книги / Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

ние их границ. Это справедливо применительно к сварным со­ единениям, не подвергающимся термической обработке после сварки. В этом случае хрупкий участок у линии сплавления уширяется за счет зерен, нагревающихся до температуры ниже 1300 °С. Действительно, электрошлаковые сварные соединения стали 30Х2Н2М, выполненные проволокой Св-08ХЗГ2СМ, при надрезе Менаже по участку у линии сплавления имеют удар­ ную вязкость 27 Дж/см2 при температуре +20 °С. Последую­ щая закалка с высоким отпуском сужает этот участок до ши­ рины подплавления, измельчая вторичные зерна. В результате улучшения этого весьма узкого участка соседними нет сниже­ ния ударной вязкости (100 Дж/см2). В данном случае участок уже ширины надреза Менаже.

Серьезные трудности при сварке термически упрочненных среднеуглеродистых мартенситно-бейнитных сталей возникают также из-за разупрочнения основного металла в участке зоны термического влияния, нагреваемого до температуры высокого отпуска. Особенности разупрочнения основного металла в этом участке целесообразно рассмотреть на стали 42Х2ГСНМА, так как она наиболее интенсивно разупрочняется при сварке из-за высоких прочностных характеристик.

Построенная термокинетическая диаграмма показывает, что сталь имеет низкую критическую скорость закалки (0,625 °С/с). Она закаливается на мартенсит при скоростях ^ охлаждения, возможных при сварке (рис. 11.5).

Установлено влияние скорости нагрева и структуры металла на критические точки, а следовательно, и температурный ин­ тервал участка разупрочнения. Показано (рис. 11.6), что изме-- нение скорости нагрева в пределах 160—700 °С/с не оказывает существенного влияния на положение критических точек. Для стали 42Х2ГСНМА в состоянии закалки и низкого отпуска из­ менение скорости нагрева в пределах 30—2000 °С/с смещает температурный интервал а->у-превращения на 35—40 °С при точности измерения температуры ±10 °С. Можно полагать, что смещение температурного интервала участка разупрочнения в область повышенных температур будет таким же незначи­ тельным.

Изучение влияния термических циклов сварки на структуру и твердость зоны термического влияния показывает, что раз­ упрочнение имеет место в участке, нагреваемом до температур 500—770 °С. При этом его минимальная твердость остается практически постоянной и не зависит от погонной энергии сварки (рис. 11.7).

Определение предела прочности образцов, нагретых по сва­ рочным термическим циклам этого участка, показало, что па­ дение прочности также имеет место при нагреве до температур 500—770 °С (рис. 11.8). Прочность образцов не зависит от

скорости нагрева (0,05—700 °С/с) и скорости охлаждения (0,05—500 °С/с). Значительное разупрочнение может иметь место только при длительных изотермических выдержках по­ рядка нескольких часов.

С повышением погонной энергии сварки увеличивается ши­ рина участка разупрочнения и уменьшается предел прочности сварного соединения (рис. 11.9). Сравнение соединений стали 42Х2ГСНМА, выполненных двумя способами сварки, показало, что наименьшее разупрочнение в зоне термического влияния наблюдается при электронно­ лучевой сварке с низкой по­ гонной энергией (—6,8 %), в то время как при аргоноду­ говой сварке оно значительно больше (22,3%). Ширина уча­ стков разупрочнения в сопо­ ставляемых соединениях со­ ставляла соответственно 1,1 и

2,7 мм.

При одинаковой эффективнбй погонной энергии элект­ ронно-лучевая сварка по срав­ нению с аргонодуговой дает более узкий разупрочненный участок и более высокие зна­ чения прочности сварных сое­ динений из-за высокой кон­ центрации энергии в электрон­ ном луче.

Исследование участка раз­ упрочнения при аргонодуго­ вой и электронно-лучевой сварке металла толщиной 4,5—8 мм показывает, что

твердость в этом участке определяется только температурой нагрева, а прочность соединений зависит не от уровня твердо­ сти разупрочненного участка, а от его ширины. При этом сле­ дует учитывать, что участок разупрочнения имеет плавный переход к более прочным участкам зоны термического влияния.

Для каждой толщины металла и способа сварки существует определенная ширина разупрочненного участка, при которой обеспечивается максимально возможное контактное упрочнение и достигается равнопрочность сварного соединения основному металлу (рис. 11.10,а).

Исследования кинетики и механизма разупрочнения в зоне термического влияния позволили установить характер влияния

свойств участков, окружающих мягкую прослойку, на прочность сварных соединений. Экспериментально обоснован новый кри­ терий— относительная ширина мягкой прослойки bi/bo, опре­ деляющий предел прочности сварного соединения (рис. 11.10,6). Предложенная эмпирическая зависимость имеет вид [6]

= «? + М о “ • У + 0,3 а“ - У У

где <Твсв — предел прочности сварного соединения; ствм +- предел прочности мягкой прослойки; Ь0— ширина прослойки при равнопрочности сварного соединения основному металлу; bi — те­ кущая ширина прослойки.

Рис. 11.10. Зависимость предела прочности сварных соединений 42Х2ГСНМА от:

Следовательно,, технологические процессы сварки, приводя­ щие к сужению участка зоны термического влияния сварных соединений среднеуглеродистых мартенситно-бейнитных сталей, повышают не только технологическую, но и конструктивную прочность соединений и позволяют достигнуть равнопрочность сварных соединений предварительно термоупрочненному основ­ ному металлу в условиях эксплуатации.

11.2.4. Выбор тепловых режимов сварки

Установлено, что участок ВХМН является наименее пластич­ ным участком с низкой ударной вязкостью. Уровнем его свойств определяется склонность сварных соединений к замедленному разрушению. Именно на подплавленных границах формируются Микронесплошности, которые развиваются в виде горячих или Холодных трещин.

На основании вышеизложенного методы, способствующие уменьшению склонности околошовной зоны сварных соединений

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ к о н с т р у к ц и о н н ы х СТАЛЕЙ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ШВА

тоспособность конструкций в условиях динамических и ударных нагрузок. Аустенитные электроды применяются для соединений, не подвергающихся термической обработке после сварки.

11.3.2. Сварка в защитных газах

Высокое качество «сварных соединений толщиной 3—5 мм до­ стигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом [2, 7]. При выборе присадочного материала (электродной

проволоки) для дуговой сварки в среде защитных газов сле­ дует руководствоваться табл. 11.8. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка и обратным формированием, второй — с поперечными низкочастотными ко­ лебаниями электрода и механической подачей присадочной проволоки. Возможен и третий слой с поперечными колеба­ ниями электрода без присадочной проволоки со стороны об­ ратного формирования на небольшом режиме для обеспечения плавного перехода от шва к основному металлу.

Для увеличения проплавляющей способности дуги при арго­ нодуговой сварке сталей применяют активирующие флюсы (АФ). Применение АФ повышает проплавляющую способность дуги в 1,5—2 раза, что обеспечивает увеличение производитель­ ности процесса, повышение качества, возможность исключения разделки кромок и многопроходной сварки при толщинах 8— 10 мм [7]. Для сварки сталей рекомендуется применять флюс, представляющий смесь компонентов (Si02, NaF, ТЮ2, Ti, Сг20з). Эффективно применять АФ при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом среднеуглеродистых мартенситнобейнитных сталей, подвергнутых электрошлаковому и элек­ тронно-лучевому переплавам и требующих для обеспечения заданного провара увеличения сварочного тока по сравнению с металлом открытой выплавки. Сварку с АФ рекомендуется применять преимущественно механизированным способом для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при сварке с АФ рекомендуется применять из наибо­ лее стойких марок активированного вольфрама ВТ 15 или СВИ-1. Весьма целесообразно и эффективно сочетать примене­ ние АФ с поперечными низкочастотными колебаниями элек­ трода при выполнении поверхностных слоев шва для обеспече­ ния плавного перехода от шва к основному металлу.

После сварки, не позднее чем через 30 мин, «сварные соеди­ нения с ферритными швами подвергаются высокому отпуску при 600—650 °С в течение 2 ч. Затем производится окончатель­ ная термическая обработка по режиму основного металла.

Ряд ответственных конструкций из термически упрочненных среднеуглеродистых мартенситно-бейнитных сталей сваривают проволокой Св-08Х20Н9Г7Т в углекислом газе как в автомати­ ческом, так и полуавтоматическом режиме. При прочности ме­ талла шва 600 МПа достигают конструктивную равноценность сварных соединений основному металлу при высокой их надеж­ ности.

U.3,3. Сварка под' флюсом

Автоматическая сварка под флюсом рекомендуется при ^толщине свариваемого металла свыше 4 мм для прямолинейных и кольцевых (диаметром 80 мм и выше) соединений.