Регулирование временных напряжений

Структуру и свойства сварных соединений из среднелегированных сталей, в частности их стойкость против образования холодных трещин, можно в определенных пределах изменить, регулируя нарастание в них - при охлаждений временных сварочных напряжений. Если при охлаждений, соединения эти напряжения достигают определенной величины при тем­пературах, предшествующих развитию бейнитного и мартенситного превра­щения, то эти превращения смещаются в область высоких температур. В результате стойкость сварных соединений против образования холодных трещин повышается. Степень влияния зависит от величины временных на­пряжений, температуры их приложения, а также от состава стали. Существуют для каждой стали оптимальные значения температур и напряже­ний, при которых их влияние на превращение аустенита наибольшее(см. рис.3). Этот метод борьбы с холодными трещинами особенно эффективен при сварке среднелегированных сталей с пониженным содержанием углерода и легирующих элементов и при применении режимов сварки, обеспечи­вающих замедленное охлаждение сварных соединений.

В качестве примера можно привести технологию сварки стали типа 35Х3Н3М при трех типах металла шва: аустенитном, бейнитно-мартенситном и ферритно-перлитном. Швы сваривали под флюсом с использова­нием огарочных проволок Св 08Х20Н9Г7Т, Св 10Х5М и Св О8ГА соответ­ственно. Как показали эксперименты, только в соединениях с аустенитным и бейнитно-мартенситным швами поперечные напряжения перед бейнитно-мартенситным превращением в околошовной зоне при температуре 400-450°С достигают величины (12 кгс/мм²), достаточной для смещения превращения и повышения их стойкости против образования трещин. В соединениях с ферритно-перлитным швом величины этих напряжений не­достаточны ( 6 кгс/мм² при 450°) для такого смещения.

Второй способ регулирования временных напряжений заключается в установлении рациональной последовательности выполнения отдельных швов в сварной конструкции (узле), когда первые сваренные швы уве­личивают жесткость конструкции и тем самим создают напряженное состояние при сварке других швов. Следует отметить, что при чрезмер­ной жесткости конструкции склонность к образованию трещин может не уменьшиться, а наоборот - увеличиться.

Третий способ регулирования временных напряжений в сварных соединениях состоит в преднамеренном их деформировании внешней силой в оптимальном интервале температур при помощи специальных приспособлений. Однако большие размеры и сложность этих приспособлений ограничивают практическое применение способа деталями и узлами с относительно небольшим сечением.

Применение сварочных проволок с возможно более низкой температурой плавления.

При сварке плавлением околошовная зона нагревается до темпе­ратур, близких к температуре плавления. В этих условиях в пограничных со швом зернах металла развивается высокотемпературная хи­мическая неоднородность и наблюдается подплавление границ зерен. Это подплавление приводит к образованию особого вида дефектов - надрывов. При последующем остывании соединения надрывы служат очагами возникновения холодных трещин.

Очевидно, что в том случае, когда температура плавления ме­талла шва ниже температуры плавления основного металла, создаются условия для "залечивания” (заполнения) надрывов. Высокая стойкость соединений легированных сталей с аустенитными и бейнито-мартенситными швами против образования холодных околошовных трещин может быть обусловлена не только интенсивным нарастанием в них временных на­пряжений, как это было показано выше, но и низкой температурой плавления сварочных проволок. По нарастанию температуры плавления сопоставляемые швы располагаются в следующий ряд: аустенитный шов ( Св-08Х20Н9Г7Т) – Т_пл = 1460°С; мартенситно-бейнитный шов (проволо­ка Св-10Х5М) Т_пл = 1510°С; ферритно-перлитный шов (проволока Св-08ГА) Т_пл = 1520°С. В такой же последовательности располагаются соединения с перечисленными швами и по стойкости против образования холодных трещин в околошовной зоне.