Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

турах до уровня, при котором отпадает необходимость в вы­ полнении последующей нормализации.

Например, в состоянии после ЭШС с сопутствующим ох­ лаждением и последующим отпуском при 620 °С значения KCU-20 металла шва и околошовного участка ЗТВ сварных со­ единений стали 20К толщиной 100 мм превышают 0,4 МДж/м2. Отмеченное достигается как за счет ограничения роста зерна аустенита в 1,5—2 раза по сравнению с ЭШС по общепринятой технологии, так и повышения дисперсности действительного зерна феррита при одновременном сокращении в составе струк­ туры ферритной составляющей.

Длительность охлаждения те-s при ЭШС с регулированием термических циклов (РТЦ) зависит при прочих равных усло­ виях от схемы, интенсивности, площади и места отвода тепла относительно шлаковой и металлической ванн. Для определе­ ния реализуемых значений те-s с целью сопоставления их с до­ пустимыми можно воспользоваться номограммой, представлен­ ной в работе [3].

Данные, представленные в табл. 7.2, иллюстрируют влия­ ние различных видов последующей термообработки на изме­ нение стандартных показателей механических свойств и трещиностойкость металла шва электрошлаковых сварных соеди­ нений низкоуглеродистой стали.

Параметры трещиностойкости (Kic, dl/dN) определены рас­ четным путем с использованием данных по стандартным пока­ зателям механических свойств ( с г о , 2 . с г » , ф ) с применением спе­ циальной программы и персональной ЭВМ типа ЕС-1840.

Как видно из табл. 7.2, применение нормализации способ­ ствует существенному повышению показателей ударной вязко­ сти и циклической трещиностойкости металла шва электрошлаковых сварных соединений.

Если при сварке обеспечить интенсивность охлаждения, пред­ отвращающую или ограничивающую появление перлитной соста'вляющей в структуре металлашва и ЗТВ, то сварку можно осуществлять без применения последующей высокотемператур­

с ПСО; и — по общепринятой технологии; к, л — двухпроходная ЭШС, причем к — с ПСО, м — трехпроходная ЭШС.

Переход от однопроходной к двухили трехпроходной ЭШС позволяет обеспечить эффект термического воздействия и нор­ мализацию металла шва и зоны термического влияния, обра­ зованных при предыдущем проходе, и за счет этого сущест­ венно’ повысить ударную вязкость электрошлаковых сварных соединений.

На рис. 7.2 проведена пунктирная линия, соответствующая стали А(20К), у которой значение тп = 27 с. Как видно из рис. 7.2, при толщине проката этой стали до 36 мм рекоменду­ ется применять АДС с ПСО, при толщине 36—45 мм — ЭШС с ПСО, при толщине от 45 до 200 мм — двухпроходную ЭШС с ПСО, а при толщине более 200 мм — трехпроходную ЭШС.

Разработанный пакет программ позволяет решать задачу выбора рациональной технологии сварки в диалоговом режиме с помощью ЭВМ.

сталям. В последние годы расширяется производство и применение рафини­ рованных посредством электрошлакового, вакуумного переплава сталей, об­ работанных в ковше синтетическими шлаками с целью снижения содержания серь» в их составе для повышения сопротивляемости образованию слоистых (ламинарных) трещин.

8.3. Механические свойства сталей

Введение в состав низкоуглеродистых сталей легирующих элементов (до 2 % каждого и до 5 % суммарно) способствует повышению прочности и сопротивления хрупкому разрушению, не ухудшая их свариваемости.

Прочность сталей. Показатели механических свойств сталей представ­ лены в табл. 8.1.

Они характерны для проката в горячекатаном либо в нормализованном состояниях. Термическое упрочнение позволяет дополнительно на 20—50 % увеличить уровень показателей прочности.

У д арн ая вязкость. По ударной вязкости, в особенности при отрицатель­ ных температурах, -низколегированные стали превосходят низкоуглеристые стали. Термическое упрочнение позволяет повысить уровень ударной вязко­ сти в 1,5—2 раза и обеспечить высокую сопротивляемость хрупкому разру­ шению низколегированных сталей.

8.4. Свариваемость сталей

Легирующие элементы оказывают существенное влияние на показатели свариваемости сталей. Увеличение содержания эле­ ментов, повышающих закаливаемость, сопровождается сниже­ нием сопротивления сварных соединений образованию холод­ ных трещин [1]. Элементы, упрочняющие твердый раствор, спо­ собствуют, как правило, снижению ударной вязкости металла в околошовном участке ЗТВ сварных соединений.

8.4.1. Типы структур в зоне термического влияния

Наиболее распространенные в металлургической практике ле­ гирующие элементы Мп, Сг, Мо снижают диффузионную под­ вижность С и, как следствие, увеличивают уровень значений характеристических длительностей тф, тп, Тб, понижают темпе­ ратурный интервал у->а-превращения. Поэтому при общепри­ нятых режимах сварки в околошовном участке возрастает ве­ роятность образования мартенсита и понижается сопротивляе­ мость сварных соединений образованию холодных трещин.

8.4.2. Влияние легирующих элементов

Мп упрочняет феррит, снижает температуру начала у->а-пре- вращения, способствует процессу карбидообразования. Сг и Мо существенно снижают критическую скорость охлаждения, по­ давляют перлитное превращение, расширяют область проме­ жуточных превращений на диаграмме.

Такие элемеп?**’ как А1> Ti’ Nbинтенсифицируют процесс у-^а-превращенИ*1 ПРИ высоких температурах, способствуя уве­ личению числа Центров кристаллизации и получению мелко­

зернистой структуРы-

8.4.3. Выбор теплой* режимов сварки

Одним из технол0гических средств, снижающих вероятность по­ явления холодных трещин, является предварительный и сопут­

ствующий Подогрб0 Ш- Для определен1151 темпеРатУРЫ подогрева стали с целью

предотвращения образования холодных трещин в зависимости

в работе [3], позволяет дифференцированно определять условия' подогрева для корневых и заполняющих швов в соответствии с номограммой, представленной на рис. 8.2.

Методика пользования номограммой на примере сварки кор­ невого шва стали толщиной 30 мм при значении тока 250 А, напряжении дуги 25 В, скорости сварки 25 см/мин представ­ лена ниже:

Восстанавливаем перпендикуляр из точки а, соответствующей 7=250 А, до пересечения с прямой, соответствующей напряжению 25 В, и получаем

После этого опускаем перпендикуляр из точки в до пересечения с кривой, соответствующей толщине проката 30 мм, и получаем точку г; затем про­ водим горизонталь г — д до пересечения с прямой 7, соответствующей усло­ виям сварки корневого шва в квадранте IV , восстанавливаем перпендикуляр из точки <? и в точке е определяем температуру подогрева, соответствую­ щую 150 °С.