СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ЗОНЫ 1UBA И ОДНО ИЗ ЕЕ РЕШЕНИЙ

Решение этой проблемы интересно не только с точки зрения непосредственного приложения, но и с принципиальной точки зрения, сформулированной во введении.

Опытным путем (см. п. 25) было установлено, что повышение начальной температуры свариваемых элементов при условии, когда она имеет постоянный по ширине элемента градиент, приводит к улучшению механических свойств основного металла зоны шва. Решение этой проблемы путем повышения начальной равномер­ной температуры свариваемых элементов является наиболее есте­ственным с физико-механической точки зрения. Этот путь на основе общих соображений рекомендуется также в работе [106], где на основе опытной зависимости между скоростью охлаждения и твер­достью дается теоретический метод определения того значения начальной равномерной 'температуры Т0 свариваемых элементов, при котором металл околошовной зоны получает заданную твер­дость. Позже J1. А. Фридлянд [128] на основе результатов своих опытов приходит к заключению о низкой эффективности подо­грева. Подробнее результаты этой работы будут рассмотрены в конце этого параграфа. Изложим здесь результаты проведен­ных нами опытов, которые покажут, что повышение начальной равномерной температуры свариваемых элементов является эф­
фективным методом управления механическими свойствами основ­ного металла зоны шва [116].

Для опытов были взяты пять листов стали типа СХЛ размером 150x250 мм и после предварительного равномерного нагрева в муфельной печи до назначенной температуры на длинную кромку каждого из них наплавлялся валик. Соответствующие значения начальной равномерной температуры Ти°С в моменты начала и окончания наплавки указаны ниже:

тс° с 18

250—240

330—320

420—390

540—490

Изменение начальной температуры каждого листа в процессе наплавки валика контролировалось при помощи термопары. Ее изменение за период наплавки, как и следовало ожидать, растет вместе с повышением' Т0.

После наплавки валика и остывания из каждого листа соот­ветственно в одном и том же месте были вырезаны образцы для микроанализа и изучения механических свойств основного ме­талла зоны валика. На рис. 16 приведены схемы распространения зон термического влияния образцов 1 (а) и 5 (б). С повышением начальной равномерной температуры зона мелкозернистой струк­туры^/// практически исчезает, вместо нее возникает некоторая переходнаяьзона, где сохранена полосчатость от прокатки, а зна­чительно ^модифицированная крупнозернистая структура II гра­ничит с зоной переходной структуры. На рис. 16, а, б даны также кривые изменения микротвердости вместе с удалением от валика. Микротвердость замерялась в каждой клетке миллиметровой сетки вдоль одной и той же прямой. Непосредственно видно, что с повышением начальной равномерной температуры листа макси­мальное значение твердости основного металла зоны валика при­ближается к ее значению для основного металла вне зоны тер­мического влияния. На рис. 17, а приведена кривая изменения
максимального значения микротвердости зоны термического влия­ния в зависимости от начальной равномерной температуры Т0. Ри­сунок показывает, что при Т0 = 350-^400° С наибольшая микро­твердость зоны термического влияния и, следовательно, все другие механические характеристики основного металла этой зоны (см. п. 25) практически остаются постоянными и равными их значениям для основного металла в исходном состоянии. Аналогич­ные температуры без труда могут быть установлены для других сортов стали.

Таким образом, видим, что проблема управления механиче­скими свойствами основного металла околошовной зоны в случае,

когда температура объемных превращений этого металла выше его температуры Тк может быть решена повышением начальной равномерной температуры Т0 свариваемых элементов. Чем ближе Т0 к температуре Тк данного металла, т. е. чем меньше разность Тк — То, тем ближе значения механических характеристик основ­ного металла, околошовной зоны к их значениям для основного металла вне зоны термического влияния. Но уменьшения разно­сти Тк — Т0 в зоне шва в принципе можно добиться также и в том случае, когда начальная температура Т0 не является равномер­ной. При этом закон распределения Т0 должен быть таким, чтобы подогрев подлежащей сварке кромки элемента до Т0 не сопро­вождался пластическими деформациями сжатия зоны нагрева. Лишь при выполнении этого условия повышение начальной тем­пературы свариваемых элементов может привести к выравниванию механических характеристик основного металла зоны шва к их значениям для основного металла вне зоны термического влияния.

Изложенные здесь результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. Проблема управления механическими свойствами основ­ного металла околошовной зоны в случае, когда температура объемных превращений этого металла выше его температуры Тк, решается повышением начальной равномерной температуры Т„ свариваемых элементов. Чем ближе Т0 к температуре Тк, тем ближе значения механических характеристик металла зоны шва

к значениям этих характеристик для основного металла вне зоны термического влияния. Для стали типа CXJI при Т0 = 350 - г - - ь400° С, т. е., когда начальная равномерная температура дости­гает верхнего предела температуры ее синеломкости, механиче­ские характеристики металла зоны шва остаются практически постоянными и равными их значениям для основного металла вне зоны термического влияния.

2. Для металлов рассматриваемого класса (гл. 5) проблема управления механическими свойствами основного металла около­шовной зоны может быть решена также при помощи такого началь­ного неравномерного нагрева свариваемых элементов, который не сопровождается пластическими деформациями сжатия зоны на­грева, где Т sg: Тк.

Эти выводы не противоречат результатам опыта в работе [128], где автор заключает, что эти результаты «. . . указывают на сравни­тельно низкую эффективность подогрева. Несмотря на возрастаю­щие температуры подогрева в опытах серий 2, 3, 4, средние ско­рости охлаждения в субкритическом интервале и максимальные твердости в зоне термического влияния изменяются незначительно. При увеличении температуры подогрева возрастает скорость охла­ждения в поле подогрева, что и является причиной низкого эф­фекта подогрева». Результаты опытов изображены в виде графика на рис. 17, б (сплошная кривая). Там же нанесены значения НV (штриховая кривая), полученные Г. Б. Евсеевым [128] в резуль­тате газовой резки после подогрева для той же стали. Из рисунка ясно, что вместе с приближением начальной равномерной темпе­ратуры То к температуре Тк стали 35ХГС максимальная твер­дость по Виккерсу HV зоны термического влияния уменьшается до твердости исходного металла. Таким образом, результаты опытов, приведенные в этом параграфе, показывают, что для металлов рассматриваемого класса основным параметром, опре­деляющим изменение механических свойств основного металла околошовной зоны, является разность Тк — Т0 при стесненном температурном расширении в условиях мощного местного нагрева и несвободном температурном сокращении нагретых зон при после­дующем остывании. При этом геометрия соответствующей изотер­мической поверхности Тк будет определяться формой и размерами свариваемых деталей, мощностью источника, скоростью его пере­мещения и теплофизическими характеристиками металла (п. 4, 8, 9 гл. 2). v