- •Федеральное агентство по образованию
- •Научный редактор Кащук м.Г.
- •Предисловие
- •Введение
- •Условные обозначения
- •Рдс – ручная дуговая сварка штучными электродами;
- •Оцк – объемно-центрированная кристаллическая решетка;
- •Мхн – микрохимическая неоднородность.
- •1. Классификация сталей и сплавов
- •1. По химическому составу:
- •2. По назначению в зависимости от основных свойств:
- •3. По системе легирования:
- •5. По системе упрочнения твердого раствора:
- •2. Особенности работы сварных конструкций из специальных сталей и сплавов
- •3. Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие в сталях при сварке
- •3.1. Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие при нагреве
- •3.2. Влияние легирующих элементов на превращения аустенита при охлаждении
- •3.3. Влияние легирующих элементов на структурные превращения при сварке
- •3.4. Влияние легирующих элементов на физические свойства сталей
- •3.5. Влияние легирующих элементов на плавление и кристаллизацию металлов и сплавов
- •3.5.1. Особенности кристаллизации сварочной ванны
- •3.6. Химическая неоднородность сварного соединения
- •3.7. Влияние режима сварки на степень химической неоднородности сварного шва
- •4. Свариваемость легированных сталей
- •4.1. Горячие трещины в сварных соединениях
- •4.1.1. Методы повышения сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин
- •4.2. Холодные трещины в сварных соединениях
- •4.2.1. Способы повышения сопротивляемости сварных соединений легированных сталей холодным трещинам
- •4.3. Ламелярные трещины
- •4.4. Трещины повторного нагрева
- •4.5. Хрупкие разрушения
- •4.6. Термическая обработка сварных соединений
- •5. Сварка жаропрочных перлитных сталей
- •5.1. Трудности при сварке жаропрочных перлитных сталей
- •5.2. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •5.3. Термическая обработка сварных соединений
- •Режим отпуска сварных соединений, выполненных дуговой сваркой
- •6. Сварка хромистых сталей
- •6.1. Общие рекомендации по сварке хромистых сталей
- •6.2. Сварка мартенситных сталей
- •4. Термообработка после сварки (табл. 12).
- •Тепловой режим сварки мартенситных сталей
- •6.2.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •6.3. Сварка мартенситно-ферритных сталей
- •6.3.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •6.4. Сварка ферритных сталей
- •6.4.1. Технология сварки и свойства сварных соединений
- •7. Сварка аустенитных хромоникелевых сталей
- •Химический состав коррозионно-стойких сталей
- •Химических состав некоторых жаропрочных сталей
- •7.1. Трудности при сварке хромоникелевых сталей
- •4. Поры в наплавленном металле.
- •7.1.1. Трещины в сварных соединениях
- •7.1.2. Межкристаллитная коррозия сварных соединений
- •7.1.3. Охрупчивание металла сварного соединения при эксплуатации
- •7.1.4. Поры в наплавленном металле
- •7.2. Общие рекомендации по сварке аустенитных сталей
- •7.3. Технология сварки
- •7.4. Термическая обработка
- •8. Сварка разнородных сталей
- •8.1. Образование и строение зоны сплавления
- •8.2. Образование диффузионных прослоек в зоне сплавления
- •8.3. Дефекты сварных соединений
- •8.4. Рекомендации по сварке разнородных сталей
- •9. Сварка сплавов на никелевой основе
- •9.1. Трудности при сварке никелевых сплавов
- •Химическая неоднородность металла шва
- •9.2. Технология сварки и свойства соединений
- •Приложения
- •Перечень лабораторных и практических работ
- •Темы индивидуальных докладов
- •Условное обозначение элементов в марках сталей
- •Список использованной и рекомендуемой литературы Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Введение ……………………………………………………………... 4
4.1. Горячие трещины в сварных соединениях
Горячие трещины (ГТ) при сварке – хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и ЗТВ, возникающие в твердожидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твердом состоянии при высоких Т (рис. 20).
Рис. 20. Характерные места расположения горячих трещин |
Потенциальную склонность к ГТ имеют конструкционные и легированные стали при любых видах сварки плавлением, и чаще всего они возникают в сплавах с кристаллическим строением, с повышенной локальной концентрацией легкоплавких фаз (аустенитные, ферритные и другие стали). ГТ подразделяются на кристаллизационные и подсолидусные. |
| |
Рис. 21. Характер изменения прочности G и пластичности П металлов и сплавов при нагреве до Тл |
Способность сварного соединения воспринимать без разрушения деформации, связанные с термодинамическим циклом сварки, определяет уровень его технологической прочности. Образование кристаллизационных ГТ обусловлено характером изменения прочности G и пластичности П металлов и сплавов при нагреве до Тл (рис. 21). |
В области нагрева до Т < Тл прочность и пластичность сплавов резко падают. Пластичность остается на весьма низком уровне, а затем опять повышается. Такое изменение свойств можно объяснить, рассмотрев процесс кристаллизации металла из жидкого состояния (рис. 22).
Рис. 22. Схема, иллюстрирующая механизм деформирования
сплавов в жидко-твёрдом (а) и твёрдо-жидком (б) состояниях
Металл, нагретый до расплавления, охлаждается, и, начиная с Тп, в нем образуются зародыши твердой фазы, и, пока их мало, пластичность расплава не отличается от пластичности жидкости.
Прочность такого жидко-твёрдого расплава близка к нулю, т.е. сопротивление деформации практически отсутствует.
Начиная с Т = Твг(температура верхней границы хрупкости), металл переходит в стадию твердо-жидкого состояния, при котором возможность жидкости перетекать между затвердевшими зернами резко уменьшается.
При деформировании происходит их заклинивание и дальнейший процесс становится возможным только в случае пластической деформации самих зерен либо смещения их друг относительно друга.
Деформация такого двухфазного агрегата при условии сохранения сплошности в направлении действия сил Р возможна только при смятии отдельных точек контакта зерен (рис. 22, б, 1–2, 3–7 и т.д.), повороте прилегающих зерен и их деформации.
На ранней стадии сохраняется возможность некоторого протекания жидкости в межзеренном пространстве.
Прочность закристаллизовавшейся твердой фазы в этот период намного больше, и, если наступает разрушение, оно происходит по границам зерен, т.е. будет иметь межкристаллический характер.
С дальнейшим снижением Т возрастает объемная прочность жидкости, уменьшается ее объем, увеличивается число контактов между зернами и повышается прочность самих зерен.
При некоторой Т границы упрочняются настолько, что разрушение происходит по телу самих зерен (точка А).
Температура резкого возрастания пластичных свойств находится ниже Тс и называется нижней границей хрупкости (Тнг).
Интервал температур, заключенный между верхней и нижней границами хрупкого состояния металла, называется температурным интервалом хрупкости (ТИХ).
Если при остывании сварного соединения в пределах ТИХ интенсивность нарастания деформаций приводит к деформациям большим, чем его пластичность в данных условиях, тогда возникают ГТ.
Максимальная деформация, которая не приводит к образованию трещин, называется предельной и соответствует пластичности П шва в данных условиях.
Сопротивляемость сварного соединения образованию ГТ определяется следующими факторами (рис. 23): пластичностью металла в ТИХ, значениями ТИХ, темпом деформации сварного соединения.
Сплав 3 (рис. 23, а) трещин не дает, так как возникающий темп деформации (кривая е) недостаточен для исчерпывания его пластичности (П >е). У сплава 2 в момент, определяемый точкой А, П =е. Это критический случай. У сплава 1 в момент, характеризуемый точкой Б, произойдет исчерпывание пластичности П и образуется трещина (П <е).
Рис. 23. Графическая иллюстрация теории технологической прочности при кристаллизации |
Сплавы с одинаковой пластичностью, но с большей величиной ТИХ, более склонны к образованию ГТ (рис. 23, б). Темп деформации (наклон кривой е) зависит от усадки шва и деформаций, развивающихся в околошовной зоне. Чем меньше темп деформации в ТИХ, тем меньше вероятность образования трещин (рис. 23, в). Сплав 3 трещин не образует, он имеет еще некоторый запас пластичности П. Значение ТИХ и пластичности П сварочного соединения зависит от химического состава сплава, схемы кристаллизации и степени неоднородности шва и других факторов. Необходимые условия для возникновения разрушения – межзеренная деформация или проскальзывание, возникающие как следствие воздействия термодеформационного цикла сварки. |
Подсолидусные трещины образуются при температуре ниже Т затвердевания. Место их зарождения – ослабленные включениями и несовершенствами строения границы кристаллитов, где межзеренные проскальзывания наиболее выражены (участки зоны оплавления, ликвационные участки и др.).