Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке
Рассмотрены отличия стандарта по испытаниям на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке, разработанного в ЕС, от действующего стандарта РФ 26389–84. Предложены конкретные варианты по их гармонизации для количественной оценки склонности сталей и сварочных материалов к образованию горя...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102027 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке / Б.Ф. Якушин // Автоматическая сварка. — 2012. — № 11 (715). — С. 46-49. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102027 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1020272016-06-10T03:02:50Z Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке Якушин, Б.Ф. Производственный раздел Рассмотрены отличия стандарта по испытаниям на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке, разработанного в ЕС, от действующего стандарта РФ 26389–84. Предложены конкретные варианты по их гармонизации для количественной оценки склонности сталей и сварочных материалов к образованию горячих трещин. Differences between the EU standard on tests to hot crack resistance in welding and standard 26389–84 in force in the Russian Federation are considered, and specific variants for their harmonisation to quantitative assess the sensitivity of steels and welding consumables to hot cracking are suggested. 2012 Article Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке / Б.Ф. Якушин // Автоматическая сварка. — 2012. — № 11 (715). — С. 46-49. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102027 621.791:006 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Якушин, Б.Ф. Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрены отличия стандарта по испытаниям на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке,
разработанного в ЕС, от действующего стандарта РФ 26389–84. Предложены конкретные варианты по их гармонизации для количественной оценки склонности сталей и сварочных материалов к образованию горячих трещин. |
| format |
Article |
| author |
Якушин, Б.Ф. |
| author_facet |
Якушин, Б.Ф. |
| author_sort |
Якушин, Б.Ф. |
| title |
Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке |
| title_short |
Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке |
| title_full |
Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке |
| title_fullStr |
Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке |
| title_full_unstemmed |
Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке |
| title_sort |
сравнительный анализ стандарта iso 18841 2005 и действующего стандарта рф 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102027 |
| citation_txt |
Сравнительный анализ стандарта ISO 18841 2005 и действующего стандарта РФ 26389–84 по оценке сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке / Б.Ф. Якушин // Автоматическая сварка. — 2012. — № 11 (715). — С. 46-49. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT âkušinbf sravnitelʹnyjanalizstandartaiso188412005idejstvuûŝegostandartarf2638984poocenkesoprotivlâemostiobrazovaniûgorâčihtreŝinprisvarke |
| first_indexed |
2025-07-07T11:43:58Z |
| last_indexed |
2025-07-07T11:43:58Z |
| _version_ |
1836988381221879808 |
| fulltext |
УДК 621.791:006
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТАНДАРТА ISO 18841 2005
И ДЕЙСТВУЮЩЕГО СТАНДАРТА РФ 26389–84
ПО ОЦЕНКЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ
ОБРАЗОВАНИЮ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН ПРИ СВАРКЕ
Б. Ф. ЯКУШИН, д-р техн. наук (Моск. гос. техн. ун-т им. Н. Э. Баумана, РФ)
Рассмотрены отличия стандарта по испытаниям на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке,
разработанного в ЕС, от действующего стандарта РФ 26389–84. Предложены конкретные варианты по их гар-
монизации для количественной оценки склонности сталей и сварочных материалов к образованию горячих трещин.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, горячие трещины,
температурный интервал хрупкости, запас пластичности,
физическое моделирование трещин, критическая скорость
деформации, технологические и машинные методы испыта-
ний, стандарты РФ и ЕС
Первый стандарт такого назначения ГОСТ
26389–84 разработан на кафедре сварки МВТУ
им. Н. Э. Баумана при участии автора. Теорети-
ческой основой этого стандарта явилась моногра-
фия проф. Н. Н. Прохорова, работы других иссле-
дователей, изучавших проблемы предотвращения
горячих трещин (ГТ), результаты которых получили
широкое общественное обсуждение на двух сове-
щаниях по проблеме образования ГТ в сварных
швах, отливках и слитках, в 1958 и 1962 гг. [1].
В итоге сформулирована теория технологичес-
кой прочности металлов в процессе кристалли-
зации при сварке. Согласно данной теории ГТ
возникают в сплавах под действием сварочных
напряжений в температурном интервале хрупкос-
ти (ТИХ) в результате исчерпания запаса плас-
тичности δтих в период твердожидкого состояния
tтих. Вероятность образования ГТ определяется со-
отношением трех основных факторов: ТИХ, ми-
нимальной пластичности δmin металла в ТИХ и
интенсивности нарастания деформации в ТИХ,
зависящей от жесткости свариваемой конс-
трукции. ГТ возникают в случае, если в пределах
ТИХ накопленная деформация εi превышает те-
кущее значение δi(T)min (рис. 1).
Для конкретного режима сварки за показатель
сопротивляемости металла шва образованию ГТ
принята критическая скорость растяжения Vкр,
равная отношению δ/tтих, а при сравнении
режимов [2] критический темп растяжения Bкр,
равный δmin/ТИХ, при которых возможно обра-
зование ГТ. Эти показатели следует определять
путем увеличения скорости деформирования сва-
риваемых образцов исследуемого сплава до по-
явления ГТ.
В ГОСТ 26388–84 предусмотрено два варианта
определения показателя Vкр и Bкр:
технологическими методами, т. е. путем свар-
ки образцов в условиях увеличения жесткости
(толщины, степени закрепления, режима сварки
до образования ГТ);
машинными методами, т. е. путем увеличения
интенсивности деформации кристаллизующегося
шва испытательной машиной.
Для практического применения второго вари-
анта в МВТУ им. Н. Э. Баумана разработаны и
изготовлены испытательные машины трех типов:
ЛТП1-4, ЛТП1-6 и МИС, позволяющие растяги-
вать или изгибать малогабаритные образцы во
время сварки с регулируемой скоростью до по-
явления ГТ [1]. Это обеспечило широкое внед-
рение методики испытания в ИЭС им. Е. О. Па-
тона, головных НИИ, на заводах, а также за рубе-
жом [3–5]. С 2000 г. действие стандарта 26389–84
восстановлено на территории РФ.
Стандарт ISO 17641, разработанный в 2005 г.
Европейским комитетом по стандартизации
(СЕН) в сотрудничестве с Техническим комите-
том ИСО/ТК44 «Сварка и родственные процес-
сы», состоит из вводной и двух самостоятельных
частей. В вводной части ISO 17641-1:2004 опи-
саны методы испытаний на сопротивляемость об-
разованию ГТ, их области применения.
В первой части стандарта ISO 17641-2:2005
детально описана процедура испытаний путем
сварки стыковых и тавровых образцов естествен-
ной жесткости, а в третьей — ISO 17641-3:2005
— методы испытаний свариваемых образцов с
принудительным нагруженим.
По конфигурации он соответствует стандарту
РФ. Общая положительная оценка стандарта ISO
17641 дана в работе [5].
© Б. Ф. Якушин, 2012
46 11/2012
Однако исходя из предложенных технологи-
ческих проб и типов сварных образцов «естест-
венной» жесткости следует отметить недостаточ-
ную избирательность при сравнительных испы-
таниях, а также непригодность для испытаний
листовых образцов толщиной не менее 10 мм. По-
этому при испытании современных качественных
электродов многих марок образование ГТ мало-
вероятно, а режимы испытаний не воспроизводят
в достаточной степени условия сварки более жес-
тких конструкций. Кроме того, ограниченность
размеров по длине таврового образца с двухсто-
ронним швом и косынками препятствует выпол-
нению автоматической сварки и разрушению шва
после сварки для обнаружения трещин по виду
излома, процесс оценки результатов испытаний
является чрезмерно усложненным и длительным,
что связано с изготовлением и испытанием спе-
циальных стержневых и пластинчатых образцов из
сварных соединений. Методика применения образ-
ца со стыковым швом не содержит данных о тол-
щине свариваемого металла и способа закрепления,
исключающего деформацию при сварке.
В стандарте РФ напротив предусмотрена воз-
можность широкого варьирования толщины сва-
риваемых образцов, режимов и способов сварки,
оказывающих по сравнению с изменением хими-
ческого состава большее влияние на процесс об-
разования трещин. Для этого в стандарте РФ на-
ряду с жестким односторонним тавровым швом
представлены также универсальные образцы со
стыковыми и круговыми швами в плоскости листа
[6], позволяющие в широких пределах изменять
толщину металла (1...12 мм), диаметр кругового
шва, способы и режимы сварки и тем самым дос-
тигать критических значений, при которых воз-
можно образование ГТ при сварке образцов.
Образец со стыковым швом путем изменения
ширины свариваемых пластин позволяет увели-
чивать высокотемпературные сварочные дефор-
мации до уровня, достаточного для получения ко-
личественного результата испытаний в металле
шва любого состава (ГОСТ 26389–84), что очень
важно при выборе сварочных материалов.
Вторая часть стандарта ISO/ТR 17641-3 пред-
ставлена в виде технического отчета о испытаниях
с принудительным «нагружением» при сварке и
может рассматриваться как его первый проект.
Он содержит описание американских методик Va-
restraint, Transvarestoint, Gleebl, а также методики
PVR, разработанной в Австрии [7].
По этому документу необходимо сделать ряд
замечаний.
1. Высокоскоростное деформирование изгибом
кристаллизующегося металла шва по методике
Varestraint и Transvarestoint нарушает принцип
физического моделирования при испытаниях об-
разцов и условий, вызывающих разрушение в ре-
альных сварных конструкциях. Это замечание от-
носится также к методике Gleebl, в соответствии
с которой скорость высокотемпературного растя-
жения исследуемых образцов в ТИХ составляет
0,15…0,25 м/с (6…10 дюйм/с) [7].
2. Оценка степени деформации при изгибе на
оправке по формуле ε = h/2R пригодна для од-
нородного, т. е. изотропного металла. Однако при
сварке кристаллизующийся металл имеет двух-
фазную структуру, а деформации концентриру-
ются по границам зерен, что является причиной
образования ГТ.
3. При испытании из изгиб сварного шва тон-
колистового металла, включая проход, невозмож-
но оценить его сопротивляемость образованию
ГТ, так как при изгибе на оправке не достигаются
критические значения.
4. Предложенный критерий суммарной длины
трещин Ltot не учитывает запас пластичности ме-
талла в нем, являющийся основным фактором об-
разования трещин.
5. Динамическое деформирование кристалли-
зующегося шва ограничивает диффузионные про-
цессы и высокотемпературную ползучесть, под-
готавливающие условия для зарождения ГТ. Ус-
транение этих процессов при динамической де-
формации создает кажущуюся повышенную соп-
ротивляемость образованию ГТ, что может при-
вести к непрогнозируемым разрушениям сварных
конструкций.
Следует отметить, что в первом приближении
длина ГТ при динамическом деформировании мо-
Рис. 1. Схема испытания на сопротивляемость металла шва и
ОШЗ против образования ГТ при сварке путем нарастания
деформации (V1...V3), создаваемого с помощью испытатель-
ной машины: Tс(t) — термический цикл сварки; Tим(t) —
имитация термического цикла; V1 – V3 — нарастание дефор-
мации в ТИХ; Vкр — деформация, приводящая к образованию
трещин; δ(t) — предполагаемый характер изменения пластич-
ности в ТИХ; Vкр = εкр ⁄ Δt — критическая скорость дефор-
мации
11/2012 47
жет характеризовать лишь величину ТИХ. Другой
фактор — запас пластичности δТИХ — количес-
твом трещин и их длиной оценить невозможно,
поэтому Ltot не является количественным крите-
рием склонности к ГТ (рис. 1).
Согласно методике Gleebl межзеренную плас-
тичность металла в ТИХ предложено определять
по степени ее изменения за пределами ТИХ —
в области высокопластичного состояния металла
шва, что нарушает достоверность испытаний [8].
Преимущество стандарта РФ состоит в том,
что показатель Vкр = δ/tТИХ оценивают способом,
не требующим прямого измерения пластичности
металла шва и границ ТИХ. Для этого образец
в исследуемом сечении с кристаллизующимся
швом непрерывно, т. е. статически, деформируют
в интервале температур от верхней до нижней
границ ТИХ до температуры 0,5Tпл.
При этом деформация вне ТИХ не накапливает
межзеренные сдвиги, они возникают только в
ТИХ, что является главным преимуществом ста-
тического растяжения или изгиба при испытаниях
на сопротивляемость образованию ГТ.
Положительным моментом в проекте стандар-
та ISO/ТR 17641-3 является то, что в него вклю-
чена методика статического деформирования
(PVR). Однако испытания образца PVR, имею-
щего наплавленный валик большой длины, при-
водят к нагреву и увеличению длины образца меж-
ду захватами машины, что искажает предполага-
емое линейное распределение деформации вдоль
образца.
Кроме того, в результате локального нагрева
образца дугой и снижения сопротивления металла
деформированию неизбежна локальная концент-
рация деформаций под дугой, причем больше
машинной vм, степень ее зависит от теплофизи-
ческих свойств сравниваемых сталей или сплавов,
а длительность деформации может быть меньше
времени ТИХ.
В стандарте РФ аналогичные испытания на
сопротивляемость образованию ГТ, ориентиро-
ванных поперек оси шва («частокол»), проводят
при нарастающей скорости растяжения в пределах
одной серии образцов, что позволяет определить
показатель Vкр и использовать его при выборе
сплавов и сварочных материалов.
При общей оценке стандарта ISO 17641 важно
отметить большое количество взаимоисключаю-
щих показателей (таблица) и отсутствие корреля-
ционных коэффициентов между ними. Это приво-
дит к необходимости приобретения и эксплуатации
большого количества испытательных машин.
В стандарте РФ регламентирован один услов-
ный показатель сопротивляемости образованию
ГТ Vкр (мм/с), сравнение значений которого воз-
можно при одинаковой скорости охлаждения ме-
талла в ТИХ wТИХ. В других случаях определяют
физический показатель Bкр (мм/°С), равный
Vкр/wТИХ. Этот показатель позволяет оценивать
Тесты на ГТ, типы растрескивания и назначение по ISO 17641 2005
Тип теста Тип растрескивания Результаты Назначение
Метод деформации
вдоль оси шва
Кристаллизационное Ltot Основной металл (выбор и подтверждение).
Сварочный материал (выбор и подтвержде-
ние). Технологии сварки
Ликвационное Ltot
Снижение вязкости Ltot
Метод деформации
поперек оси шва Кристаллизационное Ltot
Выбор сварочного материала.
Технологии сварки
Испытание с растяжением плоского
образца вдоль шва (PVR тест)
» Vкр Выбор металла.
Многопроходные сварные соединения.
Технологии сварки.
Сочетания металлов
Ликвационное Vкр
Снижение вязкости Vкр
Выбор и подтверждение материалаИспытание на растяжение в горячем
состоянии (GleebleTM)
Кристаллизационное ТИХ
Ликвационное ТИХ
Рис. 2. Общий вид машины (МИС) для испытания на ГТ по
стандарту РФ: 1 — блок управления параметрами испытания,
их визуализации и регистрации; 2 — манипулятор сварочной
головки для ее перемещения по x, y и xу; 3 — силоизмеритель;
4 — устройство для сварки образцов и их испытания на изгиб
или растяжение; 5 — устройство для имитации сварочного
цикла в образцах и испытания на ГТ в стадии охлаждения
48 11/2012
сопротивляемость металла шва и ОШЗ образо-
ванию продольных и поперечных трещин при раз-
личных способах сварки [8].
Для проведения испытаний металла на склон-
ность к образованию ГТ, включенных в стандарт
РФ, разработана новая модель испытательной ма-
шины МИС (рис. 2), укомплектованная оснасткой
для статического растяжения и изгиба образцов
(рис. 3) в процессе сварки, сварочной головкой
с возможностью перемещения по осям x, y и xy
(круговой шов) и оснасткой для электроконтак-
тного нагрева и растяжения образцов для оценки
склонности металла к образованию ГТ в ОШЗ.
Наличие динамометра в силовой цепи и дилато-
метра позволяет применять машины МИС для ис-
пытания на сопротивляемость соединений образо-
ванию холодных трещин и др.
Выводы
1. Основой стандарта для количественной оценки
сопротивляемости металла образованию ГТ яв-
ляется теория технологической прочности, в со-
ответствии с которой ГТ — следствие исчерпания
запаса пластичности в ТИХ под воздействием сва-
рочных напряжений и деформаций.
2. Количественным показателем сопротивляе-
мости металла образованию ГТ является критичес-
кая скорость деформации, определяемая по факту
исчерпания пластичности при статическом машин-
ном деформировании образцов со швом в ТИХ.
3. Машинные методы оценки сопротивляемос-
ти металла образованию ГТ при испытании ма-
логабаритных образцов должны обеспечивать воз-
можность физического моделирования условий,
вызывающих образование ГТ при изготовлении
реальных сварных конструкций.
4. Машинные испытания по проекту стандарта
ISO/ТR 17641-3 путем ударного изгиба образца
со швом (Varestraint и Transvarestoint ) или удар-
ного разрыва образцов (Gleebl) не имеют доста-
точного обоснования, так как при определении
Ltot и ВТR (высокотемпературного провала
пластичности) не учитывают конвективные и
диффузионные процессы, определяющие плас-
тичность металла в ТИХ и не пригодны для ко-
личественной оценки.
5. Технологические пробы для испытания ме-
талла на склонность к образованию ГТ по ГОСТ
26389–84 предусматривают применение образцов
со стыковыми и тавровыми швами, а также ши-
роко применяемых [8] образцов с круговым швом
различной толщины (1…20 мм), что обеспечивает
их пригодность для сравнения сварочных матери-
алов и технологических вариантов сварки и тем
самым расширяет их универсальность по сравне-
нию с пробами стандарта ISO 17641-2.
1. Сварка и свариваемые материалы: Справочник. — Т.1.
Свариваемость материалов / Под ред. Э. Л. Макарова. —
М.: Металлургия, 1991. — 528 с.
2. Якушин Б. Ф. Оценка технологической прочности от ре-
жимов сварки // Свароч. пр-во. — 1969. — № 1. —
С. 19–21.
3. Bernaspvski P. Contribution to HAZ lignation cracking of
austenitic stainless steels hot cracking. Phenomen in welds.
— Berlin: Springer Verlag, 2005.
4. Желев А. Компексен термокинетичен подход за оценяв
горещата трошливост на металлите при заваряване: Ав-
тореф. … дис. д-ра техн. наук. — София, 1988. — 58 с.
5. Wilken K. Investigation to compare hot cracking tests. —
[1999]. — (Intern. Inst. of Welding; Doc. IX-1945).
6. Царьков В. А., Чупрак А. И. Пути гармонизации отечест-
венных и европейских норм оценки сопротивляемости
металла образованию горячих трещин // Сварка и диаг-
ностика. — 2010. — № 6. — С. 58–62.
7. Якушин Б. Ф. Гармонизация стандартов РФ и ЕС на ис-
пытания свариваемости // Свароч. пр-во. — 2003. —
№ 1. — С. 39–43.
8. Стеклов О. И. Прочность сварных конструкций в агрес-
сивных средах. — М.: Машиностроение, 1976. — 200 с.
Differences between the EU standard on tests to hot crack resistance in welding and standard 26389–84 in force in the
Russian Federation are considered, and specific variants for their harmonisation to quantitative assess the sensitivity of
steels and welding consumables to hot cracking are suggested.
Поступила в редакцию 15.06.2012
Рис. 3. Виды образцов, применяемых для машинных испытаний на МИС
11/2012 49
|