Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 [ 139 ] 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

m wo

50 0

0,1 о,г 0,3 0,4 c,%

тированных сталей плохой свариваемости. Следует учитывать, однако, что высокая технологическая и конструктивная прочность этих сварных соединений обеспечивается не всегда и требует соблюдения ряда условий. Необходимо, во-первых, учитывать вероятность образования трещин в корневых слоях при недостаточном запасе аустенитности сварочных материалов и высокой жесткости соединения. Опасность их появления наиболее высока при сварке легированных сталей с содержанием углерода свыше 0,2 %.

Специфическими и наиболее опасными для сварных соединений перлитных и мартенситных сталей с аустенитными швами являются трещины типа отрыва (отлипания), идущие по кристаллизационной мартенситной прослойке в зоне сплавления со стороны аустеннтного шва, пересекающие в ряде случаев все сечение стыка и носящие межзеренный характер. Они связаны с низким сопротивлением высоколегированного мартенсита кристаллизационной прослойки развитию холодных трещин и ее пониженной хрупкой прочностью. Вероятность их появления возрастает с увеличением ширины и твердости мартенситных прослоек и соответственно с уменьшением запаса аустенитности шва.

При содержании никеля в наплавленном металле более 35 %, когда мартенситные прослойки со стороны шва сведены к минимуму, трещины типа отрыва маловероятны.

Другой причиной появления трещин отрыва в зоне сплавления при сварке является повышенное содержание в аустенитном шве диффузионного водорода, источником которого служит влага в покрытии электрода. Поэтому обязательным условием получения свободных от трещин сварных соединений является прокалка аустенитных электродов при температурах 350-400 °С.

Вероятность появления трещин усиливается при сварке легированных сталей с содержанием углерода более 0,2%. Рекомендуется в этих случаях вводить подогрев в пределах 150- 200 °С (рис. 32.9). Они возможны и при насыщении мартенситной прослойки углеродом при отпуске.

32.2.5. Остаточные напряжения и деформации

Сварочные деформации и напряжения определяются неравномерностью температурного поля и жесткостью соединяемых деталей (см. гл, 4). Разность термического расширения при

Рис 32 9 Выбор температуры подогрева при сварке аустенитными электродами низко- и среднелеги-рованных сталей с различным содержанием углерода / - узлы повышенной жесткости; 2 - узлы малой жесткости

10 О -10

10 О -10

сварке сталей разных структурных классов проявляется в этих условиях мало, поэтому в исходном состоянии поля остаточных напряжений в однородных и разнородных соединениях близки между собой и отличаются лишь некоторым смещением эпюр в сторону составляющей стали с меньшей теплопроводностью (в данном случае в сторону аустенитной стали) (рис. 32.10,а-в).

Основное различие в распределении полей остаточных напряжений в соединениях однородных и разнородных сталей разных структурных классов возникает при термической обработке или высокотемпературной эксплуатации (рис. 32.10, г, ). На стадии нагрева и выдержки при максимальной температуре обоих типов соединений остаточные напряжения снимаются за счет прохождения процесса релаксации, при последующем охлаждении однородных соединений условий для возникновения поля собственных напряжений нет, поэтому термическая обработка является эффективным способом их снятия. В отличие от этого при охлаждении соединений из сталей разных структурных классов в них возникают новые внутренние напряжения, условно называемые напряжениями отпуска, обусловленные разностью характеристик термического расширения свариваемых сталей. В соединениях аустенитной стали с перлитной охлаждение после нагрева вызывает в аустенитной стали появление остаточных напряжений растяжения, а в перлитной - уравновешивающих их напряжений сжатия. В сварных соединениях перлитной стали с высокохромистой наоборот в перлитной стали возникают напряжения растяжения, а в высокохромистой сжатия. Аналогичные закономерности распределения остаточных напряжений сохраняются в биметаллических изделиях, выполненных наплавкой, взрывом и другими способами, например, вибрационной обработкой.

Рис. 32.10. Эпюры остаточных напряжений в однородных и разнородных сварных дисках

в состоянии после сварки: а - однородный аустенитный диск; б - разнородный диск с аустенитным ободом и перлитным центром; в - разнородный диск с перлитным ободом и аустенитным центром

Для узлов энергетических машин и другого высокотемпературного оборудования, подверженных воздействию теплосмен, возможно возникновение и перераспределение полей временных и остаточных напряжений во время циклического воздействия температур.

32.3. Свойства сварных соединений

32.3.1. Механические свойства

Стали разных структурных классов имеют близкие модули упругости, поэтому при нагружении в упругой стадии сварные соединения разнородных сталей можно рассматривать как однородное тело. При нагружении в упругопластической стадии должна учитываться совместность пластической деформации участков с разным уровнем прочности.

При приложении усилий вдоль шва прочность и пластичность соединения являются промежуточными между свойствами разных участков. При наличии в них хрупких прослоек в последних возможно появление трещин до полного разрушения изделия.

При приложении усилий поперек шва свойства сварных соединений в первом приближении определяются свойствами наименее прочной составляющей. В районе зоны сплавления при заметном изменении свойств свариваемых сталей или стали с металлом шва необходимо учитывать эффект контактного взаимодействия. Его нужно принимать во внимание и при наличии в зоне сплавления малопрочных и хрупких прослоек.

При эксплуатации в диапазоне нормальных климатических и низких температур снижение несущей способности рассматриваемых соединений связано с проявлением эффекта хладноломкости. Для его оценки целесообразно использовать концепцию хрупко-вязкого перехода, определяемого изменением траекторий разрушения с использованием в качестве критерия переходной температуры хрупкости разнородного соединения Гк. Она может быть установлена по результатам сериальных испытаний образцов с надрезом по зоне сплавления на ударный изгиб или по данным оценки статической трещиностойкости на образцах с естественным надрезом по методике ЦКТИ [5].

Зависимости трещиностойкости сварных соединений стали 38ХНЗМФА с аустенитными швами на железной и никелевой основе приведены на рис. 33.11. За показатель трещиностойкости принято критическое раскрытие в вершине трещины бс. Пунктирной линией показана зависимость 6с -Т для самой стали.

При температурах испытаний ниже 7к Для соответствующего соединения величина бс мала, а разрушение проходит по основ-