СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Горячие трещины (ГТ)

6.3.1. Природа и причины образования ГТ

Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возни­кающие в твердо-жидком состоянии при завершении кристал­лизации, а также в твердом состоянии при высоких температу­рах на этапе преимущественного развития межзеренной де­формации (рис. 6.1).

Потенциальную склонность к ГТ имеют все конструкцион­ные сплавы при любых видах сварки плавлением, а также при некоторых видах сварки давлением, сопровождающихся нагре­вом металла до подсолидусных температур.

6.3.1.1. Природа ГТ. Природа ГТ адекватна природе высо­котемпературной хрупкости неравновесно кристаллизующихся сплавов. Различают три типа высокотемпературной хрупкости (табл. 6.1).

Все три типа хрупкости проявляются в определенных темпе­ратурных интервалах хрупкости: ТИХЬ ТИХц, ТИХш, соотно­шение между которыми представлено на рис. 6.2.

Модель структуры сварного шва в этих интервалах темпе­ратур приведена на рис. 6.3, а фрактография стенок трещин — на рис. 6.4. Факторы, обусловливающие малую пластичность металла с такой структурой, приведены в табл. 6.1.

Указанные факторы взаимодействуют на фоне постепенного снижения объема жидкой фазы по мере охлаждения и выде­ления из нее эвтектик второго и третьего порядка, что посте­пенно приводит к снижению пластичности у нижней границы ТИХі. Этого явления нет в сплавах, содержащих в конце кри­сталлизации 5—10 % эвтектики определенного состава, кри­сталлизующейся в последнюю очередь при постоянной темпе-

ратуре, т. е. практически мгновенно. Такие сплавы сохраняют значительную пластичность в ТИХь

Обнаружение и идентификация ТИХп, ТИХщ в полной мере обеспечиваются при испытаниях механических свойств с ма-

Горячие трещины (ГТ)

Рис. 6.1. Сводная топография ГТ при дуговой {а) и лучевой (б) сварке: /-—продольные в шве и в зоне сплавления, 2 — поперечные в шве и зоне сплавления; 3 — полеречные по толщине в свариваемом металле и металле предшествующего слоя

при многопроходной сварке

лой скоростью деформации, что способствует развитию диффу­зии легирующих и примесных элементов, образующих интер - металлидные, карбидные и карбонитридные фазы.

6.3.1.2. Причины образо­вания горячих трещин. На­личие температурно-времен­ного интервала хрупкости обусловливает потенциаль­ную склонность сплавов к ГТ, является необходимым условием и первой причи­ной их образования.

Вторая причина ГТ — высокотемпературные де­формации. Они развивают­ся вследствие затрудненной усадки металла шва и фор­моизменения свариваемых заготовок, а также при ре­лаксации сварочных напря­жений в неравновесных ус­ловиях сварки и при после­сварочной термообработке, усиленные тепловой, струк­турной и механической концентрацией деформации. Принято рассматривать две составляющие деформации при сварке [5]: ет — температурная деформация (рис. 6.5). Она по величине равна деформации металла при его нагреве и охлаждении в свободном состоянии (измеряется на дилятометрах), но

Горячие трещины (ГТ)

Горячие трещины (ГТ)

Рис. 6.2. Изменение механических свойств сплавов в процессе кристаллизации шва и последующего охлаждения:

Тл и Тс~ температуры ликвидус и солидус, <т и б, в — прочность, пластичность и дефор­

- верх­

мация металла ища;

и’

н

в

в

няя и нижняя границы ТИХі — ТИХщ; бц— запас пластичности в ТИХц*. tga=BKp—кри­тический темп деформации в ТИХ], опреде­ляющий деформационную способность в этом интервале температур

ТИПЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ХРУПКОСТИ

Тип н название

Механизм зарождения

Факторы, обусловливающие границы ТИХ

Факторы, определяющие

Признаки иденти­

ГТ

ГТ

верхнюю

нижнюю

малую пластичность в ТИХ

фикации ГТ

Тип 1.

ГТ кристалли­зационные и ликвациониые

Относительные переме­щения кристаллитов при недостаточной цир­куляции жидкой фазы в результате заклини­вания

Образование твердого кар­каса в шве

Затвердевание

ликватов

Крупиозернистость шва. Высокий уровень лик­вации. Малое количе­ство эвтектики.

Пленки ликватов на стенках

Тип 2.

ГТ подсолидус - ные

Зарождение трещин при межзеренном проскаль­зывании в местах вы­хода ростовых дислока­ций на границы

Затвердевание

ликватов

Диффузия ва­кансий и при­месей на гра­ницы зерен

Длительное пребывание в ТИХ. Сегрегация примесей. Крупиозер­нистость

Межзеренное разру­шение с окислением стенок

Тип 3.

ГТ дисперсион­ного твердения

Межзеренное проскаль­зывание в результате упрочнения объемов зе­рен

Выпадение фаз в объеме зерен

Диффузия ва­кансий к за­родышам тре - , щин

«

Крупиозернистость Большая скорость твер­дения

Межзеренное разру­шение при наличии частиц карбидов, ии - терметаллидов на стенках

Рис 6 3 Модель структуры сварного шва и схемы зарождения ГТ кристаллизационного (а) и подсолидусного (6, в) типа а — поворот кристаллитов под действием усадочных напряжений до заклинивания, что ограничивает залечивание расплавом раскрывающихся трещин, 6 — ростовые днслока ции у границ, в — зарождение трещины прн межзереином проскальзывании в месте выхода ростовых дислокаций и в местах залегания карбидов и ннтерметаллидов

Горячие трещины (ГТ)

Горячие трещины (ГТ)

Рис 6 4 Микроструктура металла шва в районе ГТ и фрактограммы их стеиок Х2000 а — ГТ кристаллизационного типа, б — ГГ подсолидусного типа

Горячие трещины (ГТ)

Рис 6 5 Схема развития деформаций и исчерпания пластичности в ТИХ / — при синхронном, 2 — несинхронном развитии термического и деформационного цикла сварки, а — изменение температуры в ТИХ и деформации формоизменения ен1 н ен2» б — нарастание деформаций еі н в ТИХ (е12 — єт ± ен), в — соотношение между де формациями Бь Бг и деформационной способностью металла в ТИХ в фазе охлаж дення, К — касательная к

противоположна по знаку (способствует растяжению шва); еи — наблюдаемая деформация от формоизменения сваривае­мых заготовок. Она фиксируется различными методами изме­рения непосредственно на свариваемых заготовках вдоль, по­перек оси шва, по его высоте, т. е. является измеряемой. Эта составляющая деформации может способствовать сжатию (—Єні) или растяжению шва ( + Єи2), а также переходу от его растяжения к сжатию по мере снижения температуры (енг). Величина и знак деформации при сварке определяются ал­гебраической суммой этих двух составляющих.

Она достигает наибольшей интенсивности, когда составляю­щая ен велика и имеет знак +. В этом случае

8 = 8Т + 8Н.

Такая ситуация создается в тех участках шва, где макси­мум деформаций Єн отстает по времени от максимума темпе­ратуры, т. е. при несинхронном развитии. Она развивается при малой геометрической жесткости заготовок (по ширине, тол­щине) и усиливается при сварке сплавов с повышенной жа­ропрочностью и ограниченной теплопроводностью.

В условиях синхронного развития функций T(t) и є (і) де­формация в ТИХі минимальна, поскольку є = єт—єи.

Другой характерной особенностью развития высокотемпе­ратурных деформаций является монотонность нарастания в ТИХ, что позволяет за количественный показатель интенсив­ности принять темп деформации В:

В = де/дТ « Де/ТИХ,

где Ае — накопленная в ТИХ относительная деформация.

Например, деформация Ае составила 2,4%. Температурный интервал хрупкости 120°. Темп деформации равен 2 4 %

В = — = 2 10-2 %/°С.

1,2 102

Условие неразрушаемости металла в ТИХ состоит в том, что темп деформации в любой точке шва не должен превы­шать критический, т. е. не приводить к исчерпанию пластично­сти металла в ТИХ.

Геометрическая интерпретация критического темпа дефор­мации— тангенс угла аКр между осью температур и касатель­ной к линии изменения пластичности в ТИХі—ТИХц, прове­денной из ТОЧКИ Вт (рис. 6.5,8)

*8акр = вкр [%/°С].

Этот угол определяется также приближенно соотношением П/Т ИХ, где П — средняя пластичность в ТИХ. Следовательно, Вкр является обобщенным показателем деформационной спо­собности сплавов в ТИХ.

Если B>BKP, то пластичность исчерпывается. Это является необходимым и достаточным условием для возникновения го­рячих трещин. Геометрическая интерпретация — пересечение линий є и П в ТИХ (рис. 6.2).

Если В<ВКр, пересечения не происходит (трещины не обра­зуются), т. е. имеется запас по стойкости против образования ГТ, а выражение BKV/B—1 = Кгт является коэффициентом за­паса.

В изотермических условиях послесварочной термообработки исчерпание пластичности швов имеет место в результате ее понижения во времени и развития деформации металла при релаксации сварочных напряжений [6].

СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Критерии выбора сварочных аппаратов

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (Третьяков А. Ф.)

39.1. Классификация пористых материалов Пористые материалы (ПМ) на металлической основе применяются в каче­стве фильтроэлемеитов, смесителей, газовых линз, глушителей шума и др ПМ классифицируются по назначению, химическому составу и типу струк­турообразующих …

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (Чернышова Т. А.)

38.1. Классификация Композиционные материалы — это материалы, армированные наполнителями, определенным образом расположенными в матрице Наполнителями чаще всего являются вещества с высокой энергией межатомных связей, высо­копрочные и высокомодульиые, однако в сочетании …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.