Сварочных напряжений

Разработанный технологический процесс сварки не только должен обеспечивать получение надежных сварных соединений и конструкций, отвечающих всем эксплуатационным требованиям, но должен также допускать максимальную степень комплексной механизации и автоматизации всего производственного процесса изготовления изделия, должен также быть экономически наивыгоднейшим по расходу энергии, сварочных материалов, затрат человеческого труда.

Под техникой сварки обычно понимают приемы манипулирова-ния электродом или горелкой, выбор режимов сварки, приспособлений и способы их применения для получения качественного шва и т, п. Качество гавов зависит не только от техники сварки, но и от других факторов, таких как состав и качество применяемых сварочных материалов, состояние свариваемой поверхности, качество подготовки и сборки кромок под сварку и т. д.

Широкое применение этого способа в промышленности при производстве конструкций из сталей, плотных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостаткам способа относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стенания расплавленных флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10— 15°.

§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

производительности и минимальном расходе сварочных материалов, электроэнергии, зарплаты, накладных и других расходов.

При оценке ожидаемых механических свойств металла шва необходимо учитывать действие следующих технологических факторов: долю участия основного металла в формировании шва и его химический состав; тип и химический состав сварочных материалов; метод и режим сварки; тип соединения и число проходов (слоев) в сварном шве; размеры сварного соединения; вели-

Влияние элементов, входящих в основной металл, участвующий в образовании шва, может быть значительным. Не учитывать ото влияние нельзя. Роль химического состава сварочных материалов очевидна — подбором сварочных материалов можно регулировать химический состав и механические свойства металла шва в самых широких пределах.

Тип соединения и число слоев влияют на химический состав металла шва, так как они определяют долю участия сварочных материалов в формировании шва и характер химико-металлургических процессов в зоне сварки.

§ 3. ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для обеспечения эксплуатационной надежности сварных соединений необходимо, чтобы швы обладали не только заданным уровнем прочности, но и высокой пластичностью. Поэтому при выборе сварочных материалов необходимо стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы требуемые значения. Легирование металла шва элементами, входящими в основной металл, всегда повышает его прочностные характеристики, одновременно снижая пластичность.

Это всегда следует учитывать при выборе сварочных материалов для легированных конструкционных сталей. Так, например, при сварке низколегированной стали с временным сопротивлением 50 кгс/мм2 применение электродов типа Э50А может привести к значительному повышению временного сопротивления металла шва и существенному снижению пластичности и ударной вязкости. Это происходит ввиду легирования металла элементами, содержащимися в основном металле при проплавлении последнего. Характер изменения этих свойств зависит от доли участия основного металла в формировании металла шва. Поэтому, как правило, следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержат легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Пластическая деформация, возникающая в металле шва под воздействием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва.

Высокий отпуск при температурах 600—650° С в этих случаях служит эффективным средством восстановления свойств металла (рис. 114). Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений. Нормализации подвергают сварные конструкции для улучшения структуры отдельных участков сварного соединения и выравнивания их свойств. Термообработка, кроме закалки сварных соединений, в которых шов и околошовная зона охлаждались с повышенными скоростями, приведшими к образованию на некоторых участках неравновесных структур закалочного характера (угловые однослойные швы, последние проходы, выполненные на полностью остывших предыдущих), при-

В процессе высокотемпературной эксплуатации происходит карбидное и иитерметаллидиое упрочнение металла шва и соответствующее снижение его пластических свойств, что приводит к локализации в околошовной зоне деформаций и образованию в пей трещин. Этому способствует и высокий уровень остаточных сварочных напряжений в сумме с рабочими напряжениями. Предотвращение подобных локальных разрушений достигается термообработкой — аустепитизацией при температуре 1050—1100° С для снятия остаточных сварочных напряжений и самопаклепа и придания сварному соединению более однородных свойств. В ряде случаев аустспитизация сопровождается последующим стабилизирующим отжигом при температуре 750—800° С для получения относительно стабильных структур за счет выпадения карбидной и интерметаллпдной фаз.

Наблюдается еще один вид коррозионного разрушения — коррозионное растрескивание, возникающее под совместным действием растягивающих напряжений и агрессивной среды. Разрушение развивается как межкристаллитное, так и транскристаллит-ное. Снижение уровня остаточных сварочных напряжений — одна из основных мер борьбы с этим видом коррозионного разрушения.

При сварке 12%-ных хромистых мартенситных сталей с высокохромистыми феррптными и ферритло-аустепитными предпочтительнее выбирать сварочные материалы ферритно-аустенитлого класса, так как применение ферритных сварочных материалов (например, ЭФ-Х17) приводит к получению швов с крупным терном и низкой пластичностью в исходном состоянии после сварки. В ходе термообработки следует принимать меры к ускоренному охлаждению для предупреждения 475°-ной хрупкости. Так как коэффициенты линейного расширения высокохромистых сталей различных марок и ферритно-аустенитных швов близки, то термообработка приводит к почти полному устранению сварочных напряжений. При использовании ауотенитных сварочных материалов с помощью термообработки нельзя снять сварочные напряжения из-за существенной разницы в величинах коэффициентов линейного расширения шва и основного металла.

Вид термообработки сварных соединений из разнородных аустепитных сталей определяется условиями их работы, типом конструкции и марками свариваемых сталей. При сварке конструкций из термически неупрочняемых сталей, предназначенных для работы в интервале умеренных температур при отсутствии требований к снятию сварочных остаточных напряжений, термообработку можно не проводить. Если же по условиям работы конструкции необходимо снятие остаточных сварочных напряжений, то проводят стабилизацию при температуре 800— 850° С. Если конструкция предназначена для работы при высоких температурах, то предпочтительнее аустспитизация при температуре 1100-1150° С.

Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичностью в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие получение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, по их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому, попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того, пластичность металла шва способствует частичной релаксации сварочных напряжений и поэтому снижается вероятность образования трещин в зоне термического влияния. Для сварки чугуна используют медножелезные, модно-никелевые и железоникелевые электроды.

Основное преимущество этих электродов — возможность проковки наплавленного металла в горячем состоянии для уменьшения уровня сварочных напряжений. Проковка обязательна, так как при этом уменьшается опасность образования трещин в около-тповной зоне.

При сварке сплавов системы Al—Zn—Mg возможно замедленное разрушение — образование холодных трещин через некоторое время после сварки, обусловленное действием сварочных напряжений первого рода и выпадением и коагуляцией интерметаллидов.

Сборка цуенсона осуществляется в следующем порядке. Вначале к чаше приваривается центральная спираль, затем устанавливается тумба таким образом, чтобы конец спирали подходил к пазу в тумбе. После приварки тумбы к чаше устанавливается и приваривается периферийная спираль, которая затем закрывается сверху кожухом, на торец которого устанавливается кольцо. Кожух приваривается к тумбе и кольцу, а кольцо к чаше. Внутрь тумбы устанавливается крышка, которая ложится на центральную спираль. Крышка приваривается к тумбе. После этого устанавливаются шесть радиальных ребер жесткости, которые привариваются к тумбе, кожуху и чаше. Затем привариваются подводящий и отводящий партубки к крышке и кольцу соответственно. После этого фланец укладывается на ребра жесткости и приваривается к ним. После полной сборки пуансон подвергается отпуску с целью снятия остаточн, х (сварочных) напряжений.

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, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Этому случаю соответствует хорошая свариваемость материалов. При сварке разнородных материалоз в зависимости от различия их физико-химических свойств в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из материалов либо химическое или интерметаллидное соединение с решеткой, резко отличающейся от решеток исходных материалов. Механические и физические свойства твердых растворов, особенно химических или интерметаллидных соединений, могут значительно отличаться от свойств соединяемых материалов. Такие материалы относятся к удовлетворительно сваривающимся. Если образуются хрупкие и твердые структурные составляющие в сварном соединении, то в условиях действия сварочных напряжений возможно возникновение трещин в шве или околошовной зоне. В последнем случае материалы относятся к категории плохо сваривающихся.