чем обуславливается возникновение закалочных структур рядом со сварным швом
Теоретические основы дуговой и электрошлаковой сварки
Если свариваемая сталь склонна к закалке с образованием мартенсита, то в сварном соединении, наряду с тепловыми напряжениями, возникают объемные структурные напряжения. Причина их возникновения состоит в следующем.
Основной металл, расположенный по обе стороны от шва и нагреваемый при сварке выше определенных для данной стали (так называемых критических) температур Aс1 и Асз, претерпевает структурные превращения.
Коэффициент теплового расширения стали в интервале температур до Ас1 составляет 0,000012, а выше Ас1 — 0,000020. Поэтому структурные превращения при нагреве стали сопровождаются уменьшением объема, а при охлаждении — увеличением объема.
На рис. 17 графически показано изменение объема стали в зависимости от температуры нагрева и охлаждения. Кривая 1 характеризует изменение объема при нагреве стали всех сортов независимо от склонности к закалке, кривая 2 характеризует изменение объема при охлаждении незакаливающихся сталей, а кривая 3 — легированных закаливающихся сталей.
Как видно из рисунка, в интервале температур до Ас1 и свыше Асз объем незакаливающейся стали изменяется пропорционально температуре, но с различным коэффициентом пропорциональности: в интервале температур выше 600°С до Асз наблюдается скачкообразное изменение объема стали вследствие структурных превращений.
Однако благодаря тому, что при этих температурах сталь находится в пластичном состоянии и ее пределы упругости и текучести близки нулю, изменение объема не вызывает появление в ней остаточных напряжений.
Рис. 17. Кривые изменения объема незакаливающихся (1, 2) и закаливающихся (3) сталей при их нагреве и охлаждении (схема): Ас1 — критическая температура начала образования аустенита при нагревании стали, Асз — критическая температура конца образования аустенита при нагревании стали.
Иное происходит при охлаждении высокоуглеродистых или легированных закаливающихся сталей (кривая 3 на рис. 17). Аустенит в этих сталях склонен к переохлаждению и распадается при более низких температурах.
В зависимости от содержания углерода и других элементов, повышающих закаливаемость стали, а также от скорости охлаждения аустенит может переохлаждаться до температур 350 и 200°С, при которых металл находится в упругом состоянии и обладает сравнительно высоким пределом текучести.
Превращение аустенита в мартенсит при этих температурах сопровождается резким увеличением объема; вследствие пониженной пластичности металла в нем возникают остаточные сжимающие напряжения, называемые в данном случае структурными. Структурные напряжения называют напряжениями высшего порядка.
Рис. 18. Схема распределения продольных тепловых остаточных напряжений в соединениях из незакаливающихся сталей: а — в стыковом, б — в тавровом.
На рис. 18 схематически показано распределение продольных остаточных напряжений в стыковом и тавровом соединениях листов из низкоуглеродистой незакаливающейся стали. Растягивающие напряжения максимальны в металле шва и в основном металле вблизи шва по обе его стороны; по мере удаления от шва растягивающие напряжения уменьшаются и затем переходят в сжимающие.
В сварном соединении из закаливающихся сталей график распределения продольных напряжений (рис. 19) более сложен. Благодаря возникновению дополнительных структурных напряжений в металле околошовной зоны наблюдается более резкий и двойной переход от растягивающих к сжимающим и от сжимающих к растягивающим напряжениям.
Рис. 19. Схема распределения продольных остаточных напряжений в стыковом сварном соединении из закаливающейся стали: а — стыковое сварное соединение, б — эпюра продольных напряжений в таком соединении.
Распределение поперечных остаточных напряжений в стыковом соединении показано на рис. 20, а. Если стык разрезать по длине шва, то под действием поперечных и продольных напряжений листы подвергнутся деформации, как это показано на рис. 20, б.
Рис. 20. Схема распределения поперечных сварочных напряжений по длине стыка (а) и деформация листов после разрезания стыкового соединения вдоль сварочного шва (б)
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Образование закалочных структур при высоких скоростях охлаждения происходит при температурах ниже 200 С, когда металл приобретает высокие упругие свойства. При этом вследствие выделения мартенсита, имеющего больший удельный объем, чем феррит или аусте-нит, в зоне мартенситных выделений возникают объемные растягивающие напряжения, которые, складываясь с остаточными сварочными напряжениями, приводят к нарушению сплошности металла, т.е. к образованию холодных трещин в шве или околошовной зоне. [2]
Чтобы избежать образования малопластичных и хрупких закалочных структур в околошовной зоне, следует замедлить остывание свариваемых изделий. Это достигается уменьшением скорости сварки и предварительным подогревом. [3]
Хромистые стали склонны к образованию закалочных структур при охлаждении на воздухе, в результате чего после сварки могут образоваться трещины в сварном шве и околошовной зоне. Чем выше содержание углерода в хромистых сталях, тем хуже они свариваются и тем выше склонность их к короблению при остывании шва. [5]
Если V V кр, образование закалочных структур исключается. В зоне термического влияния наиболее желательными являются пластичные хорошо обрабатываемые структуры типа перлита и сорбита. [8]
Неравномерный подогрев металла в зоне реза и образование закалочных структур обусловливают возможность возникновения значительных напряжений, появление остаточных деформаций и, как следствие этого, потерю технологической прочности с образованием трещин. [10]
При нарушении одного из условий может произойти образование неравновесных закалочных структур с повышенной твердостью и прочностью. На рис. 3.6 показаны области с очень мелкозернистой структурой, вероятно, это недоот-пущенные зоны со структурой сорбит с включениями мелко игольчатого мартенсита. [13]
Склонность чугуна при высоких скоростях охлаждения закаливаться с образованием закалочных структур ( мартенсита, бейнита. В закаленных участках чугун становится твердым ( 800 НВ) и не поддается механической обработке. Закалочные структуры вредны еще и потому, что их образование сопровождается появлением закалочных напряжений и образованием трещин. Удельная плотность закалочной микроструктуры в виде мартенсита значительно ниже удельной плотности железа ( см. гл. [15]
Причины образования закалочных структур при сварке
Причинами возникновения закалочных структур является перегрев металла из-за:
— большой разницы температур на основном металле и в дуге,
— высокого сварочного тока,
— низкой скорости сварки,
— сварка металла большой толщины за один проход.
Действия сварщика при возникновении пожара.
При возникновении пожара сварщик должен действовать следующим образом:
—сообщить о пожаре вышестоящиму руководству,
—вызвать пожарную команду,
—начать самостоятельно тушить пожар
Для предупреждения пожаров необходимо соблюдать следующие противопожарные мероприятия:
· Нельзя хранить вблизи от места сварки огнеопасные или легковоспламеняющиеся материалы и производить сварочные работы,
· Запрещается пользоваться одеждой и рукавицами со следами масел, жиров, бензина, керосина и др. горючих жидкостей,
· Нельзя выполнять сварку и резку свежевыкрашенных масляными красками конструкций до полного их высыхания,
· Запрещается выполнять сварку аппаратов, находящихся под напряжением, и сосудов, находящихся под давлением,
· Нельзя проводить без специальной подготовки сварку и резку емкостей из-под топлива,
· При выполнении в помещениях временных сварочных работ деревянные полы, настилы и помосты должны быть защищены от воспламенения листами асбеста или железа,
· Средства пожаротушения должны быть исправны, а также пожарная сигнализация,
· После окончания сварочных работ необходимо убедиться в отсутствии горящих или тлеющих предметов.
Билет №19
Свариваемость – это способность Ме образовывать качественное сварное соединение, не содержащее дефектов.
Свариваемость Ме зависит от степени легирования, структуры и содержания в нем углерода. Чем больше углерода, тем большая вероятность образования горячих и холодных трещин, тем труднее обеспечить равнопрочность сварного соединения и основного Ме.
По свариваемости Ме разделяются на 4 группы: хорошая, удовлетворительная, ограниченная и плохая свариваемость
Обозначение источников питания.
Источники питания дуги имеют общую маркировку:
—первая буква – название ИП (Т,В,П,А),
—вторая буква – дуговая сварка,
—третья буква – способ сварки (К,Ф,Г,У,И),
—четвертая буква – количество постов (М),
—первые две цифры – номинальный ток в сотнях ампер,
—третья цифра – модификация,
Влияние сварочного тока и напряжения на габариты сварного шва.
При увеличении сварочного тока ширина шва почти не изменяется, но увеличивается глубина провара, вплоть до прожога металла.
Разрушающий контроль сварного шва.
Разрушающий (лабораторный) контроль сварного шва применяют для:
-оценки состава и структуры сварного соединения,
— определения химического анализа металла шва,
Эти виды контроля выполняются на материале специальных образцов-свидетелей, которые свариваются по той же технологии, что и основной металл.
В исключительных случаях для разрушающего контроля может быть использовано само изделие.
О.У. характеризуется резким хлопком и гашением пламени.
Причинами О.У. являются:
—приближение мундштука горелки к поверхности изделия;
—перегрев и засорение канала мундштука горелки;
— малая скорость истечения горючей смеси по сравнению со скоростью ее сгорания.
Билет №20
По назначению швы разделяются на основные, монтажные, подварочные, прихваточные.
Основные швы выполняются в цехе или мастерской в удобном для сваршика положении по нужной технологии.
Монтажные швы выполняются при монтаже конструкции в рабочем положении детали.
Подварочные швы выполняются с обратной стороны детали в двух случаях: при непроваре корня шва или при сварке под флюсом от вытекания расплавленного металла.
Прихваточные швы выполняются для фиксации двух деталей перед сваркой. Это короткие цепные швы, выполняемые по определенным правилам.
Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 1149 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Закалочная структура
Закалочные структуры существенно влияют на технологическую прочность и на эксплуатационную надежность сварных конструкций, ограничивая их деформационную способность и повышая склонносгь к хрупким разрушениям. [2]
Закалочные структуры в ядре и соседней с ним зоне создают большие внутренние напряжения, которые у деталей толщиной более 2 мм могут дать трещины, раковины и поры. Мягкие режимы увеличивают коробление деталей. [3]
Образование закалочных структур при высоких скоростях охлаждения происходит при температурах ниже 200 С, когда металл приобретает высокие упругие свойства. При этом вследствие выделения мартенсита, имеющего больший удельный объем, чем феррит или аусте-нит, в зоне мартенситных выделений возникают объемные растягивающие напряжения, которые, складываясь с остаточными сварочными напряжениями, приводят к нарушению сплошности металла, т.е. к образованию холодных трещин в шве или околошовной зоне. [4]
При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и рколошовнои зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими ( по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали. В ряде случаев, например при микролегировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими элементами, склонность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна. [8]
Для избежания создания малопластичных и хрупких закалочных структур в околошовной зоне следует замедлить остывание свариваемых изделий. Это достигается уменьшением скорости сварки и предварительным подогревом. [9]
Для избежания создания малопластичных и хрупких закалочных структур в околошовной зоне следует замедлить остывание свариваемых изделий. [10]
Чтобы избежать образования малопластичных и хрупких закалочных структур в околошовной зоне, следует замедлить остывание свариваемых изделий. Это достигается уменьшением скорости сварки и предварительным подогревом. [11]
Строение сварных соединений
В процессе дуговой сварки происходит расплавление основного и присадочного материала, образуется жидкая сварочная ванна, при затвердевании которой формируется сварное соединение. Рассмотрим более детально особенности процесса плавления и кристаллизации при сварке. В отличие от большой металлургии, размеры сварочной ванны небольшие, время нахождения металла в жидком состоянии мало, одновременно происходят процессы нагрева и кристаллизации металла, в результате неравномерности нагрева и охлаждения возникают значительные внутренние напряжения. Сварочную ванну условно можно разделить на две части (см. рисунок ниже): головная (АВ и САД), в которой происходит нагрев и плавление основного металла и хвостовая (ВК и СКД), в которой идут процессы охлаждения, кристаллизации и формирования сварного шва. Фронтом кристаллизации служат стенки сварочной ванны, форма которой происходит по нормали к поверхности фронта.
— применение в процессе сварки механических колебаний ванны, или электромагнитного перемешивания жидкого металла;
— применение, по возможности многопроходных швов. термическая или термомеханическая обработка сварного шва.
1. Феррит, что выделяется при переходе через температуру, что характеризуется линией GS не успевает весь выделиться и потому аустенит в момент эвтектоидного преобразования будет иметь меньше углерода чем 0,8%.
2. В результате эвтектоидного преобразования образовывается большее количество перлита с меньшим содержимым углерода, чем при равновесных превращениях (за счет смещения точки S вниз и влево).
Таким образом, зоны металла, которые имели большую скорость охлаждения, будут иметь мелкозернистую перлитную структуру, причем количество перлита будет больше чем при равновесных условиях. По химическом составу металл шва обычно отличается от основного металла, так как имеет литую структуру, которая имеет худшие механические свойства, чем основный металл, и для обеспечения условия равнопрочности металл шва легируют специальными элементами, которые повышают его механические свойства. Кроме этого, как правило, металл шва всегда имеет меньшее содержание углерода, чем основный металл, благодаря особым условиям, которые имеют место при сварке.
В ЗТВ проходят также диффузные процессы. В зависимости от температуры и времени выдержки можно наблюдать диффузию углерода и иных элементов с ОШЗ и наоборот. Примером такого процесса есть проникновение меди в основный металл при наплавке меди на сталь, снижение содержания углерода в ОШЗ при наплавке швами, которые содержат элементы, с которыми углерод образовывает нерастворимые соединения (карбиды).