Перейти к содержимому

  • Вебсварка в социальных сетях

Фотография

Дефекты соединений при сварке металлов плавлением гост 30242-97

юмор

  • Авторизуйтесь для ответа в теме
В этой теме нет ответов

#1 Точмаш 23

Точмаш 23
  • Мастер
  • Cообщений: 3 498
  • Город:Юг России

Отправлено 17 Январь 2021 17:05

ДЕФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ МЕТАЛЛОВ ПЛАВЛЕНИЕМ

     

ГОСТ 30242-97

Классификация, обозначение и определения

http://docs.cntd.ru/...ment/1200019807

 

 

 

 

 

Ламелярные трещины

Ламелярные трещины - трещины в зоне термического влияния (ЗТВ), образующиеся параллельно поверхности свариваемых листов, имеющие ступенчатый (каскадный) характер. Они наблюдаются визуально после окончания сварки и завершения охлаждения. Излом трещин хрупкий, без следов окисления, большую часть которого составляют плоские древовидные участки (имеющие вид расщепленного дерева). Эти участки совпадают со слоистостью металла, образующейся в результате прокатки, и по этой причине трещины получили название ламелярных (слоистых трещин, или слоистого растрескивания). Такие трещины образуются, как правило, в угловых и тавровых соединениях низколегированных сталей мартеновской и конвертерной выплавки под действием сварочных напряжений, направленных по толщине свариваемых листов. По многим внешним признакам они напоминают холодные трещины (XT), поэтому часто рассматриваются как таковые. При этом по мере увеличения содержания углерода в стали становится возможным одновременное образование ламе­лярных и холодных трещин, а при содержании С > 0,30 % преимущественно образуются XT. В последнем случае сопротивляемость XT существенно ниже, чем ламелярным.

Исследованиями многих авторов установлено, что образование ламелярных трещин связано с наличием в металле вытянутых плоских неметаллических включений типа сульфидов и силикатов. Существует ряд предположений о механизме разрушения при возникновении ламелярных трещин: механическое отделение неметаллических включений от металлической матрицы вследствие слабого их сцепления, в результате различной величины термического расширения и сокращения металла и включений, из-за охрупчивающего действия водорода, концентрирующегося на межфазной поверхности, и др. При этом важную роль играют концентрация напряжений у заостренных концов включений, их длина в отношении к критической для дальнейшего распространения трещин, подкалка и охрупчивание водородом металлической матрицы в ЗТВ.

Поскольку отмечено сходство ламелярных и холодных трещин по ряду внешних признаков и зависимости от одних и тех же основных факторов (подкалка ЗТВ, водород, сварочные напряжения первого рода), то и многие способы оценки склонности к ламелярным трещинам подобны применяемым в отношении XT. При этом учитывается специфика их расположения параллельно поверхности свариваемых листов, а также то, что наибольшая плотность неметаллических включений имеет место в срединной части листов. Для оценки склонности к ламелярным трещинам применяют сварочные технологические пробы.

Проба «Крэнфилд»
 

lamtr_image002.jpg

 

Рис. 1. Проба «Крэнфилд».

На опытную пластину естественной толщины устанавливают наклонную пластину указанных на рисунке размеров. В корневой части с площадкой шириной 7 мм начинают наплавлять отдельные слои опытного шва. Обычно наплавляют 7 – 12 слоев, причем их количество должно соответствовать практически применяемому. Напряжение в корневой части вызывается усадкой каждого последующего слоя наплавленного металла и растет с увеличением количества слоев. Под влиянием этого напряжения возникает и угловая деформация наклонной пластины. При угловой деформации более 3º в опытной пластине резко возрастает размер трещины. Появление трещин контролируется металлографически.

Проба методом окна (рис. 2) Опытный лист толщиной 20 мм вставляют в окно и приваривают двумя анкерными швами 1 и 2. Затем выполняют опытные швы 3, 4 и металлографически контролируют появление ламелярных трещин.
 

lamtr_image004.jpg

 

Рис. 2. Проба методом окна.

Подобный, но конструктивно гораздо более жесткой является Н-образная проба, при которой опытную пластину вставляют в массивную конструкцию двутаврового профиля (рис. 3), при этом поясные листы со стойкой образуют жесткую раму для опытного листа толщиной 25 мм.
 

lamtr_image006.jpg

 

Рис. 3. Н-образная проба.

Проба «Вэритас». К опытному листу приваривают два вспомогательных листа (рис. 4). Можно применить различные способы сварки, например, сварку трением, контактную, стыковую сопротивлением или ручную дуговую сварку, дающую низкое содержание водорода. Технология сварки должна обеспечивать хорошее соединение с минимальным перемешиванием наплавленного металла с металлом опытной пластины. Затем из сварных соединений вырезают образцы для испытания и обрабатывают до диаметра 0,6 толщины листа. Из листьев толщиной более 60 мм опытные образцы изготавливают прямоугольного сечения (рис. 4).
 

lamtr_image008.jpg

 

Рис. 4. Проба «Вэритас»

Критерием оценки при этой пробе является величина поперечного сужения ψz. Этот критерий весьма жесткий, чтобы сталь была устойчивой против образования ламелярных трещин; шесть опытных образцов, вырезанных из одного участка пластины, должны иметь ψz ≥20%. Если 16%< ψz <|20%, то испытание необходимо повторить. Для листов, от которых требуется особая сопротивляемость образованию ламелярных трещин, среднее значение ψz должно быть не менее 30%.

Проба Лихайского университета. Принцип испытания по методу Лихайского университета состоит в выполнении многопроходного сварного шва на опытной пластине (рис. 5). Приспособление фиксирует опытную пластину в вертикальном положении. При испытании листов толщиной менее 38 мм опытную пластину усиливают, приваривая еще одну пластину толщиной 25 мм во избежания возможной деформации изгиба.
 

lamtr_image010.jpg

 

Рис. 5. Схема пробы Лихайского университета:
1 – нагружающее приспособление; 2 – испытуемая пластина (образец); 3 – опытный шов; 4 – узел жесткости.

Пробы LZ-LC. Посредством этой пробы можно оценить чувствительность стали к образованию ламелярных трещин, определяя ее свойства в направлении оси Z, является испытание образца с надрезом растяжением в направлении прокатки L. Из листов толщиной t вырезают плоские образцы, размеры которых показаны на рисунке 6.

Если толщина листа превышает 20 мм, изготавливают образцы сечением 20×20 мм (рис. 6). Образцы имеют концентраторы двух видов; цилиндрическое отверстие диаметром 0,5 t и два надреза U-образной формы шириной 2 мм и глубиной 0,25 t, которые могут быть ориентированы вдоль поверхности листа (пробы LZ) или перпендикулярно этой поверхности (пробы LC).
 

lamtr_image012.jpg

 

Рис. 6. Пробы LZ-LC.

Расстояние между надрезами S является переменным фактором. При больших значениях S образуется излом в самом слабом сечении образца, т.е. в месте цилиндрического надреза. При небольшой величине S разрушение распространяется ламелярно между цилиндрическим надрезом и надрезами U-образной формы. Зависимость разрушающей нагрузки от величины расстояния S для образцов обоих типов показана на рис. 7.
 

lamtr_image014.jpg

 

Рис. 7. Зависимость разрушающей нагрузки от S

Возрастающие участки кривых представляют область ламелярного разрушения, горизонтальные - область классического разрушения.

На основании результатов многочисленных испытаний японские исследователи предложили следующую классификацию сталей:

1. Класс А, высокоустойчивые
S≤ 0,007%; ψZ ≥ 25%.

2. Класс В, устойчивые
S≤ 0,010%; ψZ ≥ 15%.

3. Класс С, низкоустойчивые
S≤ 0,020%; ψZ ≤ 8%.

Хотя существует несколько технологических и конструктивных путей предупреждения образования дефектов такого типа, наиболее эффективным является выбор стали с хорошими пластическими свойствами в направлении оси Z.

Из технологических возможностей прежде всего следует назвать предварительную облицовку свариваемых кромок и предварительный подогрев.

 

 

 

http://svarder.ru/la..._treschiny.html

 

 

 

 

 

 

 
 
 

Природа и причины образования холодных трещин

Холодные трещины объединяют категорию трещин в сварных соединениях, формальными признаками которых являются появление визуально наблюдаемых трещин практически после охлаждения соединения; блестящий кристаллический излом трещин без следов высокотемпературного окисления. Холодные трещины - локальные хрупкие разрушения материала сварного соединения, возникающие под действием собственных сварочных напряжений. Размеры холодных трещин соизмеримы с размерами зон сварного соединения. Локальность разрушения объясняется частичным снятием напряжений при образовании трещин, а также ограниченностью зон сварного соединения, в которых возможно развитие трещин без дополнительного притока энергии от внешних нагрузок.

Характерными особенностями большинства случаев возникновения холодных трещин являются следующие:

  • 1) наличие инкубационного периода до образования очага трещин;
  • 2) образование трещин происходит при значениях напряжений, составляющих менее 0,9 кратковременной прочности материалов в состоянии после сварки.

Эти особенности позволяют отнести холодные трещины к замедленному разрушению материала.

К образованию холодных трещин при сварке склонны углеродистые и легированные стали, некоторые титановые и алюминиевые сплавы.

При сварке углеродистых и легированных сталей холодные трещины могут образоваться, если стали претерпевают частичную или полную закалку. Трещины возникают в процессе охлаждения после сварки ниже температуры 150°С или в течение последующих нескольких суток. Холодные трещины могут образовываться во всех зонах сварного соединения и иметь параллельное или перпендикулярное расположение по отношению к оси шва. Место образования и направление трещин зависят от состава основного металла и шва, соотношения компонент сварочных напряжений и некоторых других обстоятельств. В практике холодные трещины в соответствии с геометрическими признаками и характером излома получили определенные названия:

  • «откол» - продольные в ЗТВ,
  • «отрыв» - продольные в зоне сплавления со стороны шва (аустенитного),
  • «частокол» - поперечные в ЗТВ и др. (рис. 1).

Наиболее частыми являются холодные трещины вида «откол».

Образование холодных трещин начинается с возникновения очага разрушения, как правило, на границах аустенитных зерен на околошовном участке ЗТВ, примыкающих к линии сплавления (рис. 2) . Протяженность очагов трещин составляет несколько диаметров аустенитных зерен. При этом разрушение не сопровождается заметной пластической деформацией и наблюдается как практически хрупкое. Это позволяет отнести холодные трещины к межкристаллическому хрупкому разрушению. Дальнейшее развитие очага в микро- и макротрещину может носить смешанный или внутризеренный характер.

16ba07641651bb78bf77bf19dc4eb0a4-137.jpg

Рис. 1. Вид холодных трещин в сварных соединениях легированных сталей: 1 - «откол»; 2 - «частокол»; 3 - «отрыв»; 4 - продольные и шве

16ba07641651bb78bf77bf19dc4eb0a4-137_1.j

Рис. 2. Межкристаллитный характер разрушения на участке очага холодной трещины (А) и смешанный на участке ее развития (В)

 

Отмеченные выше закономерности послужили основанием для формулирования предположительных механизмов разрушения при образовании очагов холодных трещин. Эти механизмы в разных вариантах включают два основных процесса: низкотемпературную ползучесть и диффузионное перераспределение водорода.

Низкотемпературная ползучесть реализуется путем развития микропластической деформации в приграничных зонах зерен. Развитие микропластической деформации обусловлено наличием в структуре свежезакаленной стали незакрепленных, способных к скольжению краевых дислокаций при действии сравнительно невысоких напряжений. Особенно высока плотность дислокаций в мартенсите непосредственно после воздействия термического цикла. Величина микропластической деформации лежит в диапазоне 10-6 – 10-4 и проявляется при напряжениях выше предела неупругости σА (или микроскопического предела текучести) (рис. 3). Микропластическая деформация является термически активируемым процессом, т. е. ее скорость зависит от температуры и величины приложенных напряжений. После «отдыха» способность закаленной стали к микропластической деформации исчезает. Конечные высокая твердость и предел текучести закаленной стали- результат старения, при котором происходит закрепление дислокаций атомами углерода. Особенности развития микропластической деформации достаточно хорошо объясняют приведенные выше закономерности замедленного разрушения.

При длительном нагружении по границам зерен развивается локальная микропластическая дефорамция. В результате последней реализуется межкристаллическое разрушение по схеме Зинера-Стро, предполагающей относительное проскальзывание и поворот зерен по границам (рис. 4).

16ba07641651bb78bf77bf19dc4eb0a4-138.jpg

Рис. 3. Характер деформированния свежезакаленной стали; σА - микроскопический предел текучести

16ba07641651bb78bf77bf19dc4eb0a4-138_1.j

Рис 4. Схема Зингера - Стро образования трещин при проскальзывании по границам зерен

 

Действие диффузионного водорода при образовании холодных трещин наиболее соответствует одному из механизмов обратимой водородной хрупкости. Ее особенность заключается в том, что в условиях медленного нагружения источники водородной хрупкости образуются вследствие диффузионного перераспределения водорода и исчезают через некоторое время после снятия нагрузки. Разновидностью обратимой хрупкости является водородная статическая усталость, которая проявляется при длительном действии постоянных напряжений, превышающих некоторую критическую величину. Для описания процесса разрушения используются различные механизмы: молекулярного давления, адсорбционный, максимальных трехосных напряжений и др. При этом важная роль отводится взаимодействию водорода с дислокациями.

Основными факторами, обусловливающими образование холодных трещин, являются:

1) структурное состояние металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа (Sд, размером действительного аустенитного зерна (dз);

2) концентрация диффузионного водорода в зоне зарождения очага трещины (Нд);

3) уровень растягивающих сварочных напряжений 1 рода (σсв).

Критическое структурно-водородное и напряженное состояние в ЗТВ, обусловливающее образование холодных трещин, может быть описано регрессионными уравнениями, полученными статистической обработкой результатов испытаний на замедленное разрушение. Критериями критического состояния служат критические значения одного из факторов трещинообразования (Sкр, Hд.кр, σр.кр) при учете действующих значений других факторов. Уравнения Sкр, Hд.кр, σр.кр представляют собой семейство поверхностей в координатах Sд, Hд, С при σсв0,2=const (рис. 5). Пространству ниже этих поверхностей с определенной вероятностью соответствует отсутствие холодных трещин в ЗТВ сварного соединения, выше - их образование.

 

16ba07641651bb78bf77bf19dc4eb0a4-139.jpg

Рис. 5. Критическая поверхность (CDEFG), соответствующая сочетанию факторов, обусловливающих склонность сталей к холодным трещинам при сварке; ОА — отсутствие трещин; АВ - образование трещин

 

Образование холодных трещин возможно также при сварке некоторых α и α+β титановых сплавов. Механизм и причины образования трещин в титановых сплавах менее исследованы, чем для случая сварки легированных сталей. Установлено, что они имеют характер замедленного разрушения. При этом период до разрушения значительно больше, чем у сталей, и может достигать несколько десятков суток. Образование трещин связано с метастабильным состоянием металла шва и зоны термического влияния после сварки, обусловливающим их пониженную пластичность.

Склонность технического титана и малолегированных α-сплавов к холодным трещинам связывают с интенсивным ростом зерна при сварке и насыщением газами (H2, О2, N2) свыше допустимой концентрации. Водород, имеющий пониженную растворимость в α-фазе (до 0,001 %), способен образовывать хрупкий гидрид титана. Последний образуется со значительным положительным объемным эффектом (15,5 %) и наряду с охрупчиванием металла может привести к повышению уровня микронапряжений 2-го рода. Водород также способен адсорбироваться на границах зерен, снижая их когезионную прочность. Отмечено, что действие водорода усиливается при одновременном насыщении металла сварного соединения кислородом и азотом. Замедленный характер разрушения, по-видимому, объясняется диффузионным перераспределением водорода и релаксационными процессами в зонах локального действия пиков микронапряжений, в том числе и по границам зерен.

Склонность к холодным трещинам наблюдается у α+β сплавов титана, легированных главным образом эвтектоиднообразующими β-стабилизирующими элементами (Fe, Cr, Mn и др.). Образование трещин связывают с выделением в процессе фазовых превращений хрупких фаз. В процессе охлаждения после сварки при распаде β-фазы возможно образование метастабильных α'β(ост) и хрупкой ω-фаз, а также хрупких интерметаллидных соединений. Образование интерметаллидов возможно при переходе метастабильных фаз со временем в стабильное состояние. Выделение ω-фазы и интерметаллидов на границах зерен ведет к снижению пластичности и повышению склонности к образованию холодных трещин.

Рост зерна в указанных сплавах ограничен в связи с относительно высокой концентрацией легирующих элементов. Охрупчивающее действие водорода проявляется в меньшей степени у этих сплавов по сравнению с α-сплавами, поскольку растворимость водорода вβ -фазе на несколько порядков больше, чем в α-фазе. Замедленный характер разрушения, повидимому, объясняется развитием во времени превращений в метастабильных фазах и релаксационными процессами в зонах действия межфазных напряжений на границах зерен.

Склонность к холодным трещинам наблюдается при сварке некоторых высоколегированных термоупрочняемых алюминиевых сплавов систем Al-Mn-Zn u Al-Zn-Mg-Cu. Природа и механизм образования трещин еще недостаточно исследованы. Их возникновение связывают с выделением хрупких интерметаллидных фаз в процессе старения при охлаждении при сварке и в послесварочный период. В результате дисперсионного твердения имеет место относительное упрочнение тела зерна по отношению к приграничным зонам. В процессе релаксаций сварочных напряжений происходит локальное накопление пластических деформаций на границах зерен, их перенапряжение и замедленное разрушение.

http://oitsp.ru/weld...odnyh-treshchin


  • 3



Похожие темы



Темы с аналогичными тегами: юмор

Количество пользователей, читающих эту тему: 1

0 пользователей, 1 гостей, 0 скрытых пользователей

Наверх