трением, контактную, ручную дуговую. Заготовки разрезают на части, из которых механическим путем изготовляют образцы с круг лым или квадратным сечением (диаметр или сторона квадрата около 0,6 толщины листа) (рис. 6.22). Испытывают шесть об разцов, вырезанных из одного участка пластины.
В результате испытаний определяют среднее относительное поперечное сужение фг, которое и принимается за показатель