Структура сварных соединений: Структура и свойства сварных соединений

Содержание

Структура и свойства сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение двух или нескольких металических частей, выполненное сваркой. Сварное соединение состоит из основного (свариваемого) металла, металла околошовной зоны и металла сварного шва.

Такое разделение сварного соединения на отдельные зоны объясняется тем, что структура, а иногда и свойства металла шва и околошовной зоны отличаются от свариваемого металла в исходном состоянии. Рассмотрим в общем виде структуру и свойства металла в околошовной зоне сварного соединения низкоуглеродистой конструкционной стали.

Рис. 42. Температурные границы участков околошовной зоны сварного соединения (а) и связь их структуры с диаграммой состояния сплава железо — углерод (б).

Под воздействием тепла дуги прилегающие к шву участки основного металла нагреваются и структура его изменяется. Как выше указывалось, температура нагрева отдельных точек околошовной зоны различна и зависит от расстояния данной точки до расплавленного металла.

Точки, непосредственно прилегающие к расплавленному металлу, нагреваются до температуры, близкой к температуре плавления свариваемого металла. По мере удаления от шва температура нагрева уменьшается сначала резко, затем более плавно (рис. 42, а).

Характер структуры в отдельных участках околошовной зоны может быть определен из диаграммы состояния сплава железо — углерод (рис. 42,б).

В зависимости от температуры нагрева и, следовательно, структурных и физико-механических изменений в околошовной зоне различают следующие участки: 1 — неполного расплавления, 2 — перегрева, 3 — нормализации, 4 — неполной перекристаллизации, 5 — рекристаллизации и 6 — синеломкости, или термического старения. Микроструктура стали 15ХСНД (НЛ-2) и основных участков околошовной зоны показана на рис. 43.

Рис. 43. Микроструктура участков сварного соединения стали 15ХСНД: а — шов, б — участок перегрева основного металла, в — участок нормализации, г — участок неполной перекристаллизации, д — основной металл вдали от шва.

С точки зрения изменения механических свойств наибольший интерес представляет участок перегрева. Примыкая непосредственно к металлу шва, этот участок нагревается до наиболее высоких температур (выше 1100°С, до температуры плавления). Вследствие этого, несмотря на кратковременность пребывания при высоких температурах, в металле этого участка развивается крупное зерно.

В сварных соединениях из низкоуглеродистых и большинства низколегированных сталей рост зерна в околошовной зоне не оказывает заметного влияния на свойства металла.

Однако при сварке закаливающихся сталей последующее быстрое охлаждение околошовной зоны может вызвать закалку металла и образование структур, имеющих значительную твердость и хрупкость. В участке крупного зерна при этом могут образовываться крупные пластины мартенсита, способствующие возникновению холодных трещин.

СТРУКТУРА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Любое сварное соединение, выполняемое сваркой плавлением, нарушает структурную однородность прокатного, кованого млн лито­го металла, который может применяться для сварном конструкции. Такое сварное соединение имеет четыре степени неоднородности. В сварном соединении следует различать 3 зоны (рис. 4.1): I — литой металл шва, представляющий собой силав наплавленного (электро­дного) и расплавленного основного металлов; II — ЗТВ, представляю­щая собой «сэндвич» различных структур, образовавшихся в основ­ном металле в результате сварочного нагрева; III — не измененная нагревом текстура основного металла. Отсюда определяются и степе­ни неоднородности.

Рис. 4.1. Структурное проепие (‘парного соединения:

I — чеіил. ї жни: II — ,’ІІ’ІІ: 111 —основной чегллда: г — радиус перехода ог усилия к основному металлv

1- я степень — структурная неоднородность (крупнокристалличес­кий литой металл шва, набор видоизмененных нагревом структур в ЗТВ и неизмененная текстура основного металла).

2- я степень — химическая неоднородность. Она заключается в том, что очень часто для выполнения шва применяют электроды (или при­садочные материалы), по своему химическому составу отличающиеся от химического состава основного. металла. Кроме этого, перепад кон­центраций одного и того же элемента в основном металле и шве под влиянием термического цикла сварки может инициировать диффу­зионные процессы, приводящие иногда к созданию зон с повышенной концентрацией того или иного элемента (например, диффузионной прослойки в районе линии сплавления).

3- я степень — механическая неоднородность. Поскольку зоны свар­ного соединения имеют различную структуру и химический состав, то к лгнх зонах наблюдается различие механических свойств. Как правило, во многих случаях химический состав металла шва выбира­ют так, чтобы прочность металла шва была несколько ниже прочнос­ти основного металла. А для получения равнопрочного сварного со­единения недостаток прочности компенсируется увеличением сечения шва за счет усиления. Кроме этого, менее прочный металл шва при действии напряжений растяжения работает как «мягкая про­слойка*, приводя к получению в металле шва (особенно при щелевой разделке кромок) объемного напряженного состояния и увеличению предела прочности сварного соединения при растяжении, обеспечи­вая, таким образом, его равнопрочность даже при малой (технологи­ческой) высоте усиления шва.

4- я степень — геометрическая неоднородность, заключающаяся в изменении сечения из-за наличия усиления шва, которое может иметь разный радиус перехода г к основному металлу. При большой высоте усиления (низкая прочность металла шва) радиус перехода может быть мал, что при нагрузке соединения вызывает в месте пе­рехода высокую геометрическую концентрацию напряжений. Это, особенно в конструкциях из высокопрочных материалов, требует принятия специальных мер для увеличения радиуса перехода г (на­плавки «холостых» валиков — галтелей, специальной механической обработки и др.).

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Все рассмотренные способы сварки при своем использовании тре­буют соблюдения комплекса правил техники безопасности п охраны труда, которые должны отражаться в соответствующей технической документации и строго соблюдаться при проведении сварочных работ. …

ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Процесс сварки сопровождается развитием в металле сварных соеди­нений необратимых объемных изменений, в результате которых в конст­рукциях возникают остаточные деформации и напряжения. Являясь соб­ственными напряжениями, т. е. уравновешенными в любых сечениях …

КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Коррозия — это процесс разрушения металлов в результате взаи­модействия их с внешней средой. Термин ржавление применим только к коррозии железа и его сплавов с образованием продуктов коррозии, состо­ящих в основном …

Размещение беженцев в Александрии

Предлагаем расселение и помощь для беженцев в Александрии, для этого есть такая возможность:
Центральный бассейн города Александрии, ЧП Спортренд, на сегодняшний день есть свет, горячая вода(душ), если будут дети — возможен подогрев детского бассейна
Видео-обзор:

Дополнительно возможно размещение в промзоне Александрии, на площадях организации МСД — там есть холодная вода и свет-генератор.

Подходите к бассейну, со стороны стоматологической поликлиники(БАМа, Тынды) торец бассейна — постучать в обе двери, дежурит постоянно сторож, периодически для переодевания и других бытовых потребностей оказывается помощь ТО.

Контактный телефон: +380 98 169 1188

Структура и свойства сварных соединений » Все о металлургии

18.01.2016


Сварное соединение, выполненное сваркой плавлением, включает сварной шов, образующийся в результате кристаллизации сварочной ванны; зону сплавления, в которой металл при нагреве находился в твердожидком состоянии, зону термического влияния, где металл в твердом состоянии подвергался тепловому влиянию, вызывающему изменение структуры и свойств.
Литая юна (сварной шов) характеризуется литой структурой первичной кристаллизации, тип которой зависит от условий кристаллизации шва.
При сварке плавлением, согласно теории гетерогенного зародышеобразования, хорошее смачивание подложки расплавом способствует образованию центров кристаллизации, поскольку подложка содержит частично расплавленные зерна основного металла.
В зависимости от формы и расположения кристаллитов затвердевшего металла различают равноосную, столбчатую и дендритную структуру. При равноосной структуре зерна обычно не имеют определенной ориентации. Такая структура характерна для металла шва при его довольно быстром охлаждении, а столбчатая и дендритная структура — для швов при медленном охлаждении.
Направление роста кристаллов связано с интенсивностью отвода теплоты от ванны жидкого металла. Кристаллы растут перпендикулярно к границе сплавления в направлении, противоположном потоку тепла.
Существуют различные классификации сварочных макроструктур, наблюдаемых в процессах сварки плавлением. Практически все макроструктуры характеризуются наличием столбчатой зоны, которая может дополняться центральной зоной равноосных зерен.
Несмотря на то что расплав металла при сварке находится в турбулентном движении, существует неподвижный слой жидкого металла по краям ванны. Эта область характеризуется свойствами, отличными от свойств большей части сваренного металла, и может являться местом возникновения микротрещин, а также повышенной коррозионной чувствительности.
Jono термического влияния (ЗТВ) — область металла, примыкающая к сварному шву, в пределах которой вследствие теплового воздействия источника нагрева протекают фазовые и структурные превращения без оплавления. ЗТВ, как правило, имеет отличную от основного металла микроструктуру.
В ЗТВ выделяют околошовную зону (ОШЗ). Она располагается непосредственно у сварного шва и содержит крупные, в том числе оплавленные, зерна.
Поверхность сплавления отделяет металл шва с литой структурой от ЗТВ, нмеюшей структуру проката, литую или рекристаллизованную структуру. На металлографичеких шлифах сварного соединения она при небольших увеличениях наблюдается как линия или граница сплавления (ЛC).
Зона сплавления (ЗС) — это зона сварного соединения, где происходит сплавление наплавленного и основного металла. Распределение элементов по ширине ЗС определяется процессами перемешивания наплавленного и основного металла, диффузионного перераспределения элементов между твердой и жидкой фазами, а также в твердой фазе на стадии охлаждения.
При сварке металл в зоне термического влияния на границе литой зоны нагревается до температуры солидуса, в результате чего возможно оплавление сегрегационных зон, включений с низкой температурой плавления.
Основной металл не претерпевает изменений при сварке, однако превращения в ЗТВ зависят от его структуры, определяемой способом обработки металла (прокатка, литье, ковка, деформирование в холодном состоянии) и последующей термической обработкой (отжиг, нормализация, закалка с отпуском, закалка со старением и т.п.).
В зоне термического влияния металл подвержен неоднородному термоциклированию, в результате которого формируются структуры, характеризующиеся различными размерами зерен; степенью распада твердого раствори, коагуляции частиц избыточной фазы и рекристаллизацией при сварке деформированною металла.
Анализ разрушений сварных конструкций показывает, что многие из них происходят по околошовной зоне. Это объясняется тем, что сварной шов обычно более мощный, чем основной металл, a переходная зона ослаблена.
Зона термического влияния для различных видов сварки (дуговой, плазменной и электрошлаковой) имеет неоднородную структуру и значительные остаточные напряжения. Резкие изменения температуры в околошовной зоне приводят к существенным пластическим деформациям.
Сварка с помощью импульсных и модулированных источников сварочного тока позволяет уменьшить зону термического влияния, улучшить структуру металла шва, снизить количество дефектов.
На прочность сварного соединения влияют трещины, которые могут образовываться из-за градиента температур и возникающих в результате этого внутренних напряжений.
Элементы, расширяющие интервал между линиями ликвидуса и солидуса, повышают чувствительность к горячим трещинам, которые возникают главным образом в самом шве в момент его кристаллизации, когда шов находится в полутвердом состоянии. Так, углерод в сталях расширяет интервал кристаллизации и тем самым способствует образованию горячих трещин.
Холодные трещины в сталях возникают в результате мартенситного превращения. Поэтому легирующие элементы, способствующие переохлаждению аустенита до температуры мартенситного превращения в зонах, нагретых выше критической точки, способствуют образованию холодных трещин.
Углерод увеличивает объемный эффект мартенситного превращения и поэтому усиливает склонность стали к образованию холодных трещин.
В связи с этим содержанке углерода обычно лимитируют определенным значением не более 0,22—0,25 %.
Легированием литой зоны сварного шва различной по составу электродной проволокой можно формировать оптимальную структуру и создать шов, равнопрочный с основным металлом.
Динамические воздействия на сварочную ванну тепловым и электромагнитными ударами резко снижают количество пор, существенно повышают качество сварного соединения, уменьшают количество дефектов.
Для устранения неблагоприятного воздействия операции сварки сварные изделия подвергают термообработке (отпуску для снятия напряжений, нормализации). Однако из-за больших размеров сварных изделий осуществить это часто весьма затруднительно.
Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т.п. Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали. Поэтому строительная сталь — это низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода
При сварке легированных сталей химический состав металла сварного шва, обеспечивающий заданную структуру, определяют с помощью структурной диаграммы (рис. 19.7) по эквивалентным концентрациям хрома и никеля:

Поскольку формирование структуры в значительной мере зависит от условий кристаллизации, а структурная диаграмма разработана применительно к ручной дуговой сварке, то в большинстве случаев по структурной диаграмме возможна только качественная оценка,

Диаграмма Шеффлера дает представление о характере структуры сварного шва в зависимости от содержания в нем хрома и никеля, Согласно этой диаграмме существуют четыре области легирования, соответствующие неудовлетворительным свойствам металла шва (см. рис. 19.7):
— при высоком содержании хрома ферритная структура металла шва с крупным зерном характеризуется низкой вязкостью разрушения при комнатной температуре;
— мартенситная или мартенситосодержащая структура сварного шва склонна к образованию закалочных трещин;
— ферритная, аустенито-ферритная или аустенитная структура сварного шва с высоким содержанием хрома охрупчивается вследствие выделения σ-фазы;
— чисто аустенитная структура шва характеризуется склонностью к образованию кристаллизационных горячих трещин.
Важная роль диаграммы заключается и прогнозировании структуры сварного шва и его свойств при сварке легированных сталей присадочными материалами с иной концентрацией легирующих элементов.
При сварке сталей, поскольку состав металла шва и состав основного металла различаются по карбидообразующим элементам, возможно перераспределение углерода, обладающего повышенной диффузионной подвижностью по сравнению с другими компонентами стали.
Это может привести к формированию в области границы сплавления диффузионных прослоек: обезуглероженной со стороны металла, имеющего пониженное содержание карбидообразующих элементов, и с повышенным содержанием углерода со стороны металла, имеющего большое содержание карбидообразующих элементов.
Для предотвращения развития указанных процессов целесообразно использовать комплексное легирование металла шва хромом, молибденом, ванадием, вольфрамом, чтобы градиент концентраций по каждому элементу в зоне сплавления был минимальным.
При сварке сталей к термообработанном состоянии прочность сварного соединения определяется прочностью зоны разупрочнения. Более высокие свойства сварного соединения получают, используя режимы с малой погонной энергией.
Режимы сварки с заведомо большой погонной энергией способствуют более интенсивному формированию структур перегрева.
В неблагоприятных условиях сварка сталей может привести к повышению склонности к межкристаллитной коррозии. При нагреве металла в зоне термического влияния вблизи литой зоны до 550—650 °С на границах зерен образуются карбиды хрома, а приграничные области, как экспериментально установлено, обедняются хромом, что сопровождается падением коррозионной стойкости приграничных областей в узкой зоне сварного шва, развитием ножевой коррозии. Поэтому при изготовлении сварных конструкций, предназначенных для работы в агрессивных средах, используют хромоникелевые стали, стабилизированные титаном или ниобием.
При оптимальном соотношении Ti/C (Nb/C) — 10—17 в стабилизированных сталях углерод практически полностью связан и термодинамически прочные карбиды MeC, так что его содержание в аустените не превышает растворимости при комнатной температуре. В связи с этим выделение на границах зерен частиц карбида хрома и обеднение хромом приграничных областей в зоне термического влияния при сварке предотвращается, повышается стойкость к ножевой коррозии.
Ножевая коррозия не наблюдается также при сварке сталей, содержание углерода я которых не превышает 0,02—0,03 %.
Структура основного металла определяется технологией получения заготовок перед сваркой.
В зависимости от способа изготовления, режимов обработки давлением и термической обработки структура основного металла имеет дефекты различного вида.
Состояние основного металла отражается в первую очередь на склонности к меж кристаллитным разрушениям металла околошовной зоны. Как правило, исходный мелкозернистый металл менее подвержен разрушениям при сварке.
Структура основного металла оказывает заметное влияние на склонность к образованию горячих трещин в сварном соединении.
При сварке литых сплавов металл шва менее стоек против образования трещин, чем при сварке деформированных сплавов. Это связано в первую очередь с более крупнозернистой структурой шва при сварке литого сплава по сравнению с горячекатаным деформированным сплавом.
Большое значение имеет также вид термической обработки основного металла, предшествующий сварке. Так, при сварке сплавов ниобия в состоянии наклепа растрескивание сварных швов наблюдается чаще, чем при сварке тех же сплавов после отжига на снятие напряжений. Закалка и дисперсионное твердение никелевых сплавов, термически упрочняемых сплавов алюминия уменьшают стойкость металла сварных швов против образования горячих трещин по сравнению с металлом, не подвергнутым термической обработке.
При сварке плавлением металлов, в которых нет полиморфных превращений, разупрочнение зоны термического влияния неизбежно, поскольку в результате сварочного нагрева плотность дефектов в этой зоне уменьшается по сравнению с плотностью дефектов основного металла.
Зона термического влияния представляет собой область с неоднородной структурой, в которой деформированный металл претерпевает возврат и рекристаллизацию.
При сварке крупнозернистого рекристаллизованного металла или отливок в зоне термического влияния происходит рост зерна, или вторичная рекристаллизация.
Если свариваемый металл является полиморфным или легированным сплавом, то наряду со структурными изменениями в зоне термического влияния наблюдаются также фазовые превращения. Степень развития этих процессов в зоне термического влияния зависит от максимальной температуры нагрева слоя, длительности нахождения при температуре, превышающей температуру фазового или структурного превращения, скорости на фена и охлаждения.
Химическая неоднородность металла сварных соединений. Сварные соединения характеризуются наряду с неоднородностью структуры также химической неоднородностью, которая обусловлена неравновесными условиями кристаллизации, неполнотой протекании процессов диффузионной или конвективной гомогенизации расплава и выравнивающей диффузии в твердой фазе.
В литом сплаве обычно в макромасштабе развивается нормальная сегрегация с повышением концентрации примеси в направлении затвердевания. Увеличение протяженности зоны затвердевания при сварке сопровождается усилением нормальной сегрегации.
В металле сварных швов на микроуровне формируется также ячеистая и дендритная сегрегация — химическая неоднородность, связанная с соответствующими формами роста кристаллов.
Критическое состояние, при котором осуществляется переход от плоского фронта кристаллизации к ячеистому, определяется условием равенства градиента фактической температуры расплава G и градиента равновесной температуры ликвидуса расплава, обогащенного легирующими элементами, понижающими температуру плавления.
Градиент температур в твердой фазе и поверхностное натяжение на границе кристалл — расплав, определяющие отвод тепла через выступ на плоской поверхности, способствуют увеличению устойчивости плоского фронта.
Плоский фронт кристаллизации может сохраняться при наличии в расплаве некоторого концентрационного переохлаждения. Подавление образования ячеистой структуры в литом металле возможно в условиях медленного роста твердой фазы, позволяющего примеси диффундировать в расплав.
На начальной стадии затвердевания сварочной ванны, когда первые слои твердой фазы формируются на оплавленных зернах околошовной зоны, возможно существование плоского фронта. В связи с этим ячейки образуются на некотором расстоянии от нее, когда возникает зона концентрационного переохлаждения.
Неравновесное затвердевание сплавов систем эвтектического типа в области составов, соответствующих граничным твердым растворам, вначале происходит с образованием ячеек и дендритов. По достижении расплавом перед фронтом кристаллизации эвтектического состава в междендритных пространствах образуется эвтектика.
В литой зоне сварных швов молибденового сплава ЦМ2А (Mo — 0,015 Zr — 0,11 Ti — 0,003 С, %) при электронно-микроскопическом анализе на границах зерен обнаружены включения гексагонального карбида молибдена Mo2C эвтектического происхождения. В то же время предельная растворимость углерода в молибдене при эвтектической температуре составляет 0,12—0,14 %.
Эвтектические карбиды присутствуют в металле шва только при сварке с дополнительным подогревом расфокусированным электронным лучом, т.е. при низкой скорости охлаждения (-30 К/с) в интервале температур 2600—1600 °С.
Увеличение скорости охлаждений до 500—1000 К/с при затвердевании литой зоны сварного шва за счет применения электронно-лучевой сварки в непрерывном и импульсном режимах приводит к устранению эвтектических карбидов по границам зерен.
Таким образом, при кристаллизации сварных швов сплавов с эвтектической диаграммой состояния формируется ячеисто-дендритная структура с неравновесной эвтектикой.
Зависимость внутри кристаллической неоднородности химического состава от скорости охлаждения при кристаллизации можно представить в виде кривой с максимумом, соответствующим средним скоростям охлаждения.
При малых скоростях охлаждения неоднородность уменьшается за счет диффузионного выравнивания, при больших — за счет развития бездиффузионного процесса кристаллизации.
Высокоскоростное затвердевание при быстрой закалке сплавов из жидкого состояния позволяет получать мелкозернистые, химически однородные и аморфные структуры — так называемые металлические «стекла».
В диапазоне реальных скоростей охлаждения литого металла сварных швов, как и слитков (от единиц до сотен градусов в секунду), бездиффузионный механизм кристаллизации не реализуется. Элементный состав осей и пограничных зон ячеек и дендритов в слитках и сварных швах остается практически неизменным и определяется положением солидуса при соответствующей температуре затвердевания.
Увеличение скорости охлаждения приводит к измельчению элементов ячеисто-дендритной структуры.
В экспериментах по быстрой закалке малолегированных молибденовых и ниобиевых сплавов с добавками углерода и карбидообразующих метал лов (Mo—Zr, Ti—C, Nb—Zr—С) установлено формирование ячеистых структур при скоростях охлаждения до 5*10в5 К/с.
Таким образом, столь высокие скорости кристаллизации недостаточны для предотвращения ликвации в этих сплавах.
Степень дендритной неоднородности влитом металле определяется характером диаграмм состояния, а именно шириной температурного интервала кристаллизации, наклоном линий ликвидуса и солидуса. Увеличение коэффициента распределения приводит к сужению обогащенного примесью слоя по границам ячеек или зерен.
Повышенная склонность к старению литого металла сварных соединений обусловлена ячеисто-дендритной кристаллизацией, в результате которой концентрация легирующих элементов и примесей по границам ячеек намного превосходит их среднюю концентрацию в сплаве.
Распад твердого раствора в металле сварных швов происходит более интенсивно, с большей скоростью и большим эффектом упрочнения, чем в основном металле.
Микросегрегация, формирующаяся при кристаллизации, заметно отражается на структуре и свойствах сплавов, претерпевающих полиморфные превращения.
Рассмотрим сварные соединений низколегированной стали 09ХГ2НАБДЧ (% мас.): 0,10 С — 1,3 Mn — 0,39 Si — 0,47 Cr — 1,15 Ni — 0,6 Cu — 0,07 Nb — 0,035 Al, которую применяют для изготовления оборудования, работающего в наводороживающих средах, например при обустройстве газоконденсатных и нефтяных месторождений, содержащих сероводород.
Исследование металла шла после испытаний на замедлен нос разрушение при наводороживании показывает, что зарождение трещин происходит чаще всего по границам раздела перлитная колония — феррит, сульфид — матрица, выполняющим по отношению к водороду роль коллекторов и ловушек.
В работах, выполненных на инструментальных и хромоникелевых cлоях, суперсплавах никеля, алюминиевых сплавах, убедительно показано, что сверхмелкие зерна в быстрозакаленном литом металле (скорости затвердевания 10в5-10в6 К/с) разделены однорядными высокоугловыми границами. Малоугловые дислокационные границы являются элементами внутризеренного строения быстро-закаленного кристаллического металла.
Кристаллы литого металла, затвердевающие в неравновесных условиях при высоких скоростях охлаждения, содержат большое количество точечных и линейных дефектов.
Экспериментально установлено влияние скорости охлаждения при затвердевании на плотность дислокаций в образцах кремнистого железа, полученных спиннингованием расплава, а также путем проплавления листов электронным лучом на различных режимах.
Плотность дислокаций в литом быстрозакаленном металле на 1—2 порядка выше, чем в исходном рекристаллизованном. С увеличением скорости кристаллизации и дефектности металла подложки плотность дислокаций в литом металле возрастает.
После собирательной рекристаллизации (1200 °С, 5 ч; диаметр зерна -10 мм) плотность дислокаций составляет (3—4)*10в6 см-2.
В околошовной зоне вблизи линии оплавления диаметр зерна 0,2 мм, а плотность дислокаций равна (3—4)*10в7 см-2.
При кристаллизации сварного шва со скоростью охлаждения 600 К/с на крупнозернистой подложке плотность дислокаций достигает (5—6)*10в8 см-2, а на мелкозернистой подложке — (7—8)*10в8 см-2.
Быстрозакристаллизованный металл, полученный высокоскоростным охлаждением расплава со скоростями, достигающими 5*10в5 К/с, имеет плотность дислокаций (8—9)*10в8 см-2.
В литом металле сварных швов, где плотность вакансий из-за быстрого затвердевания и охлаждения в твердом состоянии повышена, полигонизация должна проходить более интенсивно. Однако, как правило, вследствие малой длительности пребывания металла выше температуры 0,4Tпл полигональная субструктура, формирующаяся при охлаждении расплава в литой зоне, несовершенна, процесс полигонизации проходит неоднородно.
Результаты измерения межзеренного проскальзывания по продольным границам кристаллитов в трех областях литой зоны сварного шва (вблизи линии оплавления, где кристаллиты ориентированы в основном хаотически; в зоне столбчатых кристаллитов, вытянутых в направлении теплоотвода; в центральной зоне шва) показали, что межзеренное проскальзывание как характеристика высокотемпературной деформации при сварке достигает максимальной величины в зоне столбчатых кристаллитов и существенно ниже в центральной зоне.
Уменьшение погонной энергии и переход от непрерывных режимов сварки к импульсным приводит к уменьшению длительности пребывания металла в области температур интенсивного межзеренного проскальзывания и, соответственно, к снижению вероятности образования горячих трещин.
Повышение технологической прочности при сварке аустенитных сталей за счет ограничения межзеренного проскальзывания достигается совместным легирование металла шва углеродом и ниобием в соотношении 1:10, которое является стехиометрическим для карбида ниобия NbC. Частицы тугоплавкого карбида препятствуют формированию в металле шва зоны столбчатых кристаллитов, где межзеренные сдвиги достигают максимальной величины.
Кроме того, в связи с торможением мигрирующих границ на карбидных частицах границы зерен приобретают сложную извилистую форму, что является эффективным способом предупреждения локальных разрушений сварных швов при эксплуатации.
Межзеренное проскальзывание в металле сварных соединений зависит от скорости деформации и длительности нахождения в температурном интервале хрупкости. Сокращение длительности пребывания металла в этом температурном интервале достигается за счет уменьшения погонной энергии сварки и применения теплоотводящих устройств.
Использование импульсных режимов сварки, режимов с малой погонной энергией, сильное переохлаждение сварочной ванны, электромагнитное или ультразвуковое перемешивание сварочной ванны приводят к измельчению структуры металла шва, уменьшают степень ликвации.
Таким образом, высокие скорости охлаждения при кристаллизации, достигаемые в результате увеличения скорости сварки и перехода от непрерывных режимов к импульсным, усиливают зубчатость границ и измельчение зерен, повышают технологическую пластичность при сварке.
Сварка быстрозакаленных алюминиевых сплавов. Применение сплавов на основе алюминия в разнообразных конструкциях связано обычно с использованием сварки.
Дисперсно-упрочненные алюминиевые сплавы, полученные методом компактирования быстрозакаленных порошков (RSR-метод) представляют новый класс алюминиевых сплавов с уникальными свойствами.
Эти сплавы соответствуют заэвтектической области системы Al-Fe с добавлением в качестве третьего легирующего элемента Mo, Ce или Ni. В результате быстрой закалки расплава подавляется образование грубых выделений первичной интерметаллидной фазы, и расплав затвердевает с формированием высокодисперсной, пересыщенной α-фазы и квазиэвтектики.
Оптимальные условия компактирования и термомеханической обработки быстрозакаленных граyул способствуют формированию высокодисперсных термически устойчивых дисперсоидов, которые обеспечивают высокий уровень прочности и других сервисных свойств полуфабрикатов.
Быстрозакаленный порошок сплава Al—8Fe—2Mo был получен методом центробежного распыления быстровращающегося электрода. Принудительное охлаждение гелием распыленных капель расплава, позволяющее достичь скорости охлаждения 10в4-10в6 К/с, препятствует образованию на поверхности оксидов, гидратов, обычно наблюдающихся при использовании метода газового распыления.
Листы сплава Al—8Fe—2Mo толщиной 0,65 мм с содержанием водорода ниже 1 ppm получали компактированием быстрозакаленных порошков в среде инертного газа с последующей термомеханической обработкой.
Электронно-лучевая сварка листов сплава Al—8Fe—2Mo %, полученных методом гранульной металлургии из быстрозакаленных микрослитков — гранул, проводилась с использованием электронного пучка различной удельной мощности.
Существует отчетливое различие между сварными швами, полученными при высокой и низкой подводимой мощности.
При электронно-лучевой сварке сплава Al—8Fe—2Ni% быстрая закалка расплавленной зоны обеспечивает возможность восстановления быстрозакаленной структуры литой зоны и уменьшения степени коагуляции структуры в соседней зоне термического влияния.
Сварные соединения листов сплава Al—8Fe—2Ni (% мас.) толщиной 1,27 мм, изготовленные с использованием электронного пучка, характеризуются эффективностью соединения, превышающей 70 %.
Сварные швы, полученные при высокой удельной мощности, характеризуются наличием я литой зоне двух различных областей: темной травящейся центральной области и светлой области, примыкающей к границе литой области. Исследование при большом увеличении показало, что центральная область состоит из равноосных зерен дисперсных дендритов α-Аl-матрицы. Несмотря на значительное различие температур плавления интерметаллидной фазы (-1150 °С) и α-Al (-650 °С), в центральной области литой зоны сварного шва происходит полное оплавление и последующее затвердевание.
Участки литой зоны вблизи ее границы с зоной термического влияния содержат довольно крупные частицы интерметаллидов и дендритные зерна α-Al-матрицы. Эта область с грубой структурой образуется вблизи поверхности плавления в результате снижения температуры расплава, препятствующего полному оплавлению и растворению дисперсных фаз.
He растворившиеся при оплавлении дисперсоиды и последующем при охлаждении служат центрами роста для образования грубых выделений интерметаллидов.
Ширина этой зоны сокращается при уменьшении подводимой мощности (увеличении скорости охлаждения) и существенно ограничивается при сварке с наиболее высокими скоростями.
Уменьшение энергии электронного луча сопровождается увеличением скорости охлаждения при затвердевании сварного шва, что приводит к повышению дисперсности структуры расплавленной зоны, содержащей первичные интерметаллидные выделения и дендриты α-Al.
Сварной шов, полученный при минимальной энергии электронного луча, характеризуется максимальным повышением твердости по сравнению с основным металлом, эффективности соединения (превышает 85 %) при приемлемой пластичности. Использование сварки при минимальной подводимой энергии предотвращает образование области грубой структуры в зоне термического влияния вблизи границы литой зоны, которая является ослабленным участком сварного соединения при повышенной энергии электронного луча.
Разрушение сварного шва в области с грубой структурой происходит по границам грубых интерметаллических выявлений в α-Al-матрице,
Сварные швы, полученные при минимальном уровне подводимой мощности, имеют два участка различной травимости влитой зоне (темный и светлый).
Темный участок состоит из дисперсных, равноосных первичных интерметаллидов в матрице с дисперсными дендритными зернами α-Al, дисперсность которых повышается с понижением подводимой мощности и, соответственно, с ростом скорости охлаждения.
Светлые участки микроструктуры литой зоны состоят из высокодисперсных первичных интерметаллидов, расположенных ка больших расстояниях друг от друга и служащих центрами зарождения для больших равноосных зерен дисперсной фазы α-Al и эвтектики.
Несмотря на то что максимальные скорости охлаждения составляли 10в4-10в5 К/с, зарождение первичных интерметаллидов в этой зоне не удалось полностью подавить.
Зона термического влияния вблизи границы литой зоны характеризуется существенной коагуляцией дисперсных фаз.
Увеличение скорости охлаждения при сварке с более высокой скоростью перемещения электронного пучка приводит к повышению твердости литой зоны, что согласуется с выявленным повышением дисперсности микростуктуры.
В сварных швах, полученных при низкой подводимой энергии, наряду с повышенной твердостью литой зоны сварного шва по сравнению с основным металлом, отсутствует пограничная литая область с грубой структурой и наблюдается пониженная твердость в зоне термического влияния сварного шва (рис. 19.8).

Такой уровень твердости сравним со значениями твердости, характерными для участка литой зоны с грубой структурой и зоны термического влияния для сварных швов, полученных при высокой подводимой мощности.
Механические испытания поперечных образцов сварных швов, полученных при наименьшей подводимой мощности, выявили высокую эффективность соединения, превышающую 85 % (прочность на растяжение 360 МПа), что отражает повышение более чем на 70 % значений соответствующих величин для сварных швов, полученных при высокой подводимой мощности.
При испытаниях на растяжение установлено паление пластичности а зоне термического влияния сварного шва по сравнению с пластичностью основного металла (удлинение — 1,6 % и 9,7 % соответственно).
Зарождение трещин в этих сварных швах происходит вблизи линии сплавления.
Экспериментальные результаты показывают, что при электронно-лучевой сварке тонких листов, изготовленных компактированием быстро закаленных порошков сплава Al—SFc-2Мо, формируются сварные швы высокой плотности, свободные от дефектов.
Электронно-лучевая сварка листов быстрозакаленного сплава Al—8Fe—2Мо толщиной 0.65 мм с параметрами, обеспечивающими максимальные скорости затвердевания и охлаждения, позволяет достичь оптимальной прочности литой зоны и зоны термического влияния, устранения пограничного участка литой зоны с грубой структурой.
Уменьшение подводимой мощности при сварке обеспечивает получение высокодисперсной микроструктуры, которая обладает высокой твердостью и прочностью. Коагуляция дисперсоидов и сопутствующее снижение прочности в зоне термического влияния сварного шва обусловливает преимущественное разрушение в этой области.

Строение сварных соединений | Сварка и сварщик

В процессе дуговой сварки происходит расплавление основного и присадочного материала, образуется жидкая сварочная ванна, при затвердевании которой формируется сварное соединение. Рассмотрим более детально особенности процесса плавления и кристаллизации при сварке. В отличие от большой металлургии, размеры сварочной ванны небольшие, время нахождения металла в жидком состоянии мало, одновременно происходят процессы нагрева и кристаллизации металла, в результате неравномерности нагрева и охлаждения возникают значительные внутренние напряжения. Сварочную ванну условно можно разделить на две части (см. рисунок ниже): головная (АВ и САД), в которой происходит нагрев и плавление основного металла и хвостовая (ВК и СКД), в которой идут процессы охлаждения, кристаллизации и формирования сварного шва. Фронтом кристаллизации служат стенки сварочной ванны, форма которой происходит по нормали к поверхности фронта.

Скорость роста кристаллов на разных участках ванны — разная. В точках В, С и Д Vкр = 0, а в точке К Vкр = Vсв. Во всех других точках хвостовой части ванны она будет меняться от 0 до Vcв. При этом растущие столбчатые или дендритные кристаллы будут изгибаться в сторону движения дуги. Вследствие избирательности процесса кристаллизации перед фронтом будет накапливаться примесь и центральные части шва будут обогащены примесью. В зависимости от формы сварочной ванны (глубокая и узкая) кристаллы будут расти навстречу друг другу, образовывая транскристаллитную структуру, которая крайне не желательна, поскольку может вызвать образование трещин в середине шва. Для измельчения крупно дендритной литой структуры сварных швов применяют:

— модифицирование — введение в сварочную ванну готовых центров кристаллизации, в виде порошков тугоплавких металлов;

— применение в процессе сварки механических колебаний ванны, или электромагнитного перемешивания жидкого металла;

— применение, по возможности многопроходных швов. термическая или термомеханическая обработка сварного шва.

Кроме расплавления металла сварочный источник воздействует также на основной металл. Количество вносимого тепла определяется погонной энергией источника: отношение мощности к скорости сварки (q/v) Процесс распространения тепла описывается температурными полями. Температурным полем называют совокупность значений температуры в данный момент во всех точках пространства (тела). Температурное поле удобно характеризовать изотермами. Изотермические поверхности являются геометрическими местами точек тела, имеющими одинаковую температуру. Геометрические места точек пересечения изотермической поверхности с какой-либо поверхностью является изотермой. В частном случае нагрева металлического листа каким-либо неподвижным сосредоточенным сварочным источником тепла (дугой, газовым пламенем, электронным лучом) изотермы на наружной поверхности будут представляться окружностями. При этом каждая точка основного металла, находящаяся на некотором расстоянии от оси шва, будет вначале нагреваться, а затем охлаждаться. Кривая, описывающая изменения температуры точки во времени называется термическим циклом. Основными характеристиками термического цикла есть: максимальная температура, время нагрева, время охлаждения Особенно важными параметрами является максимальная температура, так как она определяет возможность протекания структурных превращений в металле и время охлаждения, которое связано со скоростью охлаждения — одним из основных факторов вероятности получения закалочных структур.

Металл однопроходного шва имеет структуру литой стали. При многослойном сваривании последний шов имеет крупнозернистую структуру литой стали, а предыдущие швы, вследствие термического действия — структуру с мелкими зернами феррита и перлита. После процесса кристаллизации и перитектического преобразова-ния шов имеет структуру аустенита, зерна которого образовываются на границах первичных столбчатых кристаллов. При снижении температуры структурных изменений не будет до температуры Аr3. Потом начнутся преобразования в твердой фазе — вторичная кристаллизация. Будет выделяться феррит, а аустенит будет обогащаться углеродом и при температуре 727°С произойдет эвтектоидное преобразование As → Фр + Цк. Высокие скорости охлаждения металла сварного шва влияют на характер преобразований, которые рассматривались для равновесных условий. Необходимо следующие особенности вторичных преобразований:

1. Феррит, что выделяется при переходе через температуру, что характеризуется линией GS не успевает весь выделиться и потому аустенит в момент эвтектоидного преобразования будет иметь меньше углерода чем 0,8%.

2. В результате эвтектоидного преобразования образовывается большее количество перлита с меньшим содержимым углерода, чем при равновесных превращениях (за счет смещения точки S вниз и влево).

3. Образовывается перлит, который имеет более тонкое строение. Скорость охлаждения металла шва изменяется в очень широких границах. В начальный момент она составляет 200 — 300 град/с, а затем быстро снижается.

Таким образом, зоны металла, которые имели большую скорость охлаждения, будут иметь мелкозернистую перлитную структуру, причем количество перлита будет больше чем при равновесных условиях. По химическом составу металл шва обычно отличается от основного металла, так как имеет литую структуру, которая имеет худшие механические свойства, чем основный металл, и для обеспечения условия равнопрочности металл шва легируют специальными элементами, которые повышают его механические свойства. Кроме этого, как правило, металл шва всегда имеет меньшее содержание углерода, чем основный металл, благодаря особым условиям, которые имеют место при сварке.

Зона основного металла, в которой за счет нагрева и охлаждения происходят изменения структуры и свойств, называется зоной термического влияния (ЗТВ). Ширина зоны заканчивается температурой около 100°С. и, при сварке может изменяться в зависимости от режима и способа сварки от десятых долей миллиметра до 40 — 50 мм.

При сварке низкоуглеродных сталей (0,1 — 0,25% С) ЗТВ в основном состоит из таких участков:

1. Участок неполного расплавления — это зона металла, который нагревался до температур, которые лежат между линиями солидус и ликвидус. При дуговых методах сварки участок небольшой и крайне трудно различим.

2. Участок перегрева — включает металл, который нагревался от 1100 – 1200°С до температуры солидус, характеризуется крупным зерном и низкими механическими свойствами. Часто в перлите наблюдаются пластинки феррита, которые выделились под углом 120° (такая структура носит название видмандштеттова). Участок сплавления и участок перегрева вместе называются еще околошовной зоной (ОШЗ). В ОШЗ структура и свойства резко отличаются от основного металла: снижается пластичность и ударная вязкость, образовываются горячие и холодные трещины.

3. Участок нормализации — включает металл, который был нагрет выше температуры (Ас3) до – 1100 — 1200°С. Процессы перекристаллизации дают мелкие зерна аустенита, которые не успевают вырасти и при превращении дают мелкие зерна феррита и перлита. Эта структура и участок имеет очень хорошие механические свойства.

4. Участок неполной перекристаллизации — зона металла, который был нагрет между температурами 727°С (Aс1) и Ас3. На этом участке могут быть крупные зерна феррита, который не прошел перекристаллизацию, а также мелкие зерна перлита, которые образовались с аустенита, поэтому этот участок имеет относительно невысокие механические свойства.

5. Участок рекристаллизации — металл нагрет выше температуры рекристаллизации (для железа Трек = 0,4 Тпл = 450°С) и до 727°С. Если металл не имел холодной пластической деформации перед сваркой, то этого участка не существует, а если такая деформация имела место, то получим крупные зерна, феррита и перлита, причем размер зерен будет определятся степенью пластической деформации.

6. Участок синеломкости — металл нагрет от 100°С до 500°С. Этот участок не имеет видимого изменения структуры, тем не менее характеризуется снижением пластических свойств, которое вызвано выделением с твердого раствора феррита субмикроскопических частичек различных примесей, которые располагаются по границам зерен.

В ЗТВ проходят также диффузные процессы. В зависимости от температуры и времени выдержки можно наблюдать диффузию углерода и иных элементов с ОШЗ и наоборот. Примером такого процесса есть проникновение меди в основный металл при наплавке меди на сталь, снижение содержания углерода в ОШЗ при наплавке швами, которые содержат элементы, с которыми углерод образовывает нерастворимые соединения (карбиды).

Строение сварного соединения

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки

Соединение, выполняемое сваркой плавлением, состоит из четырех зон: наплавленного металла; сплавления; термического влияния; основного металла (см. рис. 1 «Схематически строение сварного соединения при дуговой сварке стали»).

Рис. 1. Схематически строение сварного соединения при дуговой сварке стали: А — зона наплавленного металла, Б — зона сплавления, В — зона термического влияния, Г — зона основного металла.

Зона наплавленного металла представляет собой перемешанный в жидком состоянии с основным металлом материал электрода или присадочной проволоки.

Зона сплавления — это слой основного металла толщиной 0,1…0,4 мм с частично оплавленными зернами. Перегрев металла в этой зоне приводит к образованию, игольчатой структуры, отличающейся хрупкостью и пониженной прочностью, и оказывает значительное влияние на свойства соединения в целом.

Зона термического влияния состоит из четырех участков (1…4), различающихся структурой. Участок перегрева 1 — область основного металла, нагретого до 1100…1450 °С и имеющего крупнозернистую структуру с площадью поверхности зерна, до 12 раз превышающую площадь исходных зерен. Перегрев снижает механические свойства металла, главным образом пластичность и вязкость. Разрушение сварного соединения обычно происходит по этому участку, ширина которого достигает 3…4 мм.

Участок нормализации 2 — область основного металла, нагретого до 900… 1100 °С. Благодаря мелкозернистой структуре механические свойства металла на этом участке выше по сравнению с основным металлом. Ширина участка составляет 1…4 мм.

Участок неполной перекристаллизации 3 — область основного металла, нагретого до 725…900 °С; состоит из мелких и крупных зерен. Неравномерное кристаллическое строение приводит к снижению механических свойств.

Участок рекристаллизации 4 — область основного металла, нагретого до 450…725 °С. При этих температурах происходит восстановление формы зерен, деформированных в результате предыдущего механического воздействия (при прокатке, штамповке и др.). Ширина зоны термического влияния зависит от удельной энергии ез, введенной в заготовку, и вида сварки (например, при ручной дуговой сварке качественными электродами она составляет 5…7 мм).

Зона основного металла условно начинается от границы с температурой 450 °С. Структура при температурах ниже 450 °С не отличается от структуры исходного металла, однако сталь, нагретая до температур 200…400 °С, обладает худшими механическими свойствами, что объясняется выпадением по границам зерен оксидов и нитридов, ослабляющим связь между зернами. Это явление, вызывающее понижение пластичности и ударной вязкости при одновременном повышении прочности металла, называется синеломкостью (характерны синие цвета побежалости).

Другие страницы по теме

Строение сварного соединения

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

Структура сварных соединений сталей — Энциклопедия по машиностроению XXL

СТРУКТУРА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЕЙ  [c.34]

Раздел 4. Структура сварных соединений сталей  [c.277]

Рассмотрим термический цикл и структуру сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистой стали (рис. 18).  [c.29]

Так, тип первичной микроструктуры в центральных зонах швов сварных соединений стали зависит от состава и скорости сварки. При изменении скорости сварки от 1,4 до 14 мм/с низколегированных сталей с 0,1…0,25% С первичная структура изменяется от неустойчивой ячеистой до ячеисто-дендритной, а при сварке среднелегированных сталей с 0,3% С и более — от ячеисто-дендритной до развитой равноосной дендритной.  [c.455]


Механические свойства сталей и сплавов определяются их химическим составом, структурой и отсутствием или наличием различного типа дефектов. Вьппе бьши рассмотрены основные типы и виды дефектов, характерные для сварных соединений. В настоящем разделе остановимся на рассмотрении ряда особенностей, связанных с неоднородностью химического состава и структуры сварных соединений, которые определяют механические характеристики металла шва, зоны термического влияния, зоны сплавления и других локальных участков. При этом необходимо иметь в виду, что развитие дефектов происходит именно в данных участках, а работоспособность сварных соединений определяется комплексом сложных процессов, связанных с механическими характеристиками металла различных зон, геометрическими размерами последних, видом и условиями нагружения, типом дефекта и др.  [c.13]

Сталь обладает ограниченной стойкостью против окисления (не выше 700— 750° С). Применение никелевого электролитического покрытия порядка 0,05 мм. обеспечивает надежную работу в эксплуатации при температурах порядка 800° С. Сталь удовлетворительно сваривается, когда имеет мелкозернистую однородную структуру, сварные соединения выдерживают высокие нагрузки.  [c.165]

Конструкционная способность деталей к перенесению ударных нагрузок зависит от однородности структуры металла. В толстостенных деталях из перлитных сталей такая однородность достигается благодаря полной равномерной прокаливаемости. Для достижения однородной структуры сварных соединений применяют термическую обработку с полной фазовой перекристаллизацией.  [c.207]

Наиболее распространенным и опасным дефектом сварных соединений сталей являются хо юдные трещины в зоне термического влияния и металле шва, возникающие в закаленной структуре под влиянием водорода и сварочных напряжений.  [c.292]

В связи с невозможностью измельчения структуры ферритных сталей методами термической обработки хрупкость их сварных соединений является необратимой. Термическая обработка, применяемая для сварных соединений сталей ферритного класса, положительно сказывается в основном на снижении уровня остаточных напряжений. Отжиг при 760 °С является универсальным для сталей ферритного класса. При этой температуре практически полностью релаксируют остаточные напряжения. Этот режим способствует также снижению склонности к межкристаллитной коррозии.  [c.341]


В атласе описаны методы металлографии, способы приготовления шлифов для макро- и микроанализа, приведены сведения о количественном и качественном анализе структур. Широко представлены макро- и микроструктуры сварных соединений углеродистых, среднелегированных и высоколегированных сталей, чугуна и цветных металлов, выполненных различными способами сварки плавлением н давлением. Даны иллюстрации структур сварных соединений разнородных металлов, структур плакирующих слоев, зон сплавления и зон термического влияния при наплавке, а также структур, образующихся при термической резке. Показана возможность металлографического анализа для объяснения причин разрушения сварных соединений.  [c.4]

В структуре сварного соединения отсутствует литой металл. Плоскость, в которой образуется соединение мягких углеродистых сталей, обнаруживается по обезуглероженной полоске. К ней примыкает участок с обычной структурой перегрева. Тепловложение больше, чем при точечной или рельефной сварке. Поэтому при стыковой сварке зона термического влияния шире, а скорость охлаждения меньше. Структура сварных соединений легированных сталей зависит от характера протекающих в них превращений.  [c.48]

В сварных соединениях углеродистых, низколегированных и аустенитных сталей в результате неодновременности перехода жидкого металла в твердое состояние и неравномерного нагрева около-шовной зоны возникают внутренние напряжения, которые могут вызвать коробление или образование трещин. Для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры сварных соединений перлитных сталей проводят отпуск или полную термообработку — нормализацию с отпуском (табл. 5.2).  [c.148]

В сварных соединениях сталей с феррито-перлитной структурой степень теплового охрупчивания металла около-шовной зоны и особенно сварного шва суп ественно выше, чем основного металла. Степень охрупчивания металла возрастает по мере повышения в его структуре продуктов промежуточного (бейнит) и особенно сдвигового превращения (мартенсит). В этих условиях режимы сварки, вызывающие появление в стали закалочных структур, обусловливают повышенную склонность сварных соединений к тепловой хрупкости.  [c.158]

Переводя дефектную структуру в гомогенную и измельчая зерна, ТЦО значительна Снижает внутренние напряжения и способствует снижению уровня концентрации водорода в зоне сварного соединения основного потенциального источника зарождения холодных трещин. Все это снижает температуру перехода стали в хрупкое состояние, повышает вязкость разрушения. Так, данные по изменению критической температуры хладноломкости сварных соединений сталей 40Х и 22К приведены в табл. 7.9.  [c.222]

Структура и свойства сварных соединений стали ВНС-17 после ТЦО/  [c.251]

Характерной и допустимой структурой сварных соединений высоколегированных сталей является  [c.302]

Структуры сварных соединений различных сталей рассмотрены в гл. 2—4.  [c.302]

В результате проведения ТЦО в описанном режиме структура сварного соединения сталей Р6М5 и 45 практически не имеет ферритной прослойки, так как за непродолжительное время ТЦО и при нагревах до меньших температур, чем при отжиге, углерод не успевает диффундировать в быстрорежущую часть заготовки. Механические испытания сварных соединений, обработанных в режиме ТЦО с нагревами в соляной ванне, вновь показали, что сварные швы после ТЦО обладают повышенной прочностью (табл. 7.12). Инструмент, при изготовлении ко-  [c.226]

Структура сварных соединений стали хромансиль, как и других низколегированных сталей перлитного класса, имеет четыре основных участка а) околошовную зону с крупнозернистой структурой, характерной для перегретого металла б) участок полной перекристаллизации в) участок неполной перекристаллизации, г) участок рекристаллизации или отпуска. В структуре перегретого металла характерными являются неоднородные сорбито-троосгитиые структуры с выделением феррита, как это обычно имеет место в видманштеттовой структуре. Отпуск сварного соединения, не изменяя обшей ориентации микроструктуры, приводит к образованию более стабильных феррито-перлит-ных структур.  [c.210]


Учитывая механохимическую неоднородность, к основным факторам, определяющим уровень работоспособности разнородных сварных соединений сталей типа 15Х5М при высокотемпературной эксплуатации в агрессивных средах, можно отнести длительную прочность и пластичность сварных соединений, стабильность структуры металла шва и зоны сплавления металлов разного легирования, коррозионную стойкость отдельных участков сварных соединений.  [c.88]

Выявлены закономерности формирования структурь сварных соединений из жаропрочных хромомолибденовы> сталей типа 15Х5М, изучена кинетика фазовых и струю7р-ных превращений в околошовных зонах при регулированик термических циклов сварки.  [c.100]

Скорость роста трещины усталости в сварных соединениях при низких температурах такая же или меньше, чем при комнатной температуре и очень близка к значениям этой характеристики у основного металла при соответствующих температурах (рис. 3 и 4). Исключением являются сварные образцы стали Pyromet 538, выполненные дуговой сваркой вольфрамовым электродом, у которых скорость роста трещины усталости при низкой температуре оказалась выше, чем при комнатной. Поскольку значения ао,2 и Ов возрастают при снижении температуры, более низкие значения скорости роста трещины усталости при низкой температуре рассматриваются как нормальное явление. Повышение скорости роста трещины в сварных соединениях стали Pyromet 538, однако, происходит в материале, в структуре которого имеются б-феррит и аустенит последний неустойчив при низких температурах. Таким образом, очевидно, что наличие б-феррита и (или) локальное превращение аустенита в мартенсит под влиянием деформации приводит к увеличению скорости роста трещины усталости в этой стали.  [c.249]

Характерные для швов, сваренных с ЭМП, отличия в структуре и распределении легирующих элементов дополняются при сварке материалов, претерпевающих полиморфные превращения в твердой фазе, благоприятным изменением характера выделения продуктов распада первичной структуры, что делает конечную структуру более однородной. Это приводит к повышению ударной вязкости металла шва при сварке с ЭМП, например, сплава ВТ6С (на образцах, подвергнутых старению) с 5 кгс м/см до 7,55 кгс м см и снижению порога хладноломкости сварных соединений стали 09Г2С с минус 60 до минус 70° С.  [c.29]

Объектом исследования послужил металл кольцевой пробы, сопутствующей промышленному аппарату. Кольцевая проба представляла собой сварное соединение концевой части сосуда из стали марки 22ХЗМ с рулонной обечайкой из стали марки 10Г2С1. Структура сварного соединения с наложенной на нее схемой вырезки образцов и расположением надреза, представленная на рис. Ij показы-  [c.367]

Сварка стали ЗОХГСА. Электрошлаковая сварка стали ЗОГСА в отличие от обычной дуговой сварки позволяет сваривать детали значительной толщины без трещин в металле шва, околошовной зоне, а также без закалочных структур в основном металле. Механические свойства различных зон сварного соединения стали ЗОХГСА, выполненного электрошлаковым способом электродной проволокой Св-18ХМА, после закалки в масле с температурой 880° С с последующим отпуском при температуре 550° С равнозначны прочности основного металла.  [c.524]

Представляют интерес проведенные дополнительно испытания сварных соединений стали Х18Н10Т разных плавок с однофазной аустенитной и двухфазной аустенито-ферритной структурой. Они не выявили благоприятного влияния ферритной фазы на стойкость против локальных разрушений. Пластичность образцов обеих серий была примерно одинакова трещины при наличии ферритной фазы развиваются преимущественно по межзеренной границе феррит-аустенит (рис. 123). Поэтому хотя присутствие первичного  [c.235]

Чем меньше протяженность диффузионных прослоек, тем ниже температура перехода от хрупкого излома к пластичному. Так, после отпуска сварного соединения стали 35ХНЗМ со швом типа ЭА-2 при 700° С длительностью 10 ч пластичные разрушения наблюдаются уже при температуре 200° С и выше, в то время как при более развитых прослойках после отпуска длительностью 20 ч они наступают лишь при 500° С. Если в качестве перлитной составляющей используется стабилизированная перлитная сталь, не склонная в разнородных соединениях к образованию диффузионных прослоек, например сталь 25ХЗВМФ, то пластичные разрушения сохраняются во всем интервале температур 20— 600° С. В то же время при сварке этой стали электродами типа ЭА-1 и в этих сварных соединениях при комнатной и особенно низких температурах могут возникать хрупкие разрушения, но уже за счет появления в зоне сплавления кристаллизационных прослоек, имеющих мартенситную структуру.  [c.255]

Из рассмотрения структур переходных зон в сварном соединении сталей Х17 и Х17Т (рис. 96 и 100) следует, что сталь с титаном не имеет мартенситной составляющей по границам зерен, которая наблюдается у стали Х17.  [c.176]

Рис. 5.16. Особенности микроструктуры металла зон сварного соединения стали 12Х1МФ со швом 09ХМФ до и после проведения ВТО, rf -размер карбидных частиц, мкм ф — сфероидизация перлитной составляющей структуры, балл [19] N МШ, ЗТВ, ОМ, оз, рп, зн — см. 1.2)

Структура сварных соединений жаропрочных аустенитиых сталей состоит из аустенита или аустенита с небольшим количеством феррита (рис. 5.3). На участке 3 происходит нагрев до 1200 °С, вызывающий рост зерна. На участке, нагретом от 400 до 850 С, возможно выпадение карбидов из аустенита. В сварных соединениях аустенитных сталей, особенно при больших толщинах свариваемых деталей, могут возникать горячие и холодные трещины. Горячке трещины образуются вследствие высоких растягивающих напряжений, обусловленных усадкой металла с большим коэффициентом линейного расширения.  [c.148]

Сварные соединения сталей аустенитного класса стабилизация при 780—820° и.ш аустенизация 10U0—110и° (нагрев в ншернале 500—900° со скоростью не менее 100°/ч) для снятия напряжений, выравнивания структуры и свойств. Сварные соединения мартенсит кого или феррит-ного-класса — отпуск при 700—800°  [c.6]

Размер зерна также оказывает значительное влияние на хладноломкость. Крупнозернистая структура сталей и сплавов с решеткой ОЦК сильнее подвержена хладноломкости, чем мелкозернистая структура. Сварные соединения углеродистой и малолегированных сталей обладают большей хладноломкостью, чем основной материал (см., например, рис. 42).  [c.33]

Полная термообработка сварных изделий производится с целью изменить структуру сварного соединения. Температура и скорость нагрева, время выдержки и способ охлаждения выбирают в зависимости от марки свариваемых сталей, толщины стенок и назначения конструкции. Эгот вид термообработки достаточно сложен и может рекомендоваться для особо ответственных изделий в необходимых случаях.  [c.287]

Ножевая коррозия, т. е. межкристаллическое разрушение, сосредоточенное в узкой околошовной зоне, была исследована в сварных соединениях стали Х18Н10Т с целью выяснения влияния на нее феррита. Исследования [141] показали, что возникновение и развитие этой коррозии в сварных соединениях нержавеющей стали типа 18-10, стабилизированной титаном, зависит от наличия в структуре околошовной зоны феррита. При содержании около 15—18% феррита в околошовной зоне ножевая коррозия в кипящей 65%-ной азотной кислоте практически не наблюдается. Уменьшение скорости ножевой коррозии при наличии в структуре феррита объясняется увеличением общей протяженности границ зерен в присутствии островков феррита. Следовательно, общая протяженность анодных участков на границах зерен уменьшается. Содержание хрома в феррите выше, чем в находящемся в равновесии аустените. Поэтому выделение карбидов хрома (или другой фазы, богатой хромом) происходит вследствие диффузии хрома из феррита. Скорость диффузии в ферритной решетке значительно выше, чем в аустенитной. Вследствие этого не происходит значительного обеднения границ зерен хромом и потери ими коррозионной стойкости.  [c.219]

Такой относительно высокнй уровень остаточных напряжений, сочетающийся с низкой релаксационной способностью аустенитных сталей, требует особого подхода к режиму термообработки сварных конструкций из аустенитных сталей (см. ниже), целью которой является не только снижение до минимального уровня сварочных напряжений, но и снятие самонаклепа, а также возможно более полная гомогенизация физических свойств и структуры сварного соединения.  [c.98]

Каховский Н. И, О структуре н свойствах околошовной зоны сварных соединений стали 2X13. Автоматическая сварка , 1958, Лэ 2.  [c.175]


Структура и свойства сварных соединений металлов и сплавов

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ  [c.11]

Структура и свойства сварного соединения. Металл шва сварного соединения алюминия, так же как и стали, имеет столбчатое строение (рис. 11-1). Однако поперечные размеры кристаллитов намного больше. В околошовной зоне в процессе сварки происходит рекристаллизация металла преимуш,ественно в направлении проката. Рекристаллизация сопровождается некоторым снижением твердости (рис. 11-2). Кроме основы — твердого раствора алюминия, содержатся отдельные интерметаллические соединения алюминия с железом и кремнием. При сварке алюминиевомагниевых сплавов обнаруживаются соединения алюминия с марганцем и магнием, а также фазы более сложного состава, содержащие примеси железа и кремния (рис. 11-3).  [c.640]


Газовая сварка деталей из алюминиевых сплавов характеризуется большим тепловым воздействием пламени на свариваемый металл, что может приводить к изменению структуры и свойств сварных соединений. При сварке деталей из алюминиевых сплавов очень важно правильно выбрать мощность горелки и диаметр присадочного материала. Связь между этими параметрами характеризуется данными, которые приводятся в табл. 27.  [c.195]

Путем термообработки можно в широких пределах изменять физические и механические свойства большей части промышленных сплавов. Возможность изменения свойств сплавов путем термообработки, их свариваемость, структура и свойства сварных соединений и, что очень важно, возможность получения надежного соединения при сварке сплавов на основе разных металлов определяются природой сплавов, их строением, фазовым состоянием и составом, изменениями, происходящими при нагреве и охлаждении как в процессе термообработки, так и в процессе сварки.  [c.39]

Основные проблемы повышения конструктивной прочности сварных изделий из перлитных и мартенситных сталей и а- и а+р-сплавов титана связаны с высокой склонностью этих материалов к образованию холодных трещин при сварке и задержанному разрушению, а также с понижением пластичности и прочности соединений в сравнении с основным металлом. В ряде случаев известные методы упрочнения за счет легирования и термической обработки не позволяют удовлетворительно решать эту проблему без специальных методов регулирования структуры и свойств сварных соединений в процессе сварки. Указанные стали и сплавы титана обладают повышенной реакцией на термический цикл сварки, в результате чего в околошовной зоне, шве и других участках сварных соединений происходят неблагоприятные изменения структуры и свойств. К основным явлениям, лимитирующим повышение конструктивной прочности сварных изделий из этих материалов, следует отнести развитие химической и физической неоднородности в сварных швах (внутрикристаллическая неоднородность, полигонизация), в околошовной зоне (рост зерна, перегрев) и на границе сплавления, образование хрупких закалочных структур в шве и околошовной зоне, разупрочнение основного металла в участках высокого отпуска или рекристаллизации обработки и т. д.  [c.8]


Сплавы системы магний — марганец (МЛ2, MAI) характеризуются хорошей свариваемостью. Кристаллизационные трещины в них при газовой сварке не образуются. Однако механические свойства сварных соединений из этих сплавов невысокие из-за образования крупнозернистой структуры в околошовной зоне. Прочность и пластичность металла шва у сплава MAI зна—чительно меньше, чем у деформированного основного металла.  [c.93]

При всех способах сварки титановых сплавов нельзя допускать перегрева металла. Нужно применять способы и приемы, позволяющие влиять на кристаллизацию металла электромагнитное воздействие, колебания электрода или электронного луча поперек стыка, ультразвуковое воздействие на сварочную ванну, импульсный цикл дуговой сварки и т.п. Все это позволит получать более мелкую структуру шва и высокие свойства сварных соединений.  [c.201]

Прибор для оценки структуры металлов и сплавов, сварных соединений нержавеющих сталей, для оценки твердости, пористости и других физико-механических свойств различных материалов  [c.386]

Ввиду различия химического состава и структуры металла шва и основного металла сварные соединения некоторых никелевых сплавов особенно с Сг и Мо имеют существенную неоднородность физикохимических свойств и проявляют склонность к межкристаллитной коррозии. Для таких сплавов рекомендована послесварочная термическая обработка (нагрев до Т = 700. .. 800 °С с последующим охлаждением на воздухе или в воде).  [c.464]

Точность определения функциональных зависимостей при испытании сплавов переменного состава. Известно, что многими ТУ и ГОСТ, например, ГОСТ 6996—66 на методы определения механических свойств сварных соединений, предусматривается проводить оценку свойств металла по результатам испытания двухтрех одинаковых по составу и структуре (параллельных) образцов. Такие образцы можно вырезать из металла ПС, изготовлен-  [c.46]

В НПО ЦНИИТмаш А. В. Сурковым, С. И. Евсеевым и Н. П. Аносовым экспериментально исследована возможность изготовления крупномасштабных образцов, имитирующих по составу и структуре зону сплавления сварных соединений. Показана возможность более детального изучения структуры и свойств металла в зоне сплавления на специальных образцах из сплавов переменного состава.  [c.71]

Наиболее существенные изменения структуры и свойств основного металла при сварке происходят в сплавах с полиморфным превращением (второй и третий виды), а в металле щва — также и при кристаллизации. При сварке сплавов без полиморфного превращения структура и свойства сварных соединений определяются в основном превращениями первого н четвертого видов. Значительную и, как правило, отрицательную роль во всех случаях играют процессы развития неоднородностей, физической (рост зерна, огрубление тонкой структуры) и химической (макро- и микроскопическая ликвация в металле шва, сегрегация легирующих элементов и примесей в металле зоны термического влияния, диффузионное перераспределение их между разнородными фазами при частичном расплавлении или в твердом состоянии в температурном интервале неполного превращения и т. д.) [2]. При сварке плавлением эти процессы вследствие высокотемпературного нагрева получают значительно большее развитие, чем при сварке давлением в твердой фазе.  [c.11]

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения, определяемого видом сварки. При различных видах сварки происходит окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входит определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от вида сварки, оценка структуры и механических свойств около-  [c.223]

Проблемы, связанные с тепловым воздействием на металл при сварке алюминия и его сплавов. Изменение структуры и свойств металла в зоне термического влияния. При сварке технического алюминия, а также сплавов типа АМц и АМг, не подвергающихся упрочнению термической обработкой, существенных изменений в зоне термического влияния не наблюдается. Если сваривается нагартованный металл, то вследствие процесса рекристаллизации в зоне термического влияния может иметь место некоторое снижение его твердости. Прочность такого сварного соединения также снижается — на 10—20% по сравнению с прочностью основного металла (сплавы АМц и АМг).  [c.385]


Большое влияние на свариваемость металлов и сплавов оказывает их химический состав. Это особенно наглядно видно на примере железоуглеродистых сплавов. Свариваемость углеродистой стали изменяется в зависимости от содержания основных примесей. Углерод является наиболее важным элементом в составе стали, определяющим почти все основные свойства стали в процессе обработки, в том числе и свариваемость. Низкоуглеродистые стали (ССреднеуглеродистые стали (С 0,35% свариваются хуже. С увеличением содержания углерода в стали свариваемость ухудшается. В околошовных зонах появляются закалочные структуры и трещины, а шов получается пористым. Поэтому для получения качественного сварного соединения возникает необходимость применять различные технологические приемы. Марганец не затрудняет сварку стали при содержании его 0,3…0,8%. Однако при повышенном содержании марганца (1,8…2,5%) прочность, твердость и закаливаемость стали возрастают, и это спо-  [c.38]

Учебник охватывает все основные разделы курса. В нем рассматриваются вопросы общей теории сваривания, основы физической химии, сварочные источники тепла, а также некоторые вопросы тепловых и металлургических процессов при сварке, формирования структуры и свойств- металла сварных соединений, возникновения и развития сварочных деформаций и напряжений, технологической свариваемости металлов и сплавов.  [c.3]

Цветные металлы и сплавы, применяющиеся для различных сварных конструкций, обладают разнообразными свойствами. Поэтому структура и свойства металла швов и зон термического влияния их сварных соединений также весьма разнообразны.  [c.357]

Какое влияние оказывает сварка на структуру и свойства металла в сварных соединениях алюминия и алюминиевых сплавов  [c.381]

Наиболее существенные изменения структуры и свойств основного металла при сварке происходят в сплавах с полиморфным превращением (второй и третий виды), а в металле шва—также и при кристаллизации. При сварке сплавов без полиморфного превращения (стабильные р-сплавы) структура и свойства сварных соединений определяются в основном превращениями первого и четвертого видов. Значительную и, как правило, отрицательную  [c.9]

Для оценки свариваемости проводят ряд испытаний, выбор которых обусловлен назначением сварной конструкции и теми изменениями в структуре и свойствах, которые происходят в материале под влиянием сварки. Так, при сварке сплавов с широким интервалом кристаллизации под действием возникающих при затвердевании растягивающих напряжений возможно образование кристаллизационных горячих трещин, являющихся весьма серьезным дефектом. Стойкость металла сварных соединений против кристаллизационных трещин — один из важнейших показателей свариваемости.  [c.84]

Основной металл — металл, подвергающихся сварке деталей. Зона термического влияния — участок основного металла, не подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева и пластической деформации при сварке. Зона сплавления — металл, находящийся на границе основного металла и шва. Металл шва — сплав, образованный переплавленным основным и наплавленным металлом. Поверхность сварного соединения, выполненного покрытым электродом, покрыта слоем затвердевшего шлака, состоящего из выделений покрытия электрода и всплывших на поверхность загрязнений металла.  [c.145]

Монография состоит из семи глав. В гл. I рассмотрены основные положения теории фазовых превращений в металлах и сплавах в твердом состоянии, а также закономерности превращений железа, титана и их сплавов в изотермических условиях. В гл. II показаны условия их протекания в зоне термического влияния при сварке плавлением. В гл. III описаны новые методы и аппаратура для изучения кинетики фазовых превращений и изменений структуры и свойств металлов в неравновесных условиях при сварке и термомеханической обработке, а также для исследования задержанного разрушения и образования холодных трещин. В гл. IV приведены результаты исследования превращений при непрерывном нагреве, кинетики роста зерна и гомогенизации аустенита и Р-фазы сплавов титана при сварке. В гл. V рассмотрены основные закономерности фазовых превращений в условиях непрерывного охлаждения при сварке. В гл. VI изложен механизм задержанного разрушения сталей и сплавов титана, установлены критерии оценки этого явления и показано влияние легирующих элементов, параметров термического цикла и жесткости сварных соединений на» сопротивляемость этих материалов образованию холодных трещин при сварке. В гл. VII приведены характеристики свариваемости сталей и сплавов титана различных структурных классов и систем легирования, сформулированы критерии выбора технологии и режимов их сварки и показаны пути регулирования структуры и свойств сварных соединений как в процессе сварки, так и при последующей термической, термомеханической или механико-термической обработке.  [c.10]

Сварка алюминия и его сплавов с медью. Соединение этих металлов вызывает трудности из-за наличия на поверхности алюминиевых сплавов трудноудаляемых окисных пленок и образования в зоне соединения хрупких интерметаллидных прослоек и окисных включений. Прочность сварных соединений алюминия и меди определяется свойствами переходной зоны, имеющей различный фазовый состав, структуру и толщину и зависящей от температурно-временных условий.  [c.140]


Влияние температуры сварки на механические свойства соединений двухфазного сплава мартенситного типа 0Т4 (3] показано на рис. 2. Давление сжатия составляло 0,98 МПа, время сварки — 60 мин. При исходной мелкозернистой равноосной структуре сплава температура 1173 К обеспечивает прочность соединений на уровне основного металла, однако образцы разрушаются хрупко в зоне сварки. При повышении температуры до 1198—1223 К прочность на разрыв практически не изменяется, но разрушение образцов при испытании происходит по основному металлу. Ударная вязкость резко возрастает. При температуре 1223 К достаточно время сварки 30 мин. Дальнейшее повышение температуры приводит к ухудшению качества соединения разрушение образцов становится хрупким из-за крупнозернистой структуры, показывая низкую ударную вязкость. Влияние давления сжатия на механические свойства сварных соединений сплава ОТ4 показано на рис. 3. Результаты показывают, что давление является весьма эффективным фактором повышения механических свойств соединений. Сварные соединения, полученные при температуре 1073—1123 К и давлении 3,9—5,9 МПа, имеют предел прочности на разрыв, соответствующий прочности основного металла, но низкую ударную вязкость. Увеличение давления до 9,8 МПа не приводит к повышению ударной вязкости до уровня основного металла. Здесь наблюдается полная аналогия с результатами сварки сплава ВТ5-1. Высокие прочностные характеристики сварных соединений сплава 0Т4 обеспечивает температура 1173 и 1223 К при давлениях соответственно 4,9 и 1,9 МПа и времени сварки 30 мин. Деформация образцов при этом составляет 6—8%. При увеличении давления сварки до 1,9—2,9 МПа время сварки сокращается до 5 мин и деформация образцов составляет примерно 4%. При снижении температуры сварки для получения качественных соединений требуется большая степень деформации.  [c.152]

Во многих случаях, в особенности при сварке легированных сталей и различных сплавов, требуется прежде всего получение определенных механических свойств и структуры металла около-шовной зоны и шва, которые зависят от длительности пребывания металла выше определенной температуры, скорости охлаждения в необходимом интервале температур, повторного нагрева и многих других особенностей термического цикла сварки (см. разд. IV). Поэтому оценка эффективности процесса сварки по энергетическим критериям часто оказывается второстепенной. Однако для сталей, мало чувствительных к воздействию термического цикла сварки, оценка эффективности различных режимов сварки по энергетическим затратам необходима. Следует различать сварные соединения двух основных крайних типов соединения, в которых преобладает наплавленный металл (заштрихованные участки на рис. 7.20, вверху), и соединения, образуемые преимущественно в результате расплавления основного металла (рис. 7.20, внизу). Для последнего типа соединений, например стыкового, тепловую эффективность процесса целесообразно характеризовать удельной затратой количества теплоты на единицу площади свариваемой поверхности  [c.232]

Пайкой называют соединение металлических или металлизированных деталей с помощью припоя (расплавленного металла или сплава), температура плавления которого ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. В отличие от сварки пайка сохраняет неизменными структуру, механические свойства и химический состав основного материала. Пайка вызывает значительно меньшие остаточные напряжения. В процессе пайки между соединяемыми поверхностями деталей вводится расплавленный припой, который после остывания образует шов, менее прочный, чем сварной. Качественный паяный шов можно получить только при чистых поверхностях спаиваемых деталей. Для защиты поверхности от окисления применяют флюсы, которые, защищая поверхности от окисления, повышают текучесть припоя.  [c.371]

Механические свойства сталей и сплавов определяются их химическим составом, структурой и отсутствием или наличием различного типа дефектов. Вьппе бьши рассмотрены основные типы и виды дефектов, характерные для сварных соединений. В настоящем разделе остановимся на рассмотрении ряда особенностей, связанных с неоднородностью химического состава и структуры сварных соединений, которые определяют механические характеристики металла шва, зоны термического влияния, зоны сплавления и других локальных участков. При этом необходимо иметь в виду, что развитие дефектов происходит именно в данных участках, а работоспособность сварных соединений определяется комплексом сложных процессов, связанных с механическими характеристиками металла различных зон, геометрическими размерами последних, видом и условиями нагружения, типом дефекта и др.  [c.13]

Помимо сложности получения на аустенитных высоколегированных сталях и сплавах швов без горячих трещин имеются и другие трудности, обусловленные спецификой их использования. К сварным соединениям на жаропрочных сталях предъявляется требование сохранения в течение длительного времени высоких механических свойств при повышенных температурах. Большие скорости охлаждения металла шва при сварке приводят к фиксации неравновесных по отношению к рабочим температурам структур. Во время эксплуатации при температурах выше 350 °С в результате диффузионных процессов в стали появляются новые структурные составляющие, приводящие обычно к снижению пластических свойств металла шва.  [c.355]

При дуговой сварке механические свойства металла сварного шва и прочность соединения в целом зависят от марки титана, марки присадочной проволоки, способов и режимов сварки и могут быть доведены до показателей основного металла. Титановые а-, псевдо-а- и р-сплавы хорошо свариваются, малочувствительны к изменению термических циклов сварки и могут свариваться в широком диапазоне режимов. Сварные соединения из низколегированных а-сплавов почти равнопрочны основному металлу. С повышением легирования различие в прочности и пластичности сварного соединения и основного металла возрастает. Для стабилизации структуры и снятия остаточных напряжений применяют для а-сплавов послесварочный отжиг.  [c.476]

Высоколегированные стали и сплавы составляют значительную группу конструкционных материалов. К числу основных трудностей, которые возникают при сварке указанных материалов, относится обеспечение стойкости металла шва и околошовной зоны против образования трещин, коррозионной стойкости сварных соединений, получение и сохранение в процессе эксплуатации требуемых свойств сварного соединения, получение плотных швов. При сварке высоколегированных сталей могут возникать горячие и холодные трещины в шве и околошовной зоне. С кристаллизационными трещинами борются путем создания в металле шва двухфазной структуры, ограничения в нем содержания вредных примесей и легирования вольфрамом, молибденом и марганцем, применения фтористо-кальциевых электродных покрытий и фторидных сварочных флюсов, использования различных технологических приемов. Присутствие бора может привести к образованию холодных трещин в швах и околошовной зоне. Предотвращение их появления достигается предварительным и сопутствующим подогревом сварного соединения свыше 250 — 300 °С. С помощью технологических приемов можно также предотвратить кристаллизационные трещины. В ряде случаев это достигается увеличением коэффициента формы шва, увеличением зазора до 1,5 — 2 мм при сварке тавровых соединений. Предварительный и сопутствующий подогрев не оказывает заметного влияния на стойкость против образования кристаллизационных трещин. Большое влияние оказывает режим сварки. Применение электродной проволоки диаметром 1,2 — 2 мм на умеренных режимах при минимально возможных значениях погонной энергии создает условия для предотвращения появления трещин. Предпочтение следует отдавать сварочным материалам повышенной чистоты. При сварке аустенитных сталей проплавление основного металла должно быть минимальным. Горячие трещины образуются  [c.110]


Влияние процесса сварки на структуру и свойства сплавов титана зависит от типа сплава (а- или a+ -сплавы), а также вида и количества а- и -стабилизирующих элементов. Нами было показано, что механические свойства сварных соединений а-сплавов близки к свойствам основного металла. Сварные соединения a+ -сплавов имеют пониженную пластичность по сравнению с основным металлом, причем особенно резко она схгижается с увеличением количества -стабилизирующих элементов свыше определенного предела. Влияние легирующих элементов на свойства сварных соединений сплавов титана изучалось многими зарубежными и советскими исследователями. Подробный анализ большинства этих работ, а такн е ряда исследований автора был приведен в обзоре [164] и монографии [72].  [c.281]

Структура и свойства сварных соединений этих сплавов целиком определяются процессом сварки. Поэтому основным критерием выбора режимов и технологии сварки является интервал скоростей охлаждения в котором степень снижения уровня пластических свойств и ударной вязкости околошовной зоны и шва в сравнении с основным металлом оказывается наименьшей. Если сплавы применяются в деформированном состоянии и после сварки отжигу не подвергаются, то в связи с опасностью резкого разупрочнения дополнительным критерием служит длительность пребывания основного металла выше температуры рекристаллизации обработки в участке зоны термического влияния, нагреваемом до температуры начала a -превращения (см. рис. 10). При невысоком содержании А1 (до 4—4,5%) и -стабилизаторов не выше предела растворимости в а-фазе эти сплавы имеют достаточно широкий интервал Наиболее высокими характеристиками пластичности сварные соединения этих сплавов обладают при средних или относительно высоких скоростях охлаждения, соответствующих режимам аргонодуговой сварки металла средней или малой толщины. При мягких режимах пластичность снижается вследствие роста зерна и перегрева металла в околошовной зоне, а при весьма жестких режимах — за счет образования болое резких закалочных а -структур. Уровень пластргаеских свойств сварных соединений этих сплавов и ширина существенно зависит от содержания газов, алюминия, тина и количества -стабилизаторов. Особенно резко пластичность надает нри высоком содержании алюминия (ОТ4-2, АТ6, АТ8).  [c.277]

Структура и свойства сварных соединений этих сплавов целиком определяются процессом сварки. Поэтому основным критерием выбора режимов и технологии сварки является оптимальный интервал скоростей охлаждения Дшопт, в котором степень понижения уровня пластических свойств и ударной вязкости околошовной зоны и шва в сравнении с основным металлом оказывается наименьшей. Если сплавы применяются в деформированном состоянии и после сварки отжигу не подвергаются, то в связи с опасностью резкого разупрочнения дополнительным критерием служит длительность (/р) пребывания основного металла выше температуры рекристаллизации обработки в участке зоны термического влияния, нагреваемом до температуры начала а -> р превращения. При невысоком содержании А1 (до 4—4,5%) и Р-стабилизаторов (не выше предела растворимости в а-фазе) сплавы рассматриваемой группы имеют достаточно широкий интервал Ашопт-  [c.68]

ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ СВАРИВАЕМЫЕ — сплавы, хорошо сваривающиеся аргоподуговой н др. видами сварки, причем прочность и пластичность сварного соединения близки к этим свойствам осиовного металла. Термич. обработка после сварки, как правило, не требуется, производится лишь отжиг для снятия нанряжений, возникших в процессе сварки. К Т. с д. с. относятся сплавы ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-1, ВТ1-2, 0Т4-1, 0Т4, ВТ4, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6С, ВТ6, ОТ4-2, АТ-3, ЛТ-4. Это однофазные сплавы на основе а-структуры (ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-1,  [c.330]

В участке частичной перекристаллизации 2 на рис. 1,а) основной металл нагревается выше температуры Гн. ф. п, которая для стали соответствует началу превращения перлита в аусте-нит (критическая точка Ас ), а для большинства сплавов титана— началу а->-р-нревращения. Обычно структурные изменения в этом участке по сравнению с околошовной зоной в меньшей степени оказывают отрицательное влияние на свойства сварных соединений. Однако при определенных исходной структуре, и также условиях нагрева и охлаждения при сварке в этом участке возможно разупрочнение основного металла, обусловленное либо характером новых фаз, образующихся при последующем охлаждении, либо процессами в старых фазах при нагреве.  [c.13]

Свариваемость матерналов в основном определяется типом и свойством структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. Прп сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Этому случаю соответствует хорошая свариваемость материалов. При сварке разнородных материалов в зависимости от различия их физико-химических свойств в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из материалов либо химическое или интер-металлпдное соединение с решеткой, резко отличающейся от решеток исходных материалов. Механические и физические свойства твердых растворов, особенно химических или интерметаллидных соединений, например твердость, пластичность, электропроводность и другие свойства, могут значительно отличаться от свойств соединяемых материалов. Различие свойств также вызывается образованием закалочных структур в зопе сварного соединения однородных и разнородных материалов вследствие локального высокотемпературного сварочного нагрева и быстрого охлаждения. Наличие хрупких и твердых структур в сварном соединении в условиях действия сварочных напряжений может привести к возникновению трещин в шве или околошовной зоне. В последнем случае материалы относятся к категории удовлетворительно или плохо сваривающихся.  [c.269]

В описанных выще экспериментах было изучено влияние водорода на структуру и свойства титана и а-сплавов после отжига по режимам, близким к применяемым в промышленности. После такого отжига структура металла представлена более или менее равноосными зернами а-матрпцы. Для практических целей важно также знать, каким образом влияет водород на свойства материала с пластинчатой или игольчатой структурой. Последние структуры могут возникать при перегреве металла и непременно наблюдаются в околошовной зоне и металле шва сварных соединений.  [c.394]

Различные условия кристаллизации сварочной ванны приводят также к структурной неоднородности отдельных зон сварных соединений /5/, то есть к появлению прослоек, отличающихся своей структурой. Связь между структурой химически однородных сталей и сплавов и их механическими свойствами устанавливается в металловедческих исследованиях. В некоторой степени это может быть перенесено и на сварные соединения, например, для способов сварки без присадочного металла (контактная стьшовая, точечная, шовная и другие способы сварки давлением, когда соединение поверхностей производится с образованием или литого ядра из основного металла, или за счет плавления и деформации торцев). Однако в большинстве случаев для сварных соединений приходится учитывать совместное влияние химической и структурной неоднородности.  [c.14]

Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентич—ная или близкая структуре соединяемых заготовок. Прочность соединения определяется внутрикристаллическими связями, и свариваемость оценивается как хорошая или удовлетворительная.  [c.221]

В книге рассмотрены строение и кристаллизация металлов и их сплавов, современные методы исследования структуры и свойств металлов, влияние технологических процессов и условий эксплуатации на структуру и свойства металлов и сплавов, основы термической обработки, специальные стали и цветные металлы и сплавы. Большое внимание уделено вопросам длительной прочности и эксплуатационной надежности материалов энергетическопо оборудования и сварным соединениям.  [c.2]

Расчет предельного содержания регулируемых элементов в металле шва. В задании на изготовление металла шва ПДС обычно указывается базовый состав (содержание неизмеияющихся элементов) сплава, минимальное Сщщ и максимальное Стах содержание в нем РЭ, минимальные размеры шва. Из размеров шва указываются его плошадь поперечного сечения тш, высота или глубина проплавления основного металла йт1п, ширина Ьты, протяженность участков с дискретным (/ тш, зтш) и переменным ( тш) составом металла. Размеры шва устанавливают исходя из учета изготовления из него образцов требуемого размера и числа, необходимых для исследования структуры и свойств металла шва, а иногда и сварного соединения.  [c.26]



Сварная конструкция – обзор

4.2.1 Введение

Большие и сложные сварные конструкции обычно используются в таких отраслях, как судостроение, аэрокосмическая и автомобильная промышленность, где предъявляются строгие требования к размерам. Однако во время сварки возникающие деформации могут существенно повлиять на качество изделия. Хотя прецизионное изготовление может обеспечить высокую точность размеров, стоимость производства большой и сложной конструкции была бы намного выше без автоматизированного проектирования и производства.Численное моделирование больших сварных конструкций не только обеспечивает точный прогноз деформаций при сварке, но также дает ценную информацию о производственном процессе заранее, так что параметры сварки могут быть выбраны для ограничения деформаций при сварке в пределах желаемого допуска, что устраняет дорогостоящие доработки. или брак продукта.

Деформации, вызванные сваркой, в основном проявляются в виде угловой деформации, продольного изгиба (изгиба) и коробления (рис. 4.1) из-за различных видов остаточных напряжений в материале.Юнг и др. сообщил, что угловая деформация является результатом поперечного напряжения сдвига, 1 и Michaleris et al. предположил, что деформация коробления в основном вызвана продольным напряжением. 2 Моделирование различных типов сварочных деформаций было активной областью исследований. Значительные изменения в моделировании сварных швов связаны с использованием 3D-моделей с движущимся источником. 3–5 Трехмерные модели с движущимся источником продемонстрировали хорошую способность моделировать все виды искажений.Однако они оказались дорогостоящими в вычислительном отношении для реальных промышленных приложений из-за требований временной и пространственной дискретизации для точного прогнозирования. 6

4.1. Типы деформации при сварке 7

На сегодняшний день разработка эффективной и действенной модели для точного прогнозирования деформации при сварке больших конструкций оказалась сложной задачей. Хотя были предприняты усилия для повышения вычислительной эффективности методов моделирования, таких как адаптивное создание сетки или параллельные вычисления, традиционное трехмерное моделирование с движущимся источником, которое включает миллионы степеней свободы (DOF) и тысячи временных приращений, все еще можно рассматривать. быть очень затратным в вычислительном отношении.

Одним из многообещающих методов решения крупномасштабной проблемы является метод несвязанной пластической деформации, также называемый методом прикладной пластической (внутренней) деформации. По сравнению с обычным нестационарным термомеханическим анализом методы деформирования с развязкой имеют преимущества гораздо более высокой вычислительной эффективности. Эта эффективность достигается за счет одновременного приложения пластической деформации ко всем сварным швам, и, следовательно, проблема слабой связи может быть решена за один приращение времени путем выполнения анализа больших упругих деформаций.Это преимущество может быть существенным, учитывая, что часто требуется несколько проходов сварки и задействованы очень большие и сложные конструкции с миллионами степеней свободы (DOF). В этом случае нестационарный термомеханический анализ становится непомерно дорогим из-за длительного времени вычислений.

Уэда и др. впервые предложил концепцию несвязанной деформации и применил метод несвязанной внутренней деформации для определения остаточных напряжений и деформаций различных сварных конструкций. 8–13 Цай и др. 1 , 14 также использовали развязанный подход на основе пластичности для расчета угловых деформаций сварки в панелях и Т-образных соединениях. Их модель продемонстрировала взаимосвязь между кумулятивными пластическими деформациями и угловыми искажениями и сообщила, что угловые искажения в основном вызваны сдвиговой пластической деформацией. 1 Однако в их анализе не учитывается отображение на сетках с различной плотностью.

Михалерис и др. разработал подход с развязкой 2D-3D для захвата искажения, вызванного сваркой, в больших судовых панелях. 2 Поскольку потеря устойчивости в основном была вызвана продольным напряжением, они нанесли на карту компонент продольной пластической деформации только в этом разделенном подходе. Вместо применения точного распределения пластической деформации к 3D-конструкции, в области сварки 2D-модели была применена отрицательная единичная тепловая нагрузка для получения продольного остаточного напряжения, а затем это продольное напряжение было применено к 3D-модели для расчета сварки. искажение.Значение этого метода заключается в том, что он может успешно предсказывать коробление. Однако этот подход не учитывает угловые искажения и эффекты последовательности сварки. Метод трехмерной прикладной пластической деформации, разработанный в этой главе, использует модели, которые короче, чем фактические сварные швы, для определения шести компонентов поля пластической деформации, возникающего в результате сварки, а затем сопоставляет их с полноразмерной трехмерной структурной моделью для определения результирующей структурной деформации. . По сравнению с подходом с разделением 2D на 3D, этот метод отображает все компоненты пластической деформации и, следовательно, он должен учитывать угловое искажение, в котором преобладает компонент пластической деформации поперечного сдвига, как продемонстрировал Юнг. 15 Кроме того, сопоставления между сетками с различной плотностью реализованы с помощью нового алгоритма интерполяции, который позволяет использовать более грубую сетку в большой структурной модели.

(PDF) Структура и свойства сварных соединений стали 7CrMoVTiB10-10 (T24)

46 ДОСТИЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ, Vol. 18, № 1 (55), март 2018 г.

5. Агаджани А., Сомсен К., Песицка Дж., Бендик В., Хан Б., Эггелер Г.: Эволюция микроструктуры

в T24, модифицированной стали 2(1/4)Cr-1Mo, во время ползучести после различных термообработок. Материалы

Наука и техника: A 510-511 (2009) 130-135.

6. Голанский Г.: Влияние процесса старения на структуру и механические свойства стали Т24.

Явления твердого тела 165 (2010) 56-60.

7. Husemann R.-U., Bendick W., Haarmann K., Heeschen J., Helmrich A.: Der neue Werkstoff

7CrMoVTiB10-10 fur die Kesselkomponente Membranwand (Teil 2).VGB KraftwerksTechnik 8

(2000) 97-101.

8. Джохум К., Хойзер Х.: Дизайн сплавов для сварки одинаковых и разнородных материалов и их поведение [В]

Материалы 1-й Международной конференции по сверхвысокопрочным сталям, Рим, Италия, 2-4

, ноябрь 2005 г.

9. Брозда Я., Пастернак Я.: Жаропрочные стали нового поколения и примеры их применения

в котлах сверхкритического давления, предназначенных для польских электростанций [В] Труды 1-й Международной конференции

по сверхвысокопрочным сталям , Рим, Италия, 2-4 ноября 2005 г.

10. Heuser H.: Присадочные металлы для T/P23 и T/P24 [In] Семинар в RAFAKO, Rudy Raciborskie,

Польша, 15 января 2009 г.

11. Urzynicok M., Kwieciński K., Słania J .: Анализ проблем, возникающих при сварке новой бейнитной стали

поколения 7CrMoVTiB10-10 (T24). Архив металлургии и материалов 58

(2013) 691-696.

12. Dhooge A., Vekeman J.: Свариваемость нового поколения 2¼Cr сталей T/P 23 и T/P 24 и свойства при высоких температурах

.Сварка в мире 49 (2005) 75-93.

13. Род М., Стегер Дж., Беллингхаус Т., Канненгиссер Т.: Влияние деградации водорода на механические свойства

в микроструктурах сварного шва T24. Сварка в мире 60 (2016) 201-216.

14. Rhode M., Mente T., Steppan E., Steger J., Kannengiesser T.: Улавливание водорода в T24 Cr-Mo-

Сварные соединения стали V — влияние микроструктуры в сравнении с экспериментальным влиянием на энергию активации для

диффузия. Сварка в мире 62 (2018) 1-11.

15. Стопыра М., Адамец Ю.: Растрескивание сварных соединений стали 7CrMoVTiB10-10 (T24). Solid State

Феномены

226 (2015) 87-90.

16. Ю З. С., Чжан Дж. Х., Ван Х. З., Чжоу Р. К., Юань Ю.: Механизм растрескивания для снятия напряжения в гранулированной бейнитной стали

. Acta Metallurgica Sinica (английские буквы) 30 (2017) 156-163.

17. Фалат Л., Чирипова Л., Хомолова В., Крупа А.: Влияние изотермического старения и

последующего наводороживания при комнатной температуре на локальные механические свойства и характеристики разрушения

мартенситно-бейнитных сварных соединений для энергетики инженерия.Журнал горного дела и

Металлургия Б: Металлургия 53 (2017) 373-382.

18. Fudali S., Hajda J.: Ocena materiałów podstawowych, stopiwa oraz technologii wytwarzania

gazoszczelnych ścian rurowych ze stali w gat. 7CrMoVTiB10-10 [In] Proceedings of Conference

„Problemy kotłów na parametry nadkrytyczne”, Рацибуж, Польша, 18 октября 2011 г.

Пользователи паровых турбоагрегатов», Колобжег, Польша, 26 апреля 2012 г.

20.Stoll J., Heuser H.: Сварка T24, извлеченные уроки, Proceedings of AWS Energy Conference,

New Orleans, LA, USA, 2014.

21. Панцикевич К., Зелинска-Липец А., Тасак Э.: Растрескивание сварных соединений высокопрочных сталей.

Достижения в области материаловедения 13 (2013) 76-85.

22. Лентковска Б., Дзюрка Р., Бала П.: Анализ фазового превращения переохлажденного аустенита

и выбранные механические свойства низколегированной стали с добавлением бора.Архив Гражданского

и

Машиностроения 15 (2015) 308-316.

Неаутентифицированный

Дата загрузки | 26.04.18 3:18

Сварные соединения имеют решающее значение для структурной устойчивости, особенно сложных конструкций

Введение в сварку

Ни одно промышленное сооружение не обходится без сварки. Сварка позволяет инженерам последовательно сплавлять различные материалы или придавать структурам уникальные формы, которые невозможно получить иначе.От самолетов до кораблей и от мостов до сосудов высокого давления, все отрасли промышленности нуждаются в той или иной сварке. Наиболее принятое техническое определение сварки состоит в том, что это локализованное слияние металлов или неметаллов, полученное либо путем нагрева материалов до требуемых температур сварки, с приложением давления или без него, либо только приложением давления и с или без использования наполнителей. Менее формально сварка — это процесс соединения двух металлов или неметаллов с использованием высокой температуры (а в некоторых случаях и давления) для слияния двух материалов.Термин «коалесценция» означает слияние или срастание зернистой структуры свариваемых материалов. Определение включает термины металлы или неметаллы, потому что такие материалы, как пластик, керамика и т. д., не являются металлами и могут быть сварены с помощью современной технологии сварки.

Процесс сварки

Сварочные процессы сильно различаются по способу применения тепла, давления или одновременно тепла и давления, а также по типу используемого оборудования.Сварочные процессы можно классифицировать на основе источника тепла и типа взаимодействия (жидкость/жидкость или твердое тело/твердое тело). Конечный продукт после сплавления двух металлов / неметаллов называется «сварным металлом». Ниже приведены основные типы сварочных процессов; обратите внимание, что всего существует более 30 подтипов.

Дуговая сварка:  Одним из наиболее распространенных сварочных процессов является электродуговая сварка. Основные типы или системы дуговой сварки в этом семействе включают угольную дуговую сварку, сварку с металлической вставкой в ​​газе (MIG), дуговую сварку с защитным металлом (SMAW), сварку вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) и некоторые другие, такие как дуговая сварка с флюсовой проволокой. , дуговая сварка под флюсом и т.д.Во всех этих процессах дуговой сварки используются одни и те же три компонента. Первым и наиболее очевидным является электричество, которое создает дугу. Второй — это какой-то присадочный материал, а третий компонент — флюс, который сваривает стыки между собой.

Газовая сварка: Газовая сварка — это система сварки, в которой для зажигания горелки используется один из различных газов и кислород. Наиболее популярным газом для газовой сварки является ацетилен, за ним следуют оксиацетилен и водород. Различные газы, используемые в процессе сварки, придают сварному металлу различную отделку, поскольку все эти газы имеют разную температуру вспышки.Выбор одного из них для газовой сварки зависит от типа проекта, стоимости и контроля пламени. Газовая сварка используется для сварки черных и цветных металлов, и там, где стоимость является важным фактором.

Сварка сопротивлением: Сварка сопротивлением — один из старейших сварочных процессов. Он основан на том принципе, что когда ток проходит через электрическое сопротивление, он выделяет тепло, а количество выделяемого тепла зависит от таких факторов, как сопротивление материала, сила тока и его продолжительность, а также состояние поверхности.Сварка сопротивлением снижает вероятность деформации сварного шва и обеспечивает более высокое качество сварного шва. Роботизированная контактная сварка, инновация Индустрии 4.0, повышает производительность и точность

Сварка в твердом теле: В этом процессе две заготовки соединяются вместе под давлением. Иногда для ускорения процесса диффузии на сопрягаемых поверхностях можно использовать тепло; но давление является основным сварочным агентом. Поэтому его также называют «сваркой давлением». Коалесценция возникает в результате процесса межмолекулярной диффузии, при котором молекулы поверхности раздела обрабатываемых деталей перетекают из области высокой концентрации в область низкой концентрации из-за приложенного давления.Сварка давлением не влияет на механические или физические свойства основного материала. Поэтому он используется для промышленной сварки термочувствительных материалов.

Помимо этих четырех, существуют и другие типы сварочных процессов, такие как термохимическая сварка и сварка лучистой энергией. Однако в промышленности и тяжелом машиностроении они используются реже, чем описанные выше процессы сварки.

Проблемы сварки

 В тяжелом машиностроении, которое включает в себя такие конструкции, как дамбы, мосты, морские нефтяные вышки и супермагистрали, необходимо учитывать различные аспекты, такие как нагрузка, ветер, вибрация, усталостные напряжения и т. д.Поскольку стоимость этих проектов исчисляется миллиардами рупий, просто невозможно использовать метод «проб и ошибок» при их создании. Процесс сварки является основной частью большинства механических работ. Нет реальной необходимости критически анализировать сварные металлы и сварные соединения для простых конструкций, которые будут использоваться в легких, рутинных условиях, таких как декоративное железо, столбы забора, ворота и т. д. Тем не менее, анализ сварных швов является чрезвычайно важным фактором в обеспечении прочности и безопасности критически важных и дорогостоящих тяжелых инженерных сооружений.Реакторы высокого давления, каркасы самолетов, соединения мостов и т. д. должны быть тщательно проанализированы для правильной сварки. По мере усложнения конструкций качество сварки оказывает огромное влияние на долговечность конструкций.

Независимо от используемого процесса, все сварные соединения содержат разрывы, определяемые как нарушение типичной структуры материала, например отсутствие однородности его механических, металлургических или физических характеристик. Хотя это и не дефекты, сложно свести эти неоднородности к минимуму, чтобы сохранить качество сварного соединения.Еще одной проблемой является пористость, состоящая из сферических или цилиндрических полостей, которые образуются, когда газы, захваченные жидким металлом сварного шва, выходят во время его затвердевания. Уменьшение усталостных трещин, которые могут возникнуть на концах сварных швов, является еще одним важным фактором долговечности сварных соединений. Сварка приводит к возникновению остаточных напряжений и деформации деталей, а также к металлургическим изменениям. Сварные соединения также требуют термической обработки для снятия напряжения, чтобы увеличить срок их службы. Не менее важно не переварить деталь.Помимо дороговизны, наплавка может привести к получению сварного соединения, которое не выдержит расчетных усилий или вибрации. Сварные соединения не такие гибкие, и результирующие напряжения в соединении сосредоточены вдоль сварного шва и могут привести к трещинам непосредственно вдоль сварных швов. Все эти проблемы делают анализ сварных швов соединений критической задачей

Решения для анализа сварки

Анализ сварных соединений предполагает тщательную оценку сварных деталей на наличие дефектов.Говорят, что любая цепь настолько прочна, насколько прочны самые слабые звенья, и сложные инженерные сооружения не исключение. Из-за присущих ей ограничений сварные соединения являются одним из самых слабых звеньев любой конструкции. Возьмем случай морской нефтяной вышки. Фундамент буровой установки должен выдерживать воздействие ветра, волн и течения практически с любого направления 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году. Кроме того, он должен выдерживать около 30 000 тонн веса платформы. Представьте себе последствия, если конструкция, на которую ложится эта нагрузка, не будет проварена должным образом в местах стыков.Чтобы справиться с такими критическими случаями, необходимо тщательно оценить каждый компонент конструкции и должным образом оценить безопасность нефтяной вышки. Один из наиболее важных численных методов, называемый анализом конечных элементов (FEA), является наиболее популярным инструментом, используемым для определения прочности сварных компонентов. Это предпочтительный выбор для моделирования сварки и прогнозирования остаточных напряжений сварки в различных типах соединений и материалов и в различных условиях. Altair HyperLife™ — одно из таких популярных и проверенных программ для анализа сварных соединений.Инженерно-сервисные компании используют программное обеспечение Altair для моделирования и моделирования Программное обеспечение Altair для моделирования и моделирования, ESI SYSWELD и другое подобное программное обеспечение для предоставления услуг по сварке критически важных промышленных конструкций. Поскольку анализ сварных соединений является одним из наиболее важных факторов, влияющих на срок службы и безопасность конструкции, следует использовать компетентное и проверенное программное решение. Altair, ESI SYSWELD и другие решения для анализа сварки все чаще используются и доверяют компаниям в Индии и даже в зарубежных странах, таких как Сингапур.

Процесс прогнозирования твердости детали сварных соединений

Швеев А. И., Швеева Т. В. Процесс прогнозирования твердости детали сварных соединений. Biosci Biotech Res Asia 2016;13(1)

Рукопись принята: 03 февраля 2016 г.
Рукопись принята к публикации: 11 марта 2016 г.
Дата публикации: 25 марта 2016 г.


Набережночелнинский институт, Казанский федеральный университет, Россия 423800, г. Набережные Челны, проспект Сююмбике, 10а

АННОТАЦИЯ: Возможность прогнозирования механических свойств сварных соединений металлических материалов на примере твердости шва.Выявляли по качеству изображений по результатам параметризации микроструктур. Характер влияния дефектов сварных соединений на параметры порядка и однородности структуры. Разработан алгоритм вероятностного прогнозирования на основе механических свойств конструкции и расчетных характеристик путем расчета изменения температуры при сварке. В исследовании проведена адаптация метода параметризации микроструктуры, применяемой к сварным соединениям аустенитных сталей, для установления связи между условиями подготовки, структурными дефектами и результатами параметризации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Металл; сварные соединения; структура; твердость; однородность; регулярность; прогнозирование

Введение

Важным направлением в машиностроении является совершенствование методов контроля конструкций, испытаний, прогнозирования и определения механических свойств материалов.

В настоящее время оценку изменений структуры металлических материалов проводят общепринятыми металлографическими методами (Вашул, 1988), а механических свойств – соответствующими исследованиями.Однако традиционные методы исследования не обеспечивают достаточно точной корреляции структуры и свойств, требуют длительной пробоподготовки и многочисленных испытаний в соответствии с нормативной документацией. В ряде случаев просто недопустима или невозможна резка образцов для испытаний существующих объектов техники.

Такие тесты не могут быть выполнены с использованием методологии параметризации конструкций (Встовский и др. , 1996). В связи с этим перспективным направлением является установление взаимосвязи механических свойств (Колмаков и др., 1997) металлических материалов с результатами параметризации цифрового изображения их микроструктуры (Иванова, 1994).

Теория параметризации (Бунин и др. , 1998) посредством дополнительного математического анализа позволяет оценить параметры однородности и регулярности, характеризующие меру нарушения самоподобия и геометрической неоднородности, отражающие компоненты изображения (Встовский и др. , 2001). Под параметризацией обычно понимают способ описания систем различной природы с помощью некоторых количественных признаков, позволяющих различать и сравнивать эти системы между собой.В материаловедении параметризация используется для количественного описания строения изучаемых материалов. Такой алгоритм анализа успешно реализован в программе «MFRDrom» (Встовский, 2002), при использовании которой параметризация механических свойств конструкции не требует длительной и дорогостоящей подготовки и испытаний образцов. Уникальность программы мультифрактальной параметризации заключается в том, что ее автор впервые реализовал в ней концепцию мультифрактальной диссимметрии, позволяющую обрабатывать и фотографировать структуры, не имеющие явной упорядоченности.Программа успешно апробирована при анализе структур металлов и сплавов, а также биологических объектов и при анализе петроглифов.

Однако вопросы параметризации конструкций, в том числе сварных соединений, и установления механических свойств в зависимости от результатов их параметризации еще не до конца изучены. Определение фрактальных характеристик в ряде случаев позволяет установить структурные изменения, оценить адаптационные свойства стальной конструкции, опасную зону изменения механизма деформации стали, приводящую к снижению пластических свойств, и повысить вероятность хрупкого разрушения. .Метод мультифрактальной параметризации позволяет диагностировать состояние материала в рамках рекомендованной технологии (Галимов и др. , 2009). Эта методика позволяет точно подобрать структуру материала и, при необходимости, отбраковать структуры, чувствительные к условиям нагружения.

В связи с этой проблемой актуальными являются комплексные исследования, направленные на адаптацию методик параметризации базы для оценки механических свойств различных зон сварных соединений деталей машин, что обуславливает необходимость разработки алгоритма и научно обоснованных рекомендаций по подготовке металлографических картинки.

Рождение фрактальной геометрии связано с выходом в 1977 г. книги Б. Мандельброта «Фрактальная геометрия природы», являющейся ответвлением теории хаоса (Мандельброт, 2002). Фрактал – это бесконечно самоподобная геометрическая фигура, каждая часть которой повторяется с уменьшающимся масштабом. Под фрактальным (Газале, 2002) самоподобным множеством понимают также нецелочисленную размерность.

Сегодня теория мультифракталов (Kronover, 2000) изучается в таких областях, как физика, математика, материаловедение и другие.Модели, полученные с помощью теории мультифракталов, более элегантны (Кеннет, 2003) и зачастую более адекватно описывают объекты окружающего мира. Вопросы самоорганизации материалов, необратимости процессов и их неравновесности, связанные с нарушением симметрии подробно Вопросы самоорганизации материалов, необратимости процессов и их неравновесности, связанные с нарушением симметрии подробно исследовал ученый (Иванова и др. , 2000). В материаловедении имеется ряд работ, использующих мультифрактальную параметризацию, а именно призванных оценить ресурсобезопасность работы химических производств; оптимизация существующих технологических параметров производства молибденовой проволоки и корреляция механических свойств с мультифрактальными характеристиками структуры; улучшают механические свойства порошковых сталей на основе прогнозирования их структурного состояния; прогнозировать ресурс покрытия термоядерных реакторов; исследовать влияние гравитации на структуру двойных металлических систем и оценить влияние поля на формирование структур при кристаллизации; анализ геометрических моделей бейнитно-мартенситных фаз и ряд других исследований.Обзор литературы выявил широкое использование мультифрактальной параметризации материальных структур и установление связей с результатами параметризации свойств.

Ряд вопросов, связанных с применением метода параметризации конструкций сварных соединений, является сложной и актуальной задачей.

Методы

Методика мультифрактальной параметризации структур материалов разработана и описана в работах Б. Мандельброта, Р.Л. Хадсон, А.Г. Колмаков, Г.В. Встовский, И.З. Бунин, В.С. Иванова, А.В. Вотинов, В.В. Геров, А.С. Баланкин, А.А. Оксогоев, А.Д. Анваров и соавт.

Объектом исследования были выбраны сварные швы (АМС, 2007) наружного корпуса камеры сгорания, выполненные из жаропрочной аустенитной стали «10х21Н20Т2Р» (росс.). Металлографические шлифы готовили на автоматических шлифовально-полировальных станках. Для выявления границ аустенитных зерен исследованных сталей использовали «реактив Круппа» с временем травления 20 сек.Микроструктуры исследовали на стационарном микроскопе с увеличением × 1000, цифровой камере AxioCamHR для фото- и видеосъемки, твердомере поверенного Виккерса, персональном компьютере с программным обеспечением для обработки изображений, «MFRDrom» (Г.В. Встовский), офисном пакете и др.

Для наглядности при исследовании были получены панорамные изображения микроструктуры и различные увеличения (× 100 – × 1000). Были исследованы годные сварные швы и забракованы по результатам радиографического контроля.Для установления характера влияния дефектов подготовки и структуры использовать изображения аустенитных зерен с увеличением × 100, которые проводились на основе имитации дефектов (следы шлифовки и полировки, трещины и поры).

Для анализа программе требовалось специальное предварительно обработанное изображение исследуемых структур, которое заключалось в цифровом изображении с применением компьютерной графики (например, Adobe Photoshop). Это обучение включало обрезку фрагментов изображения, преобразование в черно-белый растровый формат, изменение яркости-контрастности и другие.

Обработка одного изображения в «MFRDrom» включает (Встовский, 2001):

  1. Загрузите файл изображения.
  2. Настроить мультифрактальную обработку и проведение расчетов (метод формирования мер, метод расчета типа спектра, пределы q, количество знаков после запятой до округления производительности, минимальная полезная площадь изображения, цвет, который программа будет считаться максимальной и др.).
  3. Исследование мультифрактальных спектров и сохранение результатов расчетов с просмотром графиков регрессии для любого q из заданного диапазона и для любого подмножества общего набора шкал, формируемых программой с заданной минимальной долей области.

Мультифрактальный анализ изображений включает в себя следующие четыре этапа расчетов: формирование разбиений элементарных мер, расчет обобщенных корреляционных функций, расчет статистических характеристик мультифрактальных спектров, анализ корректности расчетов мультифрактальных спектров.

Для проведения мультифрактального анализа может использоваться программный модуль «Фраклаб», входящий в состав программного комплекса MATLAB, а также разработанный программный комплекс «Фрактал-ПК».

Для соответствия химического состава техническим условиям на исследуемую аустенитную сталь был проведен спектральный анализ всех образцов и серия измерений твердости по Виккерсу HV 30 .

Для определения причины образования трещин был выполнен микрорентгенографический анализ продольных швов (зона термического влияния основного металла, шов по линии шва) наружного кожуха камеры сгорания. Микроструктура сварного соединения жаропрочной аустенитной стали с выявленным центром кристаллизации сварного шва представлена ​​на рисунке 1.

 

В зависимости от однородности и регулярности разрешения изображения в пикселях получена серия анализов по программе «MFRDrom» из 220 цифровых изображений разного разрешения стали с зернистостью от 1-10.

Основные результаты, полученные с помощью визуального, радиографического и спектрального, металлографического анализа, измерения твердости по Виккерсу по стандартным методикам и с применением стандартных методов статистической обработки результатов измерений. Точность исследования обеспечивает достаточный объем опытов, использование комплекса методов определения механических свойств материалов и других видов испытаний на стандартных приборах-поверенных, достаточное количество образцов.

Исследования включали три основных этапа. На первом этапе устанавливают зависимость разрешения изображения, зернистости и однородности (регулярности). На втором этапе проводится анализ влияния дефектов на подготовку и структуру структур параметризации. На третьем этапе устанавливают зависимость между твердостью сварных соединений аустенитной стали и параметрами однородности и регулярности.

Результаты

Корпус камеры сгорания представляет собой сварную конструкцию (Chuan, 2010).Сварку проводили при следующих условиях: прямая полярность, сварочный ток I = 160 ± 20 А, скорость сварки v = 0,26 – 0,3 м/мин, вольфрамовый электрод (4 мм), аргон. При сварке ТИГ корпусов камер сгорания в процессе возникают горячие трещины (рис. 2). С целью апробации метода параметризации для исследования дефектных мест на рентгенографическом анализе (рис. 3) образцов проводят такие места сварного шва.

 

Для повышения точности и достоверности прогноза твердости расчетных температурных полей при сварке TIG наружного кожуха камеры сгорания приводится в действие компрессор.Исследование распределения температуры по поперечному сечению сварного соединения в предельном состоянии позволяет моделировать структурное состояние, полученное при охлаждении после сварки, с помощью диаграмм состояний и путем сравнения структур изотерм и соответствующих областей. Расчет теплового поля применяют известными методами, помимо параметризации конструкций для прогнозирования структуры и твердости.

Исходные данные для расчета выбраны следующие: материал – сталь, коэффициент теплопроводности λ = 0.29 Вт/(см∙К), Объемная теплоемкость с[фо] = 4,75 Дж/(см 3 ∙К), температуропроводность α = 0,06 см 2 /с, КПД – 0,85, U a = 22 В, толщина деталей в зоне сварки s = 2,5 мм, шов встык за один проход. В качестве эталонной температуры принимается температура окружающей среды (Багрянский и др. , 1976).

Расчетные методы определения температурных полей на основе следующего уравнения теплопроводности в случае трехмерного тела с окружающей средой:

, где ∇ T – оператор Лапласа; a = λ/cρ – коэффициент температуропроводности.

Наряду с расчетным методом определения температурных полей на практике применяют экспериментальные методы, которые широко применяются в различных отраслях техники. При расчетах тепловых процессов при сварке широко используется зависимость полученных путем схематизации и упрощения реальных процессов распространения теплоты (Волченко и др. , 1988).

Эти предположения позволяют получить стройную теорию рас распределения температур в телах при нагреве различными движущимися источниками тепла.

В этом уравнении изменение температуры в пластине в процессе теплонасыщения описывается уравнением:

где K 0 – функция Бесселя первого рода нулевого порядка, [дельта] – толщина пластины, – расстояние до рассматриваемой точки от начала координат, а – температуропроводность, [лямбда] – коэффициент теплопроводности, t – время, v – скорость сварки.

Результаты расчета температуры (Коновалов и др., 2007) предельного состояния ΔT в зависимости от изменения температуры на расстоянии x от центра сварного шва представлены на рисунке 4.

 

Подготовка сварных соединений к определению включена в программу MFRDrom резка и изготовление микрошлифа, травление шва, фотосъемка, видеосъемка, выделение нужного количества участков (n=6), требуемого размера микроструктуры, конвертация изображения. Из всех параметров были выбраны однородность металлографической структуры F 200 и регулярность D 1 – D 200 , как наиболее информативные параметры.

Совместно с научным сотрудником Анваровым А.Д. были получены экспериментальные данные, позволившие установить зависимость однородности и закономерности в структуре от широкого диапазона разрешений изображения (рис. 5). Их готовили по основной шкале для определения балла зернистости стали №1 (1-10) с увеличением х100 (Анваров, 2006).

Проверил и обнаружил, что результирующая параметризация программой «MFRDrom» закономерностью и однородностью влияет на разрешение сканера или камеры, с которой получено изображение.

Из рис. 4 видно, что существует достаточно четкая корреляция между размером зерна (z) и однородностью параметров F 200 (заказ D 1 – D 200 также) для бездефектного сварного соединения, что позволяет для определения размера зерна, параметризации структур в автоматизированном режиме.Результаты параметризации аустенитных зерен с порами (шлаковыми включениями) одинакового размера представлены на рисунке 6. Зависимость основана на анализе микроструктур размером 512×512 пикселей с разрешением 300 пикселей/дюйм.

Анализируя рис. 6, можно сделать вывод, что на упорядоченность и однородность структуры сварного соединения влияет как количество и размер пор или шлаковых включений, так и размер трещин или следов шлифовки и полировки (Швеев, 2014). Это необходимо учитывать при составлении шлифов и выборе места исследования (бездефектного) сварного соединения, т.к. партии шлифов с получением дефектов и структур могут исказить результаты расчета.Эти кривые были получены при моделировании дефектов на аустенитных зернах одинакового размера и такой ориентации, т.е. при фиксированном размере зерна.

Нами был предложен алгоритм вероятностного прогнозирования твердости, который показан на рисунке 7.

Чтобы предсказать твердость, необходимую для этой схемы:

  1. Получить стандартными методами металлографии микроструктуру образца.
  2. Рассчитайте, используя значения однородности «MFRDrom» F 200 , заказ D 1 – D 200 и размер зерна для различных участков сварного шва.
  3. Однородность привязки F 200 , заказ D 1 – D 200 и размер зерна Z к координатам сварного соединения.
  4. Выполняют функции аппроксимации твердости HV.

На шагах 1 и 2 вносятся эталонные входные данные (моделирование структуры или глубокой печати), на шагах 3-5 с помощью соответствующих параметров определяются «MFRDrom» однородность, консистенция и размер зерна. На шаге 6 с использованием объекта «черный ящик» выполняется аппроксимация. Таким образом, по этой схеме твердость HV может быть предсказана путем расчета начальных приращений температуры (шаги 1-7) или рассчитана на основе параметризации микроструктуры (шаги 2-7), полученной в микроскопе, сканере, камере и т.д. .Для прогноза твердости способом должно быть получено уравнение регрессии однородности, консистенции, зернистости (возможно, других параметров) для конкретной микроструктуры сварного шва с привязкой к координатам (х, у). Измерение твердости по Виккерсу (рис. 8) в этом случае производят также в плоскости сечения (тоже x, y).

В дальнейшем, выставляя в «черном ящике» объекта зависимость HV 30 = f (F 200 , D 1 -D 200 , Z, …) можно получить значение твердость в сварном соединении по любой координате с заданной степенью точности определяется точностью аппроксимации функций.Прогнозирование жесткости также может осуществляться нормирующими функциями, составлением матрицы полного факторного планирования эксперимента, оценкой однородности дисперсии функции отклика и расчетом коэффициентов математической модели.

Данный алгоритм может быть использован при прогнозировании твердости в сварных соединениях стального металла на участках, где стандартными методами выявить сложно или необходимо восстановить значения для неизмеренных участков.

Обсуждение

Адаптация метода параметризации для исследования структуры аустенитных сталей заключалась в обучении признаков изображения микроструктуры сварных соединений, различной зернистости зоны термического влияния шва и основного металла, различной ориентации зерен после полировки и травления, наличия дефектов сварных соединений.Вышеперечисленные факторы влияют на равномерность и правильность строения шва в целом и в отдельных зонах. При их исследовании необходим рациональный выбор мест параметризации конструкций, количество таких мест с поправкой на возможные режимы смещения и неравномерность травления, увеличение микроскопа и другие факторы, т. е. параметризацию швов следует выполнять в максимально близких условиях. . Проведение такого анализа может быть полезно для прогнозирования твердости металлических деталей в зонах машин, где по каким-либо причинам механические методы определения твердости невозможны.

Заложенный в программу алгоритм предоставляет инструмент автоматизированного анализа микроструктуры сварных соединений для определения размера зерна, параметров микроструктуры и, наконец, для прогнозирования твердости.

Заключение

Метод параметризации конструкций апробирован и адаптирован для исследования микроструктур сварных швов аустенитных сталей, в том числе дефектов. Установлено, что сложность пробоподготовки для определения параметров мультифрактальной твердости ниже 30 % в среднем при той же погрешности измерения, что и для определения размера зерна.В соединениях устанавливается однородность и закономерность с размером зерна при различных разрешениях, структура шва дополняется существующим и расширяется в зависимости от разрешенного изображения для автоматизированного анализа размера зерна. Показано, что исследование параметров однородности и упорядоченности структуры необходимо проводить в максимально близких условиях. Выявлено, что на степень корреляционных связей влияют дефекты микроструктуры, такие как трещины, поры и др., а также дефекты подготовки – следы шлифовки и полировки.Эти дефекты влияют на однородность и регулярность соединения. Соединения устанавливаются жесткостью по Виккерсу с порядком и равномерностью. Предложено для оценки микроструктуры и жесткости прогнозирования использовать только параметр однородности. Температурное поле в шве и околошовной зоне в зависимости от условий сварки. Попросили спрогнозировать твердость путем расчета температуры процессов, происходящих при сварке.

Очень актуальной задачей является снижение трудоемкости определения механических свойств сварных конструкций.Авторы не исследовали вопрос параметризации биметаллических соединений и металлических покрытий. В задачу дальнейших исследований входило определение параметров твердости микроструктуры только для других групп материалов и технологий, таких как литье, штамповка, термообработка и другие. С небольшими изменениями можно оценить твердость сварных соединений аустенитных сталей и неразрушающих изделий.

Благодарность

Авторы выражают благодарность Амиру Дамировичу Анварову за советы, оказанные при написании статьи и проведении экспериментов.

Каталожные номера

  1. Анваров А.В. (2006). Методика оценки ресурсобезопасности использования химической продукции на основе методики мультифрактальной параметризации (кандидатская диссертация), Казанский технологический университет, Россия, г. Казань.
  2. Багрянский К.В., Добротина З.А. и Хренов К.К. (1976). Теория сварочных процессов . Россия, Москва: Высшая школа.
  3. Бунин И.З., Колмаков А.Г., Встовский Г.В. и Терентьев В.Ф. (1998).Методика мультифрактальной параметризации структур материалов. Вестник ТСУ , 3, 293-294.
  4. Чуань, Сун Ву (2010). Сварочные термические процессы и поведение сварочной ванны . Тейлор и Фрэнсис.
  5. Галимов Э.Р., Кудрин А.Г., Маминов А.С. (2009). Использование метода мультифрактальной параметризации задач в металлургии порошковых сталей. Научно-технические ведомости СПбГПУ , 89 (4-2), 26-30.
  6. Газале, М. (2002). Гномон.От фараонов до фракталов (М. Газале, пер.). Россия, Москва: Институт компьютерных наук.
  7. Иванова В.С. (1994). Синергетика и фракталы в материаловедении . Россия, Москва: Наука.
  8. Иванова В.С., Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Пименов В.Н. (2000). Мультифрактальный метод испытаний конструкций из материалов на устойчивость . Россия, Москва: Intercontact Science.
  9. Кеннет Ф. (2003). Фрактальная геометрия , Великобритания: WILEY.
  10. Колмаков А.Г., Бунин И.Г. и Встовский Г.В. (1997). Исследование влияния обезуглероживания поверхности на механические свойства молибдена с использованием мультифрактального формализма. Международный журнал морской и полярной инженерии (ISOPE) , 1(7): 44-47.
  11. Коновалов А.В., Неровный В.М. и Куркин А.С. (2007). Теория сварочных процессов . Россия, Москва: МГТУ имени Н.Е. Баумана.
  12. Кроновер, Р.М. (2000). Фракталы и хаос в динамических системах.Основы теории . Россия, Москва: Постмаркет.
  13. Мандельброт, Б. Б. (2002). Фрактальная геометрия природы . Россия, Москва: Институт компьютерных наук.
  14. Швеев А.И., Ганиев М.М., Шафигуллин Л.Н., Курин С.В., Гумеров М.И., Галимов Э.Р., Беляев А.В. (2014). Особенности подготовки изображений микроструктуры для параметризации сварных соединений. Всемирный журнал прикладных наук , 29 (4), 560-563.
  15. Вашул, Х.(1988). Практическая металлография. Методы пробоподготовки . Россия, Москва: Металлургия.
  16. Волченко В.Н., Ямпольский В.М. и Винокуров В.А. (1988). Теория сварочных процессов . Россия, Москва: Высшая школа.
  17. Встовский Г.В. (2002). Элементы теории информации . Россия, Москва: МГИУ.
  18. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Бунин И.Г. (2001). Введение в мультифрактальную параметризацию материальных структур .Россия, Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика».
  19. Встовский Г.В., Бунин И.Г. и Колмаков А.Г. (1996). Теоретико-информационная интерпретация мультифрактального формализма и анализ металлических поверхностей разрушения. Engineering Materials Advisory Services Ltd. (EMAS) , 1(2): 301-306.
  20. Справочник по сварке: процесс сварки (2007 г.). Американское общество сварщиков: AWS.
(Посетили 428 раз, сегодня посетили 1 раз)

Формирование и эволюция слоистой структуры в разнородных сварных соединениях феррито-мартенситной стали и нержавеющей стали 316L с наполнителями

[1] R.Миттал, Б.С. Сидху, Дж. Матер. Процесс.Технология, 220(2015), 76-78.
[2] В.Д. Виджаянанда, Дж. Ванаджа, Ч. Р. Дас, К. Мариаппан, А. Тхакур, С. Хуссейн, Г. В. Прасад Редди, Г. Сасикала, С.К. Альберт, мэтр. науч. англ. А, 742 (2019), 432-441.
[3] Y. Li, J. Wang, E. Han, W. Wu, H. Hanninen, J. Mater. Технологии, 35(2019), 545-559.
[4] Z. Shen, Y. Ding, J. Chen, B.S. Амирхиз, Дж. Вен, Л.Фу, А.П. Герлих, Дж. Матер. Технологии, 35(2019), 1027-1038.
[5] C. Liu, Q. Shi, W. Yan, C. Shen, K. Yang, Y. Shan, M. Zhao, J. Mater. Технологии, 35(2019), 266-274.
[6] Б. Ким, Ф. Сабурин, М. Мерола, Л. Джанкарли, Р. Виллари, П. Майо, Ф. Лукка, М. Маркони, Б. Левеси, Fusion Eng. Дес., 89(2014), 1969-1974.
[7] А. Карделла, Э. Ригал, Л. Бедель, П. Буччи, Дж. Фик, Л. Форест, Л.V. Boccaccini, E. Diegele, L. Giancarli, S. Hermsmeyer, G. Janeschitz, R. Lasser, A.L. Puma, J.D. Lulewicz, A. Moslang, Y. Poitevin, E. Rabaglino, J. Nucl. Mater., 329-333(2004), 133-140.
[8] S. Kano, A. Oba, H.L. Yang, Y. Matsukawa, Y. Satoh, H. Serizawa, H. Sakasegawa, H. Tanigawa, H. Abe, Nucl. Mater. Energy, 9(2016), 300-305.
[9] N. Hara, S. Nogami, T. Nagasaka, A. Hasegawa, H. Tanigawa, T. Muroga, Fusion Sci. Technol., 56 (2009), 318-322.
[10] Х. Фу, Т. Нагасака, Н. Кометани, Т. Мурога, В. Гуан, С. Ногами, К. Ябуучи, Т. Ивата, А. Хасэгава, М. Ямадзаки, С. Кано, Ю. Сато, Х. Абэ, Х. Танигава, Fusion Eng. Des., 98-99(2015), 1968-1972.
[11] Г. Лю, С. Ян, В. Хань, Л. Чжоу, М. Чжан, Дж. Дин, Ю. Донг, Ф. Ван, К. Шан, Р.Д.К. Мишра, мэтр. науч. англ. А, 722(2018), 182-196.
[12] В. Томас Пол, Т.Картикеян, Аруп Дасгупта, Ч. Судха, Р.Н. Хайра, С.К. Альберт, С. Сароха, Т. Джаякумар, Metall. Матер. Транс. А, 47(2016), 1153-1168.
[13] Х. Серидзава, Д. Мори, Ю. Шираи, Х. Огивара, Х. Мори, Fusion Eng. Дес., 88(2013), 2466-2470.
[14] Х. Серидзава, Д. Мори, Х. Огивара, Х. Мори, Fusion Eng. Дес., 89(2014), 1764-1768.
[15] С. Кано, А. Оба, Х. Л. Ян, Ю. Мацукава, Ю. Сато, Х.Serizawa, H. Sakasegawa, H. Tanigawa, H. Abe, Nucl. Матер. Энергия, 9(2016), 300-305.
[16] С.К. Альберт, Ч.Р. Дас, С. Сэм, П. Мастанаиш, М. Патель, А.К. Бхадури, Т. Джаякумар, C.V.S. Мурти, Р. Кумар, Fusion Eng. Des., 89 (7-8) (2014), 1605-1610.
[17] Z. Sun, Int. Дж. Пресс. Судно. Пип., 68 (1996), 153-160.
[18] А.К. Бхадури, С. Венкадесан, П. Родригес, П.Г. Мукунда, международный Дж. Пресс.Судно. Пип., 58 (1994), 251-265.
[19] Дж. Акрам, П. Рао Калвала, М. Мишра, И. Чарит, Матер. науч. англ. А, 688 (2017), 396-406.
[20] K. Furuya, M. Ida, M. Miyashita, H. Nakamura, J. Nucl. мат., 386-388 (2009), 963-966.
[21] Т. Сойсал, С. Коу, Д. Тат, Т. Пасанг, Acta Mater., 110 (2016), 149-160.
[22] Ю.К. Ян, С. Коу, Sci. Технол. Сварка.Присоедин., 13 (2008), 318-326.
[23] Y. Zhang, H. Jing, L. Xu, Y. Han, L. Zhao, B. Xiao, Mater. Характер., 139(2018), 279-292.
[24] C. Du, X. Wang, L. Hu, J. Mater. Процесс.Технология, 256(2018), 78-86.
[25] K. Hao, G. Li, M. Gao, X. Zeng, J. Mater. Процесс.Технология, 225(2015), 77-83.
[26] J. Onoro, J. Mater. Процесс.Технология, 180(2006), 137-142.
[27] A.L. Schaeffler, Metal. прог., 56 (1949), с. 680Б.
[28] Х. Иноуэ, Т. Т. Косэки, С. Окита, М. Фуджи, Велд. Int., 11 (1997), 937-949.
[29] Х. Иноуэ, Т. Т. Косеки, С. Окита, М. Фуджи, Велд. Int., 11 (1997), 876-887.
[30] С. Коу, Сварочная металлургия, (второе изд.), John Wiley, New York (2003), 243-247.
[31] С.Сэм, Ч.Р. Дас, В. Рамасуббу, С.К. Альберт, А.К. Бхадури, Дж. Нукл. мат., 455(2014), 343-348.
[32] A. Hishinuma, A. Kohyama, R.L. Klueh, D.S. Gelles, W. Dietz, K. Ehrlich, J. Nucl. мат., 258-263 (1998), 193-204.
[33] C.C. Се, В. Ву, Дж. Сплавы. Сост., 506 (2010), 820-825.
[34] С. Коу, Транспортные явления и обработка материалов, John Wiley and Sons, Нью-Йорк (1996), 57-60.
[35] C. Herrera, D. Ponge, D. Raabe, Acta Mater., 59 (2011), 4653-4664.
[36] C. Shek, D. Li, K. Wong, J. Lai, Mater. науч. англ. А, 266 (1999), 30-36.
[37] D. Li, Y. Gao, J. Tan, F. Wang, J. Zhang, Scr. Металл., 23(1989), 1319-1321.
[38] К.Х. Ло, Ч.Х. Шек, Дж.К.Л. Лай, мэтр. науч. англ. Р, 65(2009), 39-104.
[39] О.Д. Шерби, Acta Metall., 10 (1962), 135-147.
[40] Y. Wang, L. Li, R. Kannan, Mater. науч. англ. А, 714(2018), 1-13.
[41] Х. Лукас, П. Агравал, М.С.И. Stuttgart, 2007.
[42] J.C. Lippold, W.F. Дикарь, Велд. Дж., 12 (1979), 362с-374с.

Испытания структуры и механических свойств соединений из технического титана

Целью исследований являлась технология сварки титановых трубопроводов.Проанализированы превращения этого материала под влиянием термической сварки. Основная цель заключалась в оценке свойств титановых суставных зон. Сварку стыков труб различной толщины выполняли аргонодуговой сваркой ВИГ при оптимальной и пониженной интенсивности газового потока. Были проверены структура и механические свойства этих соединений. Для соединений, сваренных в этих двух условиях, были получены разные результаты испытаний. Даны рекомендации по технологии сварки и термообработке соединений после сварки.

1. Введение

Титан и его сплавы занимают важное место среди металлических конструкционных материалов благодаря своим особо ценным физико-химическим свойствам [1–3], к которым относятся малый удельный вес и большая прочность при нормальных и повышенных температурах. Эти материалы обладают высокой устойчивостью к атмосферной коррозии и различным агрессивным средам. Поэтому титан и его сплавы благодаря своим свойствам находят множество применений в конструкциях установок, трубопроводов и химического оборудования [4–6], как, например, реактор из стального титанового листа, плакированного взрывом (рис. 1) [ 7, 8] или сварной трубопровод из технического титана.


Технический титан по сравнению с химически чистым элементом обычно загрязнен кислородом, азотом, водородом, углеродом, железом, кремнием и другими элементами. Количество этих примесей обычно составляет 0,2–1,2%. Эти блуждающие элементы образуют с чистым титаном соответствующие бинарные диаграммы равновесных систем (рис. 2) [9].

Титан технический и титановые однофазные сплавы относятся к одной группе. Содержание элементов, стабилизирующих фазу, невелико и не превышает граничного значения в фазе.Таким образом, структура этих сплавов после пластической деформации и отжига состоит в основном из твердого раствора (>95%).

В случае чистого титана температура аллотропного превращения равна 1155,5  К. При нагреве в этих условиях элементарная ячейка с гексагональной решеткой превращается в ячейку, которая кристаллизуется в правильную центрическую систему решетки. При охлаждении происходит полное обратное превращение. При малых скоростях нагрева и охлаждения превращение протекает путем зарождения новой фазы и увеличения зародышей (диффузии).Нагрев титановых полуфабрикатов выше температуры аллотропного превращения () всегда приводит к росту зерен независимо от нагревания или охлаждения.

При охлаждении от температуры фазовой стабильности быстрое превращение становится мартенситным со сдвиговым механизмом (). Мартенсит титана является метастабильной фазой и образуется в результате деформации решетки [10]. Мартенситная фаза кристаллизуется в гексагональную систему решетки и определяет пересыщенный твердый раствор замещения элементов в .Помимо условий нагрева и охлаждения, морфология мартенсита зависит от начальной термической и пластической обработки. В зависимости от структуры можно выделить крупные области с двойниковыми кристаллами и иглами или пластинами с различным характерным для фазы расположением.

В случае технического титана превращение происходит при более высокой температуре в диапазоне от 1133 до 1233  К. В его структуре присутствует небольшое количество фазы за счет водорода и железа, находящихся в пределах их равновесной растворимости в фазе   α .Частицы фазы ограничивают рост пластины фазы.

Титан проявляет особенно высокое сродство к кислороду в твердом и жидком состоянии при температуре выше 773 К. Азот увеличивает прочность титана больше, чем кислород и углерод. Водород повышает хрупкость титана.

2. Свариваемость технического титана

Благодаря высокой термической эффективности переплава при сварке титан подвергается другому термическому циклу сварки по сравнению со сталью.Основная проблема связана с хорошей пластичностью сварного соединения, которая зависит от структуры сварного шва и фазовых превращений, происходящих в околошовной зоне при температурах выше превращения. Процесс сварки требует высокой точности из-за сильной химической активности кислорода, азота и водорода в зоне нагрева стыка.

В случае однофазных сплавов рост столбчатых кристаллов начинается из расплавленных зерен основного материала. Фазовое превращение при охлаждении сварных соединений обеспечивает дендритную структуру шва.Фазовые превращения титана и его физические свойства определяют структурные изменения в различных объемах околошовной зоны (рис. 3, а). Зона термического влияния характеризуется неравномерным нагревом каждого из объемов сплава. Это вызывает гетерогенное напряженное состояние, деформацию, фазовые превращения и структурные изменения. Различия скоростей охлаждения и отжига в околошовных зонах для различных толщин свариваемых элементов представлены на рис. 3(б).

Зона термического влияния соединения содержит участки непровара шва, полного фазового превращения, частичной рекристаллизации и рекристаллизации. На первых двух участках происходит рост зерен, сегрегация элементов и увеличение газосодержания. Размеры зерен зависят от максимальной температуры нагрева, времени выдержки при температуре выше фазового превращения и скоростей нагрева и охлаждения. Типичная диаграмма фазового превращения при сварке технического титана представлена ​​на рис. 3(в).

Область частичной рекристаллизации () (рис. 3(а)) показывает меньший рост зерен, так как диапазон температур мал. Структура этой области состоит из фаз. Структура области рекристаллизации состоит преимущественно из зерен фазы α малого диаметра (равноосная структура) без каких-либо признаков фазовых превращений.

Зона рекристаллизации постепенно присоединяется к структуре основного материала. Для температур от 623 до 663 К в зону термического влияния могут входить гидриды TiH, разделенные по границам зерен, по линиям скольжения и двойниковые кристаллы.Швы, включающие только элементы, стабилизирующие фазу, имеют однородную структуру, состоящую из мартенситной фазы. Элементы, стабилизирующие фазу, повышают стойкость соединения к водородному охрупчиванию.

Сварочная проволока должна иметь заданную прочность и пластичность. Температура фазового превращения в материале проволоки всегда должна быть выше температуры превращения в основном материале. При этом наплавленный материал должен оставаться в отожженном состоянии после проведения термической обработки основного материала.

Однофазный титан характеризуется хорошей свариваемостью. Изменение линейной энергии сварки мало влияет на пластические и прочностные свойства шва и околошовной зоны. Основным фактором, определяющим пластические свойства шва, является скорость охлаждения этих зон. Для сплавов после пластической деформации важным фактором также является время выдержки основного материала при температурах выше температуры рекристаллизации. Наилучшие пластические свойства швов получены при применении средней и высокой скоростей охлаждения, при которых интенсивность роста зерен меньше.

Для технического титана применяются различные способы сварки плавлением. Универсальным методом является аргонодуговая сварка ВИГ [2]. Применяются также электронно-лучевая сварка [11] и электрошлаковая сварка [12].

Для получения оптимальных механических и технологических свойств сварных соединений из титана их необходимо отжигать при температурах от 823 К до 953 К. Время выдержки составляет 0,33–1 ч для толщины 2–50 мм [13]. ]. Отжиг следует проводить выше температуры рекристаллизации, но ниже аллотропного превращения с последующим охлаждением на воздухе.Во избежание сварочных напряжений следует применять подотжиг в диапазоне температур от 723 К до 773 К с выдержкой 0,5–4 часа.

3. Результаты испытаний
3.1. Исходный материал и формирование швов
3.1.1. Исходный материал для патрубков и присадочный металл

Исходные титановые элементы для сварки состояли из отрезков труб с наружным диаметром 355,6 мм () и толщиной = 8 мм, 88,9 мм (), и = 3,05 мм .Химический состав и механические свойства материала трубы и присадочного металла соответствовали ASTM B862 Grade 2 и ER Ti2-AWS 5.16 и показаны в таблицах 1 и 2. δ δ Химическая конституция,% O N N H Fe Ti


0.162 0,003 0,003 0,003 0,030 Бал 0,110 0,006 0,012 0,008 0,060 Бал Наполнитель металл 0,090 0,005 0,010 0,005 0,030 Бал

δ Предел текучести, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение,
,%

357 506 34
284 513 33
Наполнитель металл 275 305 20

9 0516
и представляют собой растягивающее напряжение и относительное удлинение основного материала трубы.

В наполнителе меньшее содержание кислорода, но соотношение остальных элементов аналогичное. В материале трубы толщины больше водорода и железа по сравнению с толщиной. Прочность и относительное удлинение присадочного металла были меньше, чем у материала трубы (табл. 2).

3.1.2. Процесс сварки патрубков

Патрубки были сварены аргонно-дуговой сваркой TIG с газом высокой чистоты (99.975%). Процесс сварки осуществлялся сварочным аппаратом типа MagicWave 2200 Job производства австрийской компании Fronius. Диапазон силы тока составлял от 110 до 140 А по толщине и от 70 до 100 А по толщине при среднем напряжении 12 В. Горелка для сварки ВИГ с выдвижной коробкой была снабжена тремя газовыми потоками, защищающими, соответственно, поверхность, корень и тыльную сторону сварного шва. Эта комбинация защищала сварной шов и околошовную зону от вредного воздействия кислорода, азота и водорода из воздуха.Для патрубков такой толщины оптимальный диапазон интенсивности присоединяемого газа составлял 10–20 л/мин.

Зона стыка в патрубках толщиной и мелкозернистой структурой исходного материала намеренно насыщалась повышенной активностью атмосферного воздуха. Для этого была снижена газонапряженность в корневом и обратном течении, что вызвало . Это должно было проверить влияние недостаточной газовой защиты на свойства соединения.

Остальные условия для опытных соединений были такими же, как и при стандартной сварке промышленных трубопроводов.Фрагменты оборудования, используемого польской фирмой Mostostal Plock SA для сварки элементов трубопроводов и экспериментальных соединений, представлены на рисунке 4.

3.2. Методика испытаний

Испытывались сварные соединения из технического титана. Образцы для испытаний вырезали из сварных патрубков. В соответствии с нормой PN-EN ISO 15614-5 : 2005 (U), которая квалифицирует технологию сварки титана, были проведены визуальный осмотр, металлографическое исследование, а также испытания на твердость, растяжение и изгиб.

Визуальный осмотр заключался в оценке цвета сварного соединения и дефектности сварки. Макро- и микрометаллографические исследования проводили на оптическом микроскопе NEOPHOT 2. Образцы травили в реактиве Кролла. С помощью устройства для определения твердости по Виккерсу HPO 250 значения твердости HV10 были получены косвенным путем.

При испытании на растяжение образцы продемонстрировали скорость пластической деформации 0,0017 с −1 , измеренную на испытательной машине HECKERT UFP ​​400.После достижения определенного целевого предела текучести скорость растяжения была увеличена до 0,0053 с -1 . Образец для испытаний представлял собой длинный шликер, вырезанный из стенки сварного патрубка (рис. 4(с)), то есть два плоских образца для испытаний толщиной и два толщиной .

При испытании на изгиб на той же испытательной машине использовали четыре плоских образца определенной толщины и четыре образца определенной толщины, которые вырезали из заглушки таким же образом, как и в случае испытания на растяжение. При каждой толщине изгибали по два образца на лицевой стороне соединения и два на корне.Диаметр гибочной оправки составлял 30 мм.

3.3. Свойства сварных соединений

При визуальном осмотре обнаружен серебристый цвет (допустим) граней и корней на стыках толщины и синеватый цвет (недопустим) на стыках толщины . Наблюдение не выявило ни кратеров, ни трещин, ни неполного оплавления. Макроструктура толщинных швов и ее характерные зоны представлены на рисунке 5.


Результаты микроскопического исследования представлены на рисунках 6 и 7.Основной материал шва по толщине имеет немного больше фазы и более мелкие зерна, чем материал шва по толщине. В обоих соединениях выявлено наличие фаз , и , характерных для технического титана в исходном состоянии и под влиянием термического цикла сварки. Более тонкие соединения (рис. 7(б)–7(г)) содержат большее количество мартенсита, чем более толстые (рис. 6(б)–6(г)), а сам шов имеет более мелкие зерна.

Числа твердости и относительная твердость и в каждой зоне соединения при и показаны на рисунке 8.В обоих случаях относительная твердость соединений максимальна в сварном шве. Соединения толщиной HV имеют большую твердость 10; поэтому для зон W, PZ и HAZ условие выполняется.

Результаты испытаний на растяжение плоских образцов представлены в таблице 3. Соединения толщины с разрывами в сварном шве имеют большую прочность на растяжение. Соединения по толщине растрескались в околошовной зоне со стороны зоны проплавления. Результаты этих испытаний показывают, что для каждого показателя относительной прочности на разрыв существует условие .В случае удлинения с относительным индексом удлинения действует взаимное условие, т. е. . Изменения прочности в результате статического испытания на растяжение представлены на рисунке 9. Каждое из этих значений превышает допустимую прочность  МПа в соответствии с ASTM B862 Grade 2. Соединения по толщине имеют меньшее удлинение. Удлин.% Отн. коэфф. из Гр. Напряжение растяжения Удлин.


415 37,8 0,82 1,11 ПЗ 413 35,7 0,82 1,05 ПЗ 488 11.8 0,91 0,36 W


Результаты испытаний на изгиб показаны в Таблице 4. Помимо преимущественно положительных результатов испытаний (180 градусов), были получены два отрицательных результата (58 и 67 градусов). К ним относятся соединения толщины, в которых угол изгиба со стороны корня был ниже допустимого значения.


δ Испытание на изгиб Разм. Изгиба теста., ММ Угол изгиба Результат
180 4
FBB 180 Положительный
БОР 180 Положительный
БОР 180 Положительный
FBB 180 Положительный
FBB 180 Положительный
БОР 67 Отрицательный
БОР 58 Отрицательный

FBB и RBB означают напряжения поверхности и корня сварного шва соответственно.
4. Анализ

Бинарные системы равновесия титана позволяют приблизительно понять превращения, происходящие в техническом титане при нагреве и охлаждении (рис. 2 и табл. 1). В основном материале свариваемых титановых труб преобладает фаза с небольшим количеством фазы. Меньшие по толщине швы содержали больше элементов, стабилизирующих фазу (H, Fe) с тонкой структурой в исходном состоянии. Используемый присадочный металл имел аналогичный химический состав, но с меньшим содержанием кислорода.Исходный материал обеспечивал степени прочности и пластичности, превышающие прочность и пластичность присадочного металла (табл. 2).

В сварных соединениях обнаружено наличие фаз и в зоне соединения, характерных для технического титана после сварки (рис. 3(а), 3(в), рис. 5–7). В обоих случаях толщины размеры зерен увеличиваются по направлению к сварному шву. Более тонкие соединения по сравнению с более толстыми включали большее количество мартенсита с двойниками деформации и большую плотность дислокаций в области соединения.При этом количество фазы и более мелких зерен в шве обусловлено скоростью охлаждения обоих соединений, где (рис. 3(б)).

Для проверки прочности и пластичности обоих типов соединений были проведены испытания на твердость, растяжение и изгиб. Наибольшие значения твердости HV 10 наблюдались в сварном шве и околошовной зоне (рис. 8) независимо от типа соединения. Это участки крупнозернистого материала с повышенной хрупкостью и изломами.Поэтому предел прочности этих участков меньше прочности основного материала (табл. 2 и 3).

Соединения толщиной с меньшим аргоновым экраном () имели более высокую твердость, прочность на растяжение и меньшее удлинение (рис. 9). Небольшое удлинение сходится с малым углом изгиба 58 и 67 градусов для двух образцов (таблица 4). Хотя предел прочности при растяжении этих соединений превышает допустимое значение в соответствии со стандартами ASTM B862 Grade 2 (345 МПа), их следует рассматривать как отрицательные соединения.

Полученные свойства шва в условиях повышенной диффузионной активности кислорода, азота и водорода из воздуха визуально выявили цвета шва. Серебристым и синим отмечены допустимые и недопустимые цвета на толстых и тонких швах соответственно. Поэтому швы с положительной толщиной имели меньшую твердость и прочность на растяжение, а также повышенное удлинение.

Количественное сравнение прочностных свойств соединения включает относительный показатель твердости, предела прочности при растяжении (прочности) и относительного удлинения (пластичности) (рис. 8 и табл. 3).Эти индексы удовлетворяют следующим условиям: и .

5. Выводы

Анализ результатов испытаний облегчил изложение этих выводов. (i) Обе исходные трубы из технического титана имели в основном фазовую структуру с небольшим количеством фазы . Свариваемые материалы имели более высокие значения показателей механических свойств, чем присадочный металл. (ii) Под влиянием термического цикла сварки формировались соединения, в которых в зону соединения вошли фазы , характерные для технического титана после сварки.В диапазоне примененных толщин количество мартенсита было больше в соединении меньшей толщины. (iii) С точки зрения критериев приемлемости положительные соединения имели толщину, а отрицательные — толщину. Положительные соединения показали удовлетворительную твердость, пластичность и прочность на растяжение в пределах рекомендуемого стандарта. Негативные соединения показали более высокую твердость и прочность на растяжение и недостаточную пластичность, что было продемонстрировано испытанием на изгиб.(iv) Неадекватная аргоновая защита недостаточно защищала соединение от доступа кислорода, азота и водорода из воздуха. Это способствовало диффузии этих газов в зону стыка, особенно в сварной шов с самой высокой температурой. Повышенное сверхнасыщение фазы этими элементами повышало твердость и прочность соединения, но снижало его пластичность. (v) Существует связь между структурой сварных соединений и их механическими свойствами. Соединения толщиной имели большее количество мартенсита в шве и околошовной зоне, чем соединения толщиной .Поэтому более тонкие соединения продемонстрировали более высокую твердость и прочность, но меньшую пластичность. (vi) Применяемая сварка патрубков такой толщины методом ВИГ может быть использована для фактической сварки промышленных трубопроводов с соблюдением определенных рекомендаций. К ним относятся унификация свойств в зоне стыка и основного материала. (vii) В будущем рекомендуется по возможности отжигать стыки трубопроводов для получения оптимальных механических и технологических свойств и устранения сварочных напряжений. .Кроме того, рекомендуется выбирать присадочный металл с повышенной пластичностью, то есть с пониженным содержанием элементов O, N и C.

Различия сварных и болтовых соединений в конструктивном исполнении

проекта, они должны решить, какие инструменты и материалы лучше всего подходят для работы над их проектом.
В то время как типы соединений, которые используются в конструкции, обычно выбираются в соответствии с общим дизайном.


Они должны думать о таких факторах, как; стоимость, общую производительность и время установки, а также максимально использовать свой проект и любой бюджет, с которым они работают.

Продолжайте читать, и мы сравним сварные и болтовые соединения. 2 основных типа соединений, обычно используемых для соединения элементов из термопластов и металлов. Совместная конструкция является одним из ключевых элементов, связанных со стальной конструкцией.

Сварные соединения

В строительной отрасли используются различные методы сварки. Сварные соединения производятся путем сплавления двух элементов вместе с сильным нагревом и повторного охлаждения. По данным Американского общества сварщиков (AWS), существует пять типов сварных соединений, которые можно сваривать:

Стыковые
Угловые
Кромочные
Нахлесточные
Тройниковые
Все эти типы соединений зависят от того, как свариваемые элементы подходят друг к другу.

Болтовые соединения

В болтовых соединениях используются крепежные детали, которые удерживают элементы конструкции в одном положении. Они закреплены с резьбой вместо сварки.
Существует два типа соединений на растяжение и на сдвиг. Как и во многих других инженерных решениях, оба варианта сварки имеют свои плюсы и минусы.

Сравнение стоимости болтовых и сварных соединений

Цена на болтовые и сварные соединения зависит от проекта. Но по большей части болтовые соединения являются менее дорогим вариантом.Стоимость болтовых соединений зависит от цен на сталь. Зато производственный процесс протекает более эффективно и позволяет автоматизировать процесс изготовления сварных соединений.
Монтаж сварных соединений должен производиться аттестованными сварщиками, которые, разумеется, работают на почасовой ставке.

Поскольку стоимость рабочей силы для затягивания болтов намного ниже, чем для квалифицированных сварщиков, болтовые соединения обычно будут лучшим вариантом, если у вас ограниченный бюджет.

О характеристиках конструкции

Сварные соединения, как правило, прочнее болтовых, о чем, если вы хоть что-нибудь знаете о сварке, вы, возможно, уже догадались.В основном это связано с тем, что в материале нет отверстий, как в болтовых соединениях. Поэтому, если прочность вашего проекта является серьезной проблемой, вам следует использовать сварные соединения. Когда производительность вашей структуры имеет значение, это тот случай, когда вы хотели бы просто выбрать качество, а не стоимость.

Сложности при проверке соединений

В случае болтовых соединений инспекторы должны убедиться, что болт, по крайней мере, находится на одном уровне с крепежными отверстиями или выступает из них. Болты нельзя вкручивать ниже края отверстия, в котором они закреплены.
Инспекторы также проверяют, достаточно ли затянуты болты, и проверяют, не оторвались ли они.

В зависимости от проекта методы контроля сварки могут различаться. Обычно используется визуальный осмотр, который проводится до, во время и после процесса сварки. Существуют и другие методы, требующие специального оборудования, более дорогие, чем визуальные проверки, и требующие для их выполнения инспекторов, сертифицированных AWS, поэтому процесс проверки сварных соединений, как правило, является более дорогим и утомительным.

Сравнение гибкости

Из-за непрерывности поперечного сечения сварные соединения обеспечивают более жесткое крепление, чем болтовые соединения. Однако болтовые соединения, как правило, крепятся с помощью пластин или уголков, допускающих небольшое отклонение, необходимое конструктивным элементам для передачи больших нагрузок, добавляя гибкости к уравнению, допуская большее движение и снижая структурное напряжение.


Но есть и недостаток болтовых соединений. И это то, что для их установки требуется дополнительное оборудование.Это ограничивает тип приложений, в которых они могут использоваться.
Сварка имеет тенденцию быть более универсальной, поскольку почти любые две поверхности могут соединяться в сварном шве. Другие элементы можно легко прикрепить к существующим соединениям.

Безопасность и процесс установки

Руководители строительных работ должны знать важные различия между процедурами установки обоих типов соединений, чтобы эффективно выполнять проект.
Болтовые соединения обычно устанавливаются с помощью ударного гайковерта или накидного ключа, с ними легче работать и легче ремонтировать.Это помогает сэкономить время в случаях возникновения непредвиденных ситуаций.
Сварные соединения, поскольку они выполняются вручную сертифицированным сварщиком, требуют различных типов оборудования и источников энергии в зависимости от того, какой тип сварки требуется. Дуговая сварка защищенным металлом (SMAW) является наиболее часто используемым типом оборудования. При сварке SMAW электрическая дуга возникает между металлическими электродами с покрытием и любыми свариваемыми стальными компонентами.


Сварку, как правило, можно выполнять на заводе или на стройплощадке, где необходимо соблюдать строгие требования безопасности и качества.
Как и при любых сварочных работах, необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы избежать ожогов, вдыхания паров, воздействия УФ-излучения, повреждения зрения и поражения электрическим током.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.