Способ оценки стойкости сварных соединений против образования холодных трещин

 

СПОСОБ ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИЯ ХОЛОДШХ ТРБЩН, при котором сварные образцы нагружают постоянной во времени нагрузкой и определяют минимальное напряжение, при котором не образуются тре1цины, о т л. и чающийся тем, что, с целью повышения точности оценки путем приближения условий испытаний к реальным условиям, нагружение сварных образцов начинают при /температуре на границе участка полной закалки зоны тер ического влияния, превышающей температуру наименьшей устойчивости аустенита, но не ранее момента -охлаждения металла по оси шва доминимальной температуры оСразования горячих трещин. tit tHf

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН .

4(51) В 23 К 28 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Па ДЕЛАМ ИЗОБИ-:тЕНИй И ОТНРЬПИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3558241/25-27 (22), 28.02.83 (46) 30.03.85. Бюл. Р 12 (72) А.M.Ïoïêîâ (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинского комсомола (53 ) 621.791 ° 011(088.8) (56) 1.Шоршоров N.Õ. и др. Испытания металлов на.свариваемость, М., Металлургия, 1912, с.15.

2.Макаров Э.Л. Холодная трещина при сварке легированных сталей,И., Машиностроение, 1981.

З.Прохоров .Н.,Н. и др. Методика оценки сопротивляемости сталейобразованию холодных трещин при ,сварке. Сварочное производство", 1958., М 9 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ HPOTHB ОБРАЗОВАНИЯ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН при котором сварные образцы нагружают постоянной во времени нагрузкой и определяют минимальное напряжение, при котором не образуются трещины, о т л.ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности оценки путем приближения условий испытаний к реальным условиям, нагружение сварных образцов начинают при температуре на границе участка полной закалки зоны термического влияния, превышающей температуру наименьшей устойчивости аустенита, но не ранее момента охлаждения металла по оси шва до минимальной температуры образования горячих трещин.

1147539

Изобретение относится к экспериментальному определению важнейшей характеристики свариваемости металла, в частности стойкости против холодных трещин,и может найти применение при исследовании свариваемости металлов и разработке новых сварочных материалов и технологических процессов.

Известны прямые способы количественной оценки стойкости металла против холодных трещин. Указанные способы основаны на сварке образцов иэ исследуемого металла с последующим их испытанием после охлаждения до 50-100 С или непоl средственно, после сварки (без, фиксации температуры в начальный мо-. мент) путем приложения постоянйой нагрузки в течение длительного нремени (16 ч и более) .

Если при выбранной нагрузке образец за указанное нремя не разрушится, то испытание прекращают и каким-либо способом (травление и т.п.) фиксируют наличие или отсутствие трещин в образце. После этого образец разрушают и констатируют наличие или отсутствие трещийы.

Если в образце холодной. трещины нет, то производят испытание нового образца, сваренного при тех же условя виях,при большей нагрузке, а если трещины есть — при.меньшей нагрузке (1) и (2) .

Недостатком способов янляется большая длительность испытаний,и невысокая их точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения стойкости металла против холодных трещин, при котором снаривают тавровые образцы о и после охлаждения до 50 С нагружают их постоянной во времени нагрузкой в специальной испытательной установке. Испытав несколько образцов, находят минимальные напряжения б „>,„, при которых трещин нет (3) .

Недостатком этого способа является то, что испытание образца начинают после того, как н металле образца в результате охлаждения закончилось мартенситное превращение, протекшее н условиях плоского напряженного состояния (а не объемного) из-за отсутствия остаточным реактивных напряжений, которые в реальных условиях изготовления сварной конструкции всегда имеют место и достигают значительных величин.

Появление в.сварном соединении объ-. емного напряженного состояния смещает начало мартенситного превращения в область более низких температур и это превращение происходит без самоотпуска, что вызывает большие напряжения второго рода и, следовательно, способствует образованию холодных трещин.

Ьбъемное напряженное состояние в околошовной зоне (зоне термического влияния) сварного таврового (методика ЛТП2-3) или круглого (методика I m p Kant ) образца может быть достигнуто в результате приложения к.образцу внешней нагрузки.

Целью изобретения является повышение точности оценки путем приближения условий испытаний к реальным условиям.

Цель .достигается тем, что согласно способу оценки стойкости сварных соединений против образования холодных трещин, при котором сварные образцы нагружают постоянной во времени нагрузкой и определяют минимальное напряжение, при котором не :образуются трещины, нагружение сварных образцов начинают при температуре на границе участка полной закалки зоны термического влияния, превышающей температуру наи25 меньшей устойчиности аустенита,но не ранее момента охлаждения металла по оси шва до минимальной температуры образования горячих трещин.

При выполнении данных условий мартенситное превращение произойдет в условиях обьемного напряжения состояния в области более низких температур, т.е. в условиях, близких к реальным.

На фиг.1 представлен термический цикл металла в точке, расположенной на границе участка полной закалки; на фиг.2 — распределение температуры по сечению сварного соединения и диаграмма состояния металла в каждый момент времени; на фиг.3 — зависимость температуры от расстояния от оси шва.

Образцы сваривают из исследуемого металла.

) Границы участка полной нормализации (полной закалки) зоны термического влияния определяют границами участка оснонного металла, нагреваемого в процессе сварки до

1130 С Т„ 900 С (см.фиг.2). Тогда дальней температурной границей участка полной нормализации (полной закалки) .будут точки, металл в которых нагревался при сварке до температуры T„ =900 С (см.фиг.2). Определить положение Р„ этой грани М относительно оси сварного шва (методика ЛТП-2-3) или торца образца-вставки (методика 1щр1ant) можно или теоретическим расчетом,. или экспериментально,.определяя термопарой максимальные температуры на-. грева металла, расположенного на различных расстояниях > от оси

1147539

По термичеСкому циклу и известным для испытуемых сталей температурам наименьшей устойчивости аустенита определяли время наступления температуры наименьшей устойчивости аустенита t„, отсчитываемое от момента начала сварки t 0, а затем и время нагружения образца

Испытания сваренных образцов проводили с помощью рычажной машины, Результаты испытаний приведены в таблице. н и кГс мм по способу

О

XlnP1ant предлагаемому

4 1

Марка стали нj

Осе

330 24,5 23,0 34,5

315 26,0 24,5 18,5

27,5

25Н2МФА

ЗВХНЗМФА

13,0

П р и м е ч а н и я. 1. Нагружение образца по дайному способу начиналось за 1,5 с до наступления момента t .

2, Приведенные в таблице средние данные получены при 5-кратном повторении опыта.

Как показали испытания, предель- большинстве случае 3-5%. Следовательные отклонения dp „„ от средней - но, данный способ дает вполне удоввеличины(см.табл.) не превышает в 65 летворительные по точности резульшва (торца образца) и,построением зависимости Т„ „, () (фиг.3) .

Затем,получйв термический цикл. нагрева и охлаждения металла в точ ке, расположенной на дальней границе

r„ участка полной, закалки (полной нормализации), определяют момент наступления в этом металле температуры наименьшей устойчивости аустенита Т» и момент (нагружения образца (фиг.1). .Затем нагружают образец и определяют минимальное напряжейие,при котором не образуются холодные трещины.

ОПРеДеление момента 1н.„ настУп- 15 ления температуры наименьшей устойчивости аустанита Т„„ в металле образца, расположенном на дальней границе участка полной закалки,произво-дят для заданньвс условйй сварки образца и его размеров обычными (расчетными или экспериментальными) методами, построив термический. цикл для точек, расположенных на укаэан- ной гран це ° *Время зависит от yc- - 25 ловий эксперимента, колеблется обыч-но в пределах 15-35 с. В каждом эксперименте по определению стойкости стали против холодных трещин будет несколько отличаться от определенного по указанному термическому циклу из-за неизбежных погрешностей опыта. Поэтому в данном.способе предусматривается начинать нагружение образца за 1-2 с до наступления момента t > . Это да- 35 ет большую гарантию того, что мартенситное превращение в металле будет иметь место уже после нагруженйя образца и в момент, когда по оси шва охлаждение не достигло .тем- 40 пературы образования горячих трещин.

Пример . Испытанию подвергали сварные образцы (фиг.l),, состоящие из монтажной планки и образца-вставки. Сварка образцов: точечная дуговая в углекислом газе проволокой Св-10 ГСМТ диаметром

1,4 мм. Режим сварки.: сварочный ток I« =240-250 А, сварочное напряжение Ищ = 23-24 В, время сварки

«=5 с

Охлаждение образца после сварки происходило в воздухе, время охлаждения до начала нагружения t определяли по термическому циклу,исходя из времени наступления температуры наименьшей устойчивости аустенита в металле, расположенном на дальней границе участка полной нормализации.,(полной закалки), т.е. в металле, максимальная температура нагрева которого при сварке образца достигала 900 С.

Как показали замеры температуры с помощью термопар, приваренных к поверхности образца-вставки конденсаторной сваркой, металл, нагреваемый до 900 С при сварке в указанных режимах стальных образцов, находится на расстоянии 3,5 мм от торца образца-вставки. Здесь расположена дальняя граница участка полной закалки (нормализации) и для металла этой границы построен приведенный на фиг.2 термический цикл.

1147539

ВНИЗЙЖ Заказ 1459/15 Тираж 1086 Нодписное

Филиал DIIII Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4,таты, а по абсолютному значению

8 „ „ значительно ниже величин, полученных по методике Implant..

Опыт „сварки. показывает значительную склонность сталей 25ХН2МФА и 38ХНЗМФа к холодным трещинам, следовательно, способ дает более точную оценку склоннодти металла к холодным трещинам, чем Хтр1апй или JITII-2