XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Надежность, работоспособность и экономичность сварных конструкций во многом зависят от качества сварных соединений, наличия в них дефектов. Такой дефект, как трещина является самым распространённым из-за ,того что любое сварное соединение проходит через температурный интервал наиболее склонного к образованию таких дефектов, вследствие чего возникает вопрос о прогнозировании их появления при тех или иных условиях и выбора нужных режимов, сплавов и видах сварки для предотвращения появления трещин. В данной работе рассмотрены способы испытания на сопротивляемость образованию горячих трещин в сварных соединениях на основе литературных источников.

Данные испытания можно разделить на испытания с естесственной жесткостью и с приложением внешней внешеней нагрузки. Они стандартизованы в ГОСТ Р ИСО 17641-1-2011, который идентичен международному стандарту ИСО 17641-1:2004 [1].

Для оценки склонности к образованию термических трещин предложено использовать естественно нагруженные пробы (рисунок 1), у которых высокий уровень остаточных напряжений достигается при сварке по замкнутому контуру – пластинчатая проба [2], или сварке круговых швов – круговая [3], дисковая [4, 5] и кольцевая [6, 7].

Результаты исследований сплавов с применением различных проб показали, что наибольшей чувствительностью к образованию трещин обладает круговая проба с контрольным швом диаметром 30 мм, дисковая со швом диаметром 25 мм, кольцевая и проба с двухосным нагружением [8].

Кроме качественной оценки наличия или отсутствия трещин в образцах технологические пробы позволяют проводить количественную оценку сплавов: определение времени выдержки до образования трещин и построение С-образных кривых [6], в которых кроме времени изменяется также температура образования трещин. К результатам таких исследований может стать такая диаграмма как на рисунке 1

Рисунок 1. Температурная область образования трещин

Определение правильной пробы для испытания можно по таблице на основе графической зависимости оценки свариваемости на основе данных по содержанию в сплаве алюминия и титана. В соответствии содержанием в них γ'-фазы, а также опытом их применения в сварных конструкциях предложено оценивать сплавы как не склонные к образованию трещин при содержании алюминия до 2,7%, титана– 3,7%, γ'-фазы – 10–12%, с умеренной склонностью – 2,7–3,5% Al, 3,7–5,0% Ti и 13–20% γ'-фазы и с высокой склонностью – свыше 3,5% Al, свыше 5% Ti и свыше 21% γ'-фазы [8].

Предложенная институтом металлургии им. А. Н. Байкова, позволяет изучать не только конечные изменения структуры и механических свойств околошовной зоны при сварке, но и кинетику процесса роста зерна и структурных превращений. Она может быть рекомендована для оценки свариваемости как существующих, так и новых изыскиваемых марок металла на самых ранних этапах их разработки.

Методика ЛТП1-4 для определения склонности металла шва к образованию горячих и холодных трещин при сварке. В основу методики испытаний положена гипотеза проф. Прохорова Н. Н. межкристаллической прочности сплавов при сварке.

Согласно этой гипотезе горячие трещины образуются в температурном интервале хрупкости (ТИХ) данного свариваемого сплава. При этом вероятность образования горячих трещин определяется соотношением ТИХ, значением производной от деформации по температуре (т.е. скорость нарастания деформаций по мере снижения температуры) и величиной пластичности сплава в температурном интервале хрупкости.

Берут несколько образцов из стали одной марки. Первый образец сваривают при некотором среднем значении скорости деформации, создаваемой машиной, после чего его обследуют для установления наличия или отсутствия трещин. При отсутствии трещин скорость увеличивают; при наличии трещин следующий образец испытывают при меньшей скорости. Таким образом устанавливают граничное значение скорости, которая является для данной стали критической.[9]

Испытания, которые включают внешнюю нагрузку, предусматривают внешнее нагружение образца во время процесса сварки или уже сваренного образца, который одновременно нагревают и нагружают. Критерием стойкости против образования трещин при испытании этой пробы служит критический прогиб или усилие, при котором в образце начинают возникать трещины. Примером может служить Valeristrain test, при котором деталь подвержена нагружению в процессе сварки, причем нагружение параллельно направлению сварочного шва. Количественно измеряются силы нагружения до разрушения[10]

Если необходимо исследование вязкого разрушения, то, используется Gleeble test [11.], суть которого заключается в нагреве образца при помощи пропускания тока в условиях приложенной механической нагрузки сжатия или растяжения.

В работе [12] рассматривается способ оценки склонности сварного шва к распространению трещины при циклическом нагружении. Для этого к плоской пластине привариваются Z-образные образцы. На основе данных о нагружении строится S-N диаграммы.

Вывод:

На основе рассмотренных литературных данных, можно сделать вывод о наличии широкого разнообразия методов оценки склонности сплавов к трещинообразованию: от испытаний с естественным нагружением, до усталостных испытаний. Выбор конкретного подхода будет определяться характером требуемых данных.

Список использованных источников:

ГОСТ Р ИСО 17641-1-2011 Испытания разрушающие сварных швов металлических материалов. Испытания на сопротивляемость образованию горячих трещин в сварных соединениях. Процессы дуговой сварки

Мартышин Г.В., Хорошова В.Б. Некоторые особенности сварки тонколистовых конструкций из дисперсионно-твердеющего никелевого сплава ВЖ101 // Автоматическая сварка. 1973. №1. С. 11–20.

Влияние режимов термической обработки жаропрочного сплава ХН73МБТЮ (ЭИ648) / В.П. Морочко, Б.Ф. Якушин, Л.И. Сорокин и др. // Сварочное производство. 1979. №5. С. 23–34.

Thompson Е.G., Nunez S., Рrаgеr М. Practical solutions to strain-age cracking of Rene 41 // Welding Journal. 1968. Vol. 47. N 7. P. 299–313.

Weiss S., Hughes W.P., Macke H.J. Welding evaluation of high temperature sheet materials by restrained patch testing // Welding Journal. 1962. Vol. 41. N 1. P. 17–22.

Hughes W.P., Berry T.F. A study of the strain-age cracking characteristic in welded Rene 41. Ph. I // Welding Journal. 1967. Vol. 46. N 8. P. 361–370.

D’Annessa А.М., Owens J.S. Effects of furnace atmosphere on heart treat cracking Rene 41 Weldments // Welding Journal. 1973. Vol. 52. N 12. P. 568–579.

Сорокин Л. И. Оценка сопротивляемости образованию трещин при сварке и термической обработке жаропрочных никелевых сплавов (обзор). Часть. – 2003.

https://www.uu.ru/svarka_x/svarshika_040.htm; дата (обращения 25.11.2019)

Aucott L. A. Mechanism of solidification cracking during welding of high strength steels for subsea linepipe : дис. – Department of Engineering, 2015.

Sepe R. et al.Crack growth behavior of welded stiffened panel //Procedia Engineering.– 2015.– Т.109.– С.473-483.

Код для цитирования: Скопировать