Основной способ оценки теоретической свариваемости сталей.

На практике одним из основных и, зачастую, трудноопределимым дефектом сварного шва являются холодные трещины. Поэтому, наиболее популярной оценкой свариваемости стали, является определение углеродного эквивалента С_экв.

Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент сталей (С_экв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, т.к. влияние легирующих элементов на свариваемость стали очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С).

Для определения склонности металла к образованию холодных трещин при сварке, применяют следующие формулы расчёта углеродного эквивалента:

С_экв = С + Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, % - данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте

С_экв=С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4, % - эта формула для определения углеродного эквивалента стали в стандартах Японии.

C_экв=C+Mn/20+Ni/15+(Cr+Mo+V)/10, % - такая формула углеродного эквивалента предлагается Британским институтом сварки

Однако, как оказалось на практике, для микролегированных сталей с пониженным содержанием углерода эти уравнения не могут охарактеризовать снижение прочности из-за роста зёрен. Немцем Дюреном была выведена формула углеродного эквивалента микролегированных сталей, которая достаточно точно характеризует их склонность к образованию холодных трещин:

Значение углеродного эквивалента позволяет определить, к какой группе свариваемости сталей относится та, или иная марка, кроме того, это значение понядобится, чтобы определить температуру предварительного подогрева при сварке металлов. Определяется она по формуле:

где С - общий эквивалент углерода, который можно вычислить следующим образом:

С_экв - химический эквивалент углерода, вычисляется по формулам, приведённым выше;

С_s - эквивалент углерода, в зависимости от толщины листа, в мм. Вычисляется по формуле:

Кроме углеродного эквивалента для определения и оценки свариваемости сталей существуют несколько параметрических формул, из которых наибольшую популярность получила формула Ито-Бессио:

где К - коэффициент интенсивности жёсткости, который Ито и Бессио применяли при расчётах на основании данных, которые они получили при оценке свариваемости сталей с У-образной разделкой кромок.

где К_о - константа, равная 69; S - толщина листа, мм. Исследования, проведённые позже, показали, что константу Ко=69 можно применять для приблизительных определений величины К в случае, когда свариваются листы большой толщины, до 150 мм включительно.

Р_см - коэффициент, характеризующий снижение прочности вследствие структурного преобразования;

Н - количество растворённого водорода в металле, образующего сварной шов, измеряется в мл/100г. В Японских стандартах величина Н=0,64, в Европейских Н=0,93.

Многочисленные измерения показали, что при Р_w>0,286, то возникает риск возникновения холодных трещин в сварном соединении.

Если речь идёт об опасности образования горячих трещин в металле сварного шва, то оценить свариваемость стали по этому критерию можно при помощи показателя HCS, вычисляемого по формуле:

Если получившаяся величина HCS>4, то возникает риск образования горячих трещин. Однако, если выполняется сварка высокопрочных сталей большой толщины, то риск возникновения данного дефекта сварного шва возникает уже при показателе HCS>1,6…2.

Исходя из получившейся величины, можно условно разделить стали на 4 группы свариваемости:

С_экв не более 0,2 - свариваемость стали хорошая;

С_экв свыше 0,2 и не более 0,35 - свариваемость стали удовлетворительная;

С_экв свыше 0,35 и не более 0,45 - сталь ограниченно свариваемая;

С_экв свыше 0,45 - свариваемость стали плохая (трудносвариваемая).

Проба на свариваемость производится для определения способности металлов прочно свариваться. Для этого два отрезка трубы сваривают и из сварного соединения вырезают образцы для испытания на растяжение, загиб и ударную вязкость.

В сертификате указывают марку стали, номер партии и плавки и химический состав по данным завода-изготовителя металла результаты контрольного химического анализа металла, произведенного на заводе-изготовителе труб, результаты механических испытаний (на растяжение, ударную вязкость и твердость), металлографических исследований (на макроструктуру и микроструктуру), технологических проб (на сплющивание и бортование или на раздачу) и гидравлического испытания труб пробным давлением. Кроме указанных исследований и испытаний, трубы могут быть подвергнуты другим видам контроля (рентгенографическим исследованиям, испытаниям на свариваемость и др.), результаты которых также вносятся в сертификат.

К материалам, подвергаемым контролю в сварочном производстве, относятся свариваемый металл, электроды, различные присадочные материалы, флюсы и защитные газы. Контроль материалов сводится к проверке их соответствия требованиям ГОСТов и ТУ. Особо важное значение имеет контроль при изготовлении ответственных конструкций.

Металл в этом случае должен подвергаться специальному лабораторному химическому и металлографическому анализу, механическим испытаниям и пробам на свариваемость. Наряду с этим должны систематически проводиться испытания технологических свойств электродов согласно ГОСТу и выбраковка электродов с такими дефектами, как козырьки, неравномерное, потрескавшееся или влажное покрытие и т.п.

Микроструктура околошовной зоны показывает аустенит с некоторым количеством включений карбидов и рост зерна в зоне перегрева. Образцы из торцовой пробы на свариваемость, исследованные на межкристаллитную коррозию в стандартной среде показали стойкость околошовной зоны, равную стойкости основного металла.

Ремонтопригодность сварных конструкций определяется свариваемостью металла, характеризующей его реакцию на физико-химическое воздействие процесса сварки и включающей пригодность металла к сварке, надежность и экономическую целесообразность сварки. Свариваемость оценивают с помощью ряда качественных и количественных показателей, отражающих как возможность получения сварных соединений с определенными свойствами, так и уровень этих свойств, выраженных в абсолютных или относительных величинах по сравнению с нормативными значениями или по сравнению с основным металлом. Наряду с экспериментальными, широкое применение имеют расчетные методы оценки свариваемости. Одним из главных показателей свариваемости является сопротивляемость замедленному разрушению при сварке (холодные трещины), повторном нагреве и при эксплуатации.

Холодные трещины обусловлены диффузионной способностью водорода, который накапливается преимущественно в местах высокой концентрации напряжений, понижая запас пластичности металла и способствуя возникновению очагов разрушения. Методы количественной оценки сопротивляемости сталей образованию холодных трещин основаны на том, что условия образования холодных трещин при сварке позволяют рассматривать их как один из случаев замедленного разрушения стали под действием остаточных напряжений. Применяемые при оценке склонности сталей к образованию холодных трещин технологические пробы (ТКС, Лихайская, МВТУ, Теккен, ЛПТ-2 и т.д.), имитирующие сварные соединения с жестким закреплением свариваемых элементов, как известно, имеют существенный недостаток — отсутствует количественная оценка критерия, и они не характеризуют технологический запас прочности, в связи с этим они пригодны лишь для сравнительной оценки материалов. В зарубежной практике для экспресс-оценки свариваемости трубных сталей получила распространение методика испытаний "имплант" (метод вставок).

Свариваемость стабилизированных хромоникелевых сталей аустенитного класса при реакции на термический цикл характеризуется отсутствием структурных составляющих, понижающих коррозионную стойкость. По кривой распределения твердости в зоне термического влияния, полученной при исследовании стали Х18Н9Т торцовой пробой на свариваемость, определена твердость, практически равная твердости основного металла.

Проба на сплющивание труб применяется для определения способности металла к деформациям при сплющивании до определенного размера. Отрезок трубы, равный ее наружному диаметру, сплющивают ударами молотка, кувалды или под прессом до пределов, заданных величиной. При сплющивании вплотную в = 0) допускается петля диаметром до 0,25. В сварных трубах шов должен быть расположен по диаметральной плоскости, перпендикулярной к линии действия сил. Признаком того, что образец выдержал пробу, служит отсутствие в нем после сплачивания трещин, надрывов или раскрытия сварного шва. Проба на свариваемость производится для определения способности металлов прочно свариваться. Для этого два отрезка сваривают и из сварного соединения вырезают образцы для испытания на растяжение, загиб и ударную вязкость.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: