Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин
Предложена методика, предусматривающая испытание с уменьшением нагрузки плоских разрывных образцов стыковых соединений. Рассмотрены особенности замедленного разрушения соединений в зависимости от толщины, режима, техники сварки применяемой стали. Установлено, что замедленное разрушение однородных и...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99185 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин / В.М. Кулик, М.М. Савицкий // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 11-17. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-99185 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-991852016-04-25T03:02:11Z Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин Кулик, В.М. Савицкий, М.М. Научно-технический раздел Предложена методика, предусматривающая испытание с уменьшением нагрузки плоских разрывных образцов стыковых соединений. Рассмотрены особенности замедленного разрушения соединений в зависимости от толщины, режима, техники сварки применяемой стали. Установлено, что замедленное разрушение однородных или близких к однородным стыковых соединений происходит преимущественно по шву. Показана возможность определения времени микропластической деформации, напряжения, работы замедленного разрушения, времени и частоты зарождения микротрещин. Методика может быть использована при разработке технологий сварки. Method is suggested for tensile testing of flat specimens of butt joints with a decreased load. Peculiarities of delayed fracture of the joints depending upon the thickness of the steel welded, as well as welding parameters and procedure, are considered. It is established that delayed fracture of homogeneous, or close to homogeneous, butt joints occurs primarily in the weld. The possibility is shown of determining time, microplastic deformation, stress and delayed fracture energy, as well as time and frequency of initiation of microcracks. The method can be applied for development of a welding technology. 2007 Article Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин / В.М. Кулик, М.М. Савицкий // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 11-17. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99185 621.791.011:669.14.018.295[621.791.85.052:669.14.018.295]:620.174.24 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 |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Кулик, В.М. Савицкий, М.М. Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин Автоматическая сварка |
| description |
Предложена методика, предусматривающая испытание с уменьшением нагрузки плоских разрывных образцов стыковых соединений. Рассмотрены особенности замедленного разрушения соединений в зависимости от толщины,
режима, техники сварки применяемой стали. Установлено, что замедленное разрушение однородных или близких к однородным стыковых соединений происходит преимущественно по шву. Показана возможность определения
времени микропластической деформации, напряжения, работы замедленного разрушения, времени и частоты зарождения микротрещин. Методика может быть использована при разработке технологий сварки. |
| format |
Article |
| author |
Кулик, В.М. Савицкий, М.М. |
| author_facet |
Кулик, В.М. Савицкий, М.М. |
| author_sort |
Кулик, В.М. |
| title |
Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин |
| title_short |
Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин |
| title_full |
Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин |
| title_fullStr |
Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин |
| title_full_unstemmed |
Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин |
| title_sort |
новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99185 |
| citation_txt |
Новая методика оценки стойкости сварных соединений закаливающихся сталей против образования холодных трещин / В.М. Кулик, М.М. Савицкий // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 11-17. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT kulikvm novaâmetodikaocenkistojkostisvarnyhsoedinenijzakalivaûŝihsâstalejprotivobrazovaniâholodnyhtreŝin AT savickijmm novaâmetodikaocenkistojkostisvarnyhsoedinenijzakalivaûŝihsâstalejprotivobrazovaniâholodnyhtreŝin |
| first_indexed |
2025-07-07T07:35:47Z |
| last_indexed |
2025-07-07T07:35:47Z |
| _version_ |
1836972767406194688 |
| fulltext |
УДК 621.791.011:669.14.018.295[621.791.85.052:669.14.018.295]:620.174.24
НОВАЯ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЗАКАЛИВАЮЩИХСЯ СТАЛЕЙ
ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИЯ ХОЛОДНЫХ ТРЕЩИН
В. М. КУЛИК, канд. техн. наук, М. М. САВИЦКИЙ, д-р техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Предложена методика, предусматривающая испытание с уменьшением нагрузки плоских разрывных образцов сты-
ковых соединений. Рассмотрены особенности замедленного разрушения соединений в зависимости от толщины,
режима, техники сварки применяемой стали. Установлено, что замедленное разрушение однородных или близких
к однородным стыковых соединений происходит преимущественно по шву. Показана возможность определения
времени микропластической деформации, напряжения, работы замедленного разрушения, времени и частоты за-
рождения микротрещин. Методика может быть использована при разработке технологий сварки.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, высокопрочные ста-
ли, стыковые соединения, шов, термический цикл сварки, за-
медленное разрушение, микропластическая деформация,
напряжения, трещиностойкость, методика оценки
Изделия ответственного назначения невысокой
металлоемкости изготавливают из тонколистовых
высокопрочных углеродистых и легированных
сталей с применением аргонодуговой сварки воль-
фрамовым электродом. Получаемые соединения
закаливающихся сталей склонны к образованию
холодных трещин [1], которые возникают в про-
цессе релаксации внутренних напряжений при вы-
леживании [2] и располагаются как в металле ЗТВ,
так и в шве (рис. 1). На образование трещин вли-
яют химический состав и толщина свариваемой
стали, режим сварки и другие факторы, предоп-
ределяющие важность использования количест-
венной оценки сопротивляемости образованию
холодных трещин путем специализированных ме-
ханических испытаний сварных соединений.
Наиболее широкое распространение получили
методы испытания имплант [3–7]. Согласно тра-
диционному методу [3] цилиндрический шлифо-
ванный образец диаметром 8 мм вставляется в со-
ответствующее сквозное отверстие в технологи-
ческой планке толщиной 20 мм, заваривается с
поверхности путем наплавки или неполного проп-
лавления и подвергается длительному растяже-
нию до разрушения по зоне сплавления. Сопро-
тивляемость замедленному разрушению оценива-
ется силовыми (σкр, σкр max, σкр/σт) и энергети-
ческим aпр показателями, где σкр — минимальное
напряжение, ниже которого замедленное разру-
шение не происходит; σкр max — максимальное
напряжение, при котором образец не разрушается
в течение 24 ч; σт — условный предел текучести
испытуемой стали; aпр — приведенная (отнесен-
ная к площади поперечного сечения образца) ра-
бота.
А. М. Макарой и А. А. Хрипливым было ус-
тановлено, что вместо цилиндрического можно ис-
пользовать плоский образец-вставку толщиной
3 мм. В модернизированных методах имплант [4–7]
используется образец-вставка сечением 3 14 мм.
Следует отметить, что сварка упомянутых вы-
ше образцов выполняется на режимах, сущест-
венно отличающихся от режимов сварки тонко-
листовой стали, а направление действия прило-
женного усилия (нормально к сварному соедине-
© В. М. Кулик, М. М. Савицкий, 2007
Рис. 1. Микроструктура сварного соединения с холодными
трещинами высокопрочной стали, выполненного аргонодуго-
вой сваркой вольфрамовым электродом: а — шов ( 100);
б — металл ЗТВ ( 320)
1/2007 11
нию) не соответствует направлению действия ос-
таточных напряжений. Кроме того, составной об-
разец является достаточно массивным, сложным
и трудоемким. Эти методы неприемлемы для
оценки трещиностойкости шва и сварного сое-
динения в целом и применение их ограничено
сравнительной оценкой свариваемости сталей.
При этом отклонение от рекомендуемой толщины
образца приводит к изменению σкр и нарушению
стабильности результатов испытаний [8, 9].
Соответствие направления действия нагрузки
при испытании и сварочных напряжений дости-
гается при реализации методики [7]. Образец се-
чением 3 14 мм размещается в боковом прямо-
угольном отверстии, созданном совмещением па-
зов двух технологических планок, плоскопарал-
лельно поверхности, сваривается плавящимся
электродом с технологическими планками (по по-
перечной канавке) и нагружается постоянным рас-
тягивающим усилием (боковым относительно
шва). По значениям нагрузки и перемещения в
процессе испытания определяется работа разру-
шения, а по площади участка под кривой изме-
нения во времени деформации (работы) на диаг-
рамме — энергоемкость разрушения.
Различие толщин испытуемого образца и тех-
нологических планок неприемлемо для сварки
неплавящимся электродом, а физическая сущ-
ность энергоемкости разрушения непонятна. Сос-
тавной образец является более массивным, слож-
ным и трудоемким, чем составной образец для
методики имплант.
А. М. Макара и его ученики Н. А. Мосендз,
В. Г. Гордонный и др. придерживались мнения
[10], что достоверная оценка трещиностойкости
достигается при испытании стыковых соедине-
ний. Образцы толщиной 12...14 мм общей длиной
более 500 мм подвергали однопроходной сварке
плавящимся электродом, нагружали клиновым ус-
тройством до заданных растягивающих напряже-
ний, которые определяли механическим дефор-
мометром с базой 100 мм, и выдерживали при
этих напряжениях до разрушения по околошовной
зоне. В качестве показателя склонности соедине-
ния к замедленному разрушению принимали ми-
нимальное напряжение, при котором разрушение
не происходило в течение 24 ч. Данная методика
достаточно простая и может использоваться в за-
водских условиях для оценки трещиностойкости
сварных соединений в зависимости от применя-
емых материалов и условий сварки. Однако при
этом, как при реализации приведенных выше ме-
тодик, не учитывается релаксация напряжений, а
образцы являются довольно массивными и
крупногабаритными.
Создание более совершенной методики оценки
стойкости против образования холодных трещин
в сварных соединениях закаливающихся сталей
является целью настоящей работы.
Оценку трещиностойкости* проводили испы-
таниями на замедленное разрушение с уменьша-
ющейся нагрузкой согласно предложенным авто-
рами способом и сварными образцами [11]. Об-
разец основного типа состоит из двух испытуемых
частей и стыкового соединения между ними
(рис. 2, а, б), как образец для статических испы-
таний на разрыв. Специальный образец (рис. 2, в)
включает одну испытуемую, три вспомогательные
части и общее стыковое соединение. На боковых
вспомогательных частях выполняются скосы или
выборки во избежание защемления испытуемую
части от усадки шва. Размеры испытуемых частей
в плане составляли 14…27 50…90, вспомогатель-
ных — 40 35 и 40 90 мм.
Одно- и двухпроходную сварку А-ТIG и TIG
встык образцов из низко- и среднелегированных
сталей с углеродным эквивалентом 0,35…1,1 %
толщиной 2,8…6,0 мм выполняли на установке
АРК-1 в сочетании с выпрямителем ВСВУ-315.
Сварку осуществляли без расплавления и с рас-
плавлением присадочной проволоки Св-18ХМА
при соблюдении принятых или реально возмож-
ных режимов (таблица). Термические циклы свар-
ки записывали потенциометром КСП-4 с по-
мощью термопары ВР 20/5 диаметром 0,35 мм с
обратной стороны шва в пристыкованном образ-
це-свидетеле на расстоянии 10 мм от испытуемой
части.
После сварки образец нагружали посредством
упругоизгибаемой балки жесткостью K = 8 кг/мкм
Рис. 2. Образец основного типа (а) и схемы испытания на
замедленное разрушение его (б) и специального образца (в)
стыкового соединения: 1 — шов; 2 — рабочая (испытуемая)
часть; 3 — вспомогательные части
* В работе принимал участие инж. Г. В. Бурский.
12 1/2007
на переоборудованной установке ЛТП-1-1-6 рас-
тягивающим усилием до напряжения 380 и
280 МПа, близком пределу текучести использу-
емой стали. Образец выдерживается в нагружен-
ном состоянии без дополнительных внешних воз-
действий. Установленное напряжение σн задается
по прогибу λн упругоизгибаемой балки σн =
= Kλн/S, где S — площадь поперечного сечения
образца. При этом потенциометром КСП-4 (с по-
мощью индукционного датчика перемещения) за-
писывается изменение длины образца как изме-
нение прогиба балки и фиксируются также сиг-
налы акустической эмиссии (АЭ) от датчика на
поверхности образца [5, 6, 12].
Типичные термограммы сварки, диаграммы за-
медленного разрушения, расположение изломов
приведены на рис. 3–5, данные по трещиностой-
кости стыковых соединений в зависимости от осо-
бенностей сварки сталей различных химических
составов и толщин — в таблице.
При выполнении первого и второго проходов
аргонодуговой сварки стали толщиной 2,8…3,7 мм
на приведенных режимах металл шва и около-
шовной зоны по всей толщине соединения наг-
ревается выше критических температур (рис. 3,
а) и охлаждается затем со скоростью 8…27 °С/c
в диапазоне температур минимальной устойчивос-
ти аустенита 600…400 °С. Различие скоростей ох-
лаждения обусловлено различием режимов и спо-
собов сварки, толщин свариваемых сталей, тем-
пературой перед выполнением очередного прохо-
да сварки, а также особенностями превращений
при охлаждении. Металл соединения стали
30ХГСА приобретает мартенситно-бейнитную
структуру, сталей 30Х2ГС2МВ и 42ХГСНМ —
мартенситную.
В процессе выполнения соединения стали тол-
щиной 6 мм с меньшей скоростью сварки и с
Трещиностойкость соединений сталей разных составов и толщин в зависимости от режима, способа и параметров
выполнения односторонней аргонодуговой сварки ( σн = 380…390 МПа)
№ п/п
Свариваемая сталь
Способ сварки I1/I2, A vсв, м/ч q/vсв
4,
Вт⋅ч/м
q/(vсв⋅δ)4,
Вт⋅ч/м2 НRC5 шва τр, мин
Марка Сэкв, % δ, мм
1
30ХГСА 0,65
3,1
A-TIG 85...120/— 7...12 90...110 29...35 — 1...3
2 A-TIG+TIG 130/90...110
12...13
70...95 23...31 50,5...52,5
48,0...50,0 2...19
3 (A-TIG+TIG) 3 130/110 100...110 32...35 — 5...20
4 (A-TIG+А-TIG)1 100/80
12
60 19 — 4
5 (TIG+TIG)1) 110/110 85 27 — 750 —
не разр.
6 6,0
A-TIG+TIG
190/130 6 240 40 39,5…43,0
36,0...37,0 900
7 30Х2ГС2МВ 1,0 3,7 140/110
12
95 26 —
49 5
8
42ХГСНМ 1,1 2,8
TIG2 115/— 95 34 — 10
9 A-TIG+TIG 120/80 65 23 —
48,0...50,0 <1
10 TIG+TIG 90/120 100 36 — <1
11 16ХГ2М 0,64 5,0 (A-TIG+TIG)3 160/130 8 195 39 38,0...45,0
27,5...38,0 Не разр.
12 20Г 0,35 3,0 (A-TIG+TIG)1 100/80 13 61 20 — Не разр.
1 — двухсторонняя двухпроходная сварка. 2 — однопроходная сварка несквозное проплавление. 3 — с расплавлением присадочной
проволоки. 4 — последний проход сварки. 5 В числителе приведены данные, полученные с лицевой стороны шва, в знаменателе — с
обратной; для № 12 σн = 280 МПа.
Рис. 3. Термограммы двухпроходной аргонодуговой сварки
стали толщиной 3 (а) и 6 (б) мм: 1 — первый; 2 — второй
проход
1/2007 13
большей удельной погонной энергией сварки наб-
людается охлаждение металла от закритических
температур с меньшими скоростями w6/4 ≤ 3 °С/с
(рис. 3, б), что предопределяет уменьшение ко-
личества мартенсита в металле соединения стали
30ХГСА. При выполнении второго прохода сварки
металл с обратной стороны соединения нагревается
до температур, близких Aс1 = 720…760 °С, и ис-
пытывает кратковременный высокотемпературный
отпуск или повторную закалку с образованием
меньшего количества закалочных составляющих
структуры. Такой термический цикл сварки явля-
ется благоприятным для снижения твердости и по-
вышения вязкости металла соединения стали тол-
щиной 6 мм. Подобное наблюдается при двухпро-
ходной сварке стали 16ХГ2М толщиной 5 мм.
Сваренный образец, нагруженный ниже пре-
дела текучести основного металла, претерпевает
пластическую деформацию (рис. 4). При таком
напряжении основной металл пластически не де-
формируется, однако происходит микропласти-
ческая деформация закаленной легированной ста-
ли, содержащей 0,11…0,57 % С [13] и соответс-
твенно закалившегося при сварке металла соеди-
нения. Увеличение ее в процессе испытания про-
исходит монотонно, ступенчато, а перед оконча-
тельным разрушением ускоренно.
Ступенчатые увеличения микропластической
деформации металла соединения сопровождаются
частыми сигналами АЭ малой интенсивности. Их
можно рассматривать как проявление возникно-
вения субмикротрещин вследствие раскрытий ло-
кальных объемов металла при деформации крис-
таллической решетки не менее, чем на одно меж-
атомное расстояние [14]. С возникновением суб-
микротрещин снижаются напряжения II рода,
уменьшается плотность металла, облегчается об-
разование микротрещин. Последнее фиксируется
сигналами АЭ на порядок большей интенсивнос-
ти. Частота появления микротрещин в процессе
испытания меньше частоты сигналов АЭ малой
интенсивности. Она возрастает при ускорении
Рис. 4. Диаграммы замедленного разрушения двухпроходных
стыковых соединений стали 30ХГСА толщиной 3 мм, сварен-
ных без расплавления (а) и с расплавлением (б) присадочного
металла
Рис. 5. Внешний вид и расположение изломов замедленного
разрушения образцов соединений, сваренных за два прохода
без (а, б) и с усилением шва (в) без (а) и с искусственными
концентраторами напряжений (б, в); г — поверхность излома
14 1/2007
микропластической деформации закалившегося
металла соединения на завершающей стадии за-
медленного разрушения. Микротрещины иници-
ируют образование макротрещин и разрушение
сварного соединения при испытании.
Замедленному разрушению при испытании
подвергается преимущественно шов (рис. 5). Раз-
рушение по шву отмечается также при иници-
ировании его в зоне сплавления созданием кон-
центрации напряжений по узким граням испыту-
емой части в месте резкого перехода к более про-
тяженному шву специального составного образца
(рис. 5, б, в). Зародившийся в зоне сплавления
излом переходит в шов даже при выполнении уси-
ления в результате расплавления присадочной
проволоки, а концентраторы напряжений в виде
непровара стыка и пор инициируют разрушение
шва в процессе нагружения образца (в течение
0,2…0,8 мин). Следовательно, шов, металл кото-
рого такой же или близкий по химическому сос-
таву основному металлу, является более склонным
к зарождению и распространению трещины, чем
зона сплавления сварного соединения высокоп-
рочной стали. Излом в целом располагается нор-
мально широким граням и приложенному усилию
и имеет межзеренный характер (рис. 5, г). В месте
излома отсутствуют следы макропластической де-
формации, что позволяет квалифицировать замед-
ленное разрушение как хрупкое.
Межзеренный характер разрушения свидетель-
ствует о пониженном сопротивлении и локали-
зации микропластической деформации по грани-
цам зерен закалившегося металла, где наблюда-
ется максимальное искажение атомно-кристалли-
ческого строения и локальное повышение напря-
жений. Локализации микропластической дефор-
мации по границам зерен и снижению стойкости
против образования холодных трещин способс-
твует крупнозернистость металла соединения.
Наибольшую склонность к замедленному раз-
рушению (в течение нескольких минут) имеет ме-
талл однопроходного шва с большим искажением
кристаллического строения по границам зерен
вследствие охлаждения и закалки от жидкого сос-
тояния. В его изломе выявляются вытянутые крис-
таллиты. Срединная часть такого шва может заг-
рязняться ликвирующими примесями и приобре-
тать свойства «плоскости слабины», особенно при
небольшом коэффициенте формы шва. В одноп-
роходных швах тонколистовых сталей с высоким
углеродным эквивалентом часто образуются ма-
гистральные холодные трещины. Естественно, что
неполное проплавление сплошного основного ме-
талла вызывает заметное повышение стойкости
против замедленного разрушения по шву.
Двухпроходные соединения имеют большую
трещиностойкость, чем однопроходные. На учас-
тке проплавления при выполнении второго про-
хода сварки измельчается структура металла шва
(рис. 5, г), изменяется форма кристаллитов ден-
дритного строения, уменьшается количество и
размеры зародышей осей второго порядка, уси-
ливается ориентация дендритов к лицевой повер-
хности и устраняется плоскость слабины. Крат-
ковременный нагрев металла до температур
980…1250 °С вызывает уменьшение размера зер-
на, а более высокий нагрев способствует умень-
шению анизотропии механических свойств бла-
годаря частичной гомогенизации металла. Удар-
ная вязкость повторно закалившейся стали нес-
колько повышается. В изломе прослеживается
двухслойное строение шва даже при однородном
химическом составе металла.
При использовании данной методики фикси-
руется повышение стойкости против замедленно-
го разрушения сварного соединения с уменьше-
нием скорости сварки, повышением погонной и
удельной погонной энергии сварки, снижением
скорости охлаждения шва при выполнении пос-
леднего прохода сварки, а также при уменьшении
углеродного эквивалента свариваемой стали.
Обнаруженные особенности соответствуют при-
нятым представлениям о трещиностойкости. Су-
щественное увеличение трещиностойкости соеди-
нения стали толщинами 5…6 мм обусловлено
уменьшением в 2…3 раза скорости охлаждения
в интервале температур минимальной устойчивос-
ти аустенита, увеличением продолжительности
самоотпуска в процессе сварки, снижением тем-
пературы нагрева металла с обратной стороны со-
единения до или ниже межкритических темпера-
тур. Как следствие, уменьшается неравновесность
структуры металла шва. При этом сохраняется в
целом отрывной характер замедленного разруше-
ния, хотя у широких граней образца отмечается
разрушение путем среза (скос на глубину при-
мерно 0,5 мм) и излом проходит как по шву, так
и по околошовной зоне. Характерно, что резуль-
таты испытаний образцов, полученных сваркой
стыка и сквозным проплавлением сплошного ос-
новного металла, являются практически одинако-
выми, что расширяет возможности методики.
Удлинение сварного образца ∆lр, определяемое
при испытании на замедленное разрушение, ха-
рактеризует микропластичность сварного соеди-
нения. Закалившийся при сварке металл подвер-
гается микропластической деформации путем ло-
кальных микропластических сдвигов по границам
зерен. Замедленное разрушение сварного соеди-
нения происходит при исчерпании запаса микроп-
ластичности закалившегося металла, в первую
очередь шва (δр = ∆lр/l, где l — ширина участка
с закалившимся металлом, превышающая ширину
шва на 0,5…1 мм). С учетом τр = ∆lр/vмд = δр/vмдо,
где vмд и vмдо — усредненные скорости абсолют-
ной и относительной микропластической дефор-
1/2007 15
мации, которые уменьшаются с увеличением соп-
ротивления сдвигам, стойкость замедленному раз-
рушению предопределяется сочетанием свойств
закалившегося металла.
Из диаграмм замедленного разрушения (рис. 4)
видно, что при близких значениях трещиностой-
кости τр стыковых соединений стали 30ХГСА,
сваренных на одинаковых режимах за два прохода
без расплавления и с расплавлением присадочной
проволоки Св-18ХМА, наблюдается подобное из-
менение микропластической деформации в про-
цессе испытания и замедленное разрушение по
шву. Однако если первый шов, не усиленный при-
садочным металлом, разрушается с микропласти-
ческой деформацией ∆lр = 6 мкм, δр ≈ 0,1 % и
усредненной скоростью микропластической де-
формации vмд ≈ 0,31 мкм/мин, vмдо ≈ 0,005 %/мин,
то усиленный присадочным материалом шов —
с ∆lр = 10 мкм, δр ≈ 0,17 %, vмд ≈ 0,46 мкм/мин,
vмдо ≈ 0,008 %/мин. Увеличение относительного
удлинения δр и скорости микропластической де-
формации vмд и vмдо сопровождается повышением
частоты образования субмикротрещин и микрот-
рещин на ускоренном завершающем этапе замед-
ленного разрушения. При испытании соединения,
полученного несквозным проплавлением стали с
большим эквивалентом углерода, ∆lр = 16 мкм и
δр = 0,26 %. Следовательно, с применением дан-
ной методики фиксируются различия параметров
трещинообразования сварного соединения.
Явление релаксации можно рассматривать как
ползучесть при напряжении, снижающемся во
времени пропорционально нарастающей пласти-
ческой деформации [15]. Микропластическая де-
формация при испытании сварного соединения на
замедленное разрушение вызывает уменьшение
прогиба упругоизогнутой балки и приложенного
усилия. Падение напряжения к моменту разрыва
∆σр = K∆lр/S = Kδl/S и разрывное напряжение
σр = K(λн – ∆lр)/S = K(λн – δрl)/S линейно зависят
от значения микропластической деформации при
испытании. В представленных выше примерах
микропластическая деформация сварного соеди-
нения (∆lр = 6; 10 и 16 мкм) вызывает падение
напряжения ∆σр = 7; 12 и 26 МПа до разрывного
напряжения σр = 373, 368 и 354 МПа соответс-
твенно. Следовательно, при испытании на замед-
ленное разрушение стыкового соединения высо-
копрочной стали с помощью упругоизогнутой
балки имитируется релаксация напряжений при
вылеживании изделия после сварки. По сравне-
нию с временным и деформационным показате-
лями замедленного разрушения силовой показа-
тель меньше зависит от свойств закалившегося
металла. При испытании серии образцов с фик-
сированием σр можно определять σкр и σкр/σт.
При замедленном разрушении сварного сое-
динения выполняется работа. Удельная работа,
приходящаяся на единицу объема микропласти-
чески деформируемого металла, как при стати-
ческих испытаниях на разрыв, определяется сле-
дующим образом:
aуд = (σн – 0,5∆σp)δp = (σн – 0,5K∆lp
⁄ S)δp.
Приведенная работа, отнесенная к площади по-
перечного сечения образца, подобно ударной вяз-
кости, следует из соотношения
aпр = (σн – 0,5∆σp)∆lp = (σн – 0,5K∆lp
⁄ S)δlp.
Характеризуя деформационную способность
сварного соединения и закалившегося металла и
будучи более сложными в определении, энерге-
тические показатели менее приемлемы для оценки
трещиностойкости сварного соединения, чем де-
формационные показатели замедленного разруше-
ния.
Таким образом, при использовании новой ме-
тодики можно определять временной, деформа-
ционные, силовой и энергетические показатели
замедленного разрушения сварного соединения
высокопрочной стали.
Выводы
1. Предложена методика оценки стойкости сты-
ковых соединений высокопрочных сталей различ-
ных толщин против образования холодных тре-
щин путем испытания на замедленное разрушение
со снижением нагрузки в процессе принудитель-
ной микропластической деформации металла, за-
калившегося при сварке. При испытании с ими-
тацией релаксации напряжений используются
малоразмерные образцы и определяются τр, ∆lр,
δр, ∆σр, σр, ауд, а также частота и время образо-
вания микротрещин. Наиболее приемлемы для
оперативной оценки трещиностойкости времен-
ной и деформационный показатели замедленного
разрушения.
2. Установлено, что наибольшую склонность
к зарождению и развитию холодных трещин имеет
шов и с увеличением толщины свариваемой стали
трещиностойкость его возрастает. При этом под-
тверждается влияние на трещиностойкость хими-
ческого состава свариваемой стали, технологичес-
ких и тепловых особенностей сварки.
3. Предложенная методика испытания может
быть эффективно использована при исследовании
трещиностойкости соединений, разработке сва-
рочных материалов и технологий сварки различ-
ных высокопрочных сталей.
1. Сварка в машиностроении: Справочник / Под ред. А. И.
Акулова: В 4 т. — М.: Машиностроение, 1978. — Т. 2. —
462 с.
16 1/2007
2. Земзин В. И., Чижик А. А., Ланин А. А. Условия образо-
вания трещин при сварке и термической обработки. Ч. I.
О роли ползучести в образовании трещин // Свароч. пр-
во. — 1982. — № 11. — С. 1–4.
3. Granjon H. The implant method for studying weldability of
high strength steel // Metal Construction and Brit. Weld. J.
— 1969. — № 11. — P. 509–515.
4. Бурский Г. В., Стеренбоген Ю. А. Оценка сопротивляе-
мости ЗТВ среднелегированных высокопрочных сталей
замедленному разрушению // Автомат. сварка. — 1990.
— № 8. — С. 33–35.
5. Усовершенствованная методика оценки сопротивляе-
мости металла ЗТВ замедленному разрушению / Г. В.
Бурский, М. М. Савицкий, О. И. Олейник, В. Э. Сухоярс-
кий // Там же. — 1999. — № 4. — С. 31–34.
6. Кулик В. М., Савицкий М. М., Бурский Г. В. Оценка соп-
ротивляемости металла ЗТВ высокопрочной стали за-
медленному разрушению с моделированием релаксации
напряжений // Там же. — 2005. — № 5. — С. 19–25.
7. Стеренбоген Ю. А., Васильев Д. В. Оценка трещиностой-
кости зоны сплавления по энергетическому показателю
замедленного разрушения // Там же. — 1999. — № 6. —
С. 6–12, 17.
8. Стеренбоген Ю. А., Бурский Г. В., Савицкий М. М. О ме-
тодике имплант и ее использовании при испытаниях вы-
сокопрочных сталей // Сб. докл. II симп. СЭВ, «Приме-
нение математических методов при изучении сваривае-
мости». — София: ВМЭИ им. Ленина, 1983. — С. 138–
140.
9. Inagaki М., Tomura H., Araki T. Effect of testing parameters
and standardization in implant cracking test in Japan. —
[1980]. — 14 p. — (Intern. Inst. of Welding: Doc. IIW IX-
1151–80).
10. Макара А. М., Мосендз Н. А. Сварка высокопрочных ста-
лей. — Киев: Техніка, 1971. — 140 с.
11. Пат. 73637 Україна. Спосіб для оцінки тріщиностійкості
зварного з’єднання гартівної сталі та пристрій для його
здійснення / В. М. Кулик, М. М. Савицький. — Опубл.
15.08.2005, Бюл. № 8.
12. Акустико-эмиссионный контроль соединений, выпол-
ненных лазерной сваркой / О. А. Бартенев, Ю. И. Кута-
ков, В. А. Хамитов, Ю. Ф. Волков // Автомат. сварка. —
1988. — № 9. — С. 71–73.
13. Mc. Evily A. J., Ku R. C., Johnston T. L. The sourсe of mar-
tensite strength // Trans. Metallurg. Soc. of AIME. — 1966.
— 236. — P. 108–113.
14. Остакин А. И. Исследование особенностей вязкого раз-
рушения металлов и сплавов: Автореф. дис. … канд.
техн. наук. — Л., 1973. — 21 с.
15. Теория ползучести и длительной прочности металлов /
И. А. Одинг, В. С. Иванова, В. В. Бурдунский, В. Н. Ге-
линов. — М.: ГНТИ, 1959. — 488 с.
Method is suggested for tensile testing of flat specimens of butt joints with a decreased load. Peculiarities of delayed
fracture of the joints depending upon the thickness of the steel welded, as well as welding parameters and procedure,
are considered. It is established that delayed fracture of homogeneous, or close to homogeneous, butt joints occurs
primarily in the weld. The possibility is shown of determining time, microplastic deformation, stress and delayed fracture
energy, as well as time and frequency of initiation of microcracks. The method can be applied for development of a
welding technology.
Поступила в редакцию 24.10.2005
40 ЛЕТ КАФЕДРЕ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА Донбасской
государственной машиностроительной академии
Кафедра сварочного производства Донбасской государственной машиностроительной ака-
демии была создана в октябре 1966 г. (в то время Краматорский индустриальный институт).
Организатором кафедры и первым ее заведующим на протяжении 10 лет был доцент, канд. техн.
наук Д. С. Кассов. Под его руководством был создан преподавательский коллектив и лабора-
торная база кафедры, открыта аспирантура по специальности «Технология и машины сварочного
производства». В 1977 г. кафедру возглавил канд.техн.наук, доцент В. М. Карпенко, который
руководит кафедрой до настоящего времени, с перерывом с 1985 по 1993 гг., когда он избирался
проректором академии.
За свою сравнительно небольшую историю кафедрой подготовлено около 4000 инженеров-
сварщиков, более 20 специалистов защитили кандидатские диссертации, а один из них – доцент
В. Д. Кассов – докторскую диссертацию.
Одним из основных направлений работы кафедры является методическая работа. За эти годы
разработано более 200 методических пособий. Сотрудниками кафедры опубликовано около 500
статей в журналах и различных сборниках, получено более 300 авторских свидетельств и более
30 патентов.
На кафедре создано и развивается свое научное направление: исследование и разработка
самозащитных порошковых проволок для сварки и наплавки. По этому направлению уже
защищено 12 кандидатских диссертаций.
Многие разработки кафедры внедрены на предприятиях Донбасса.
В 1980 г. при кафедре создана отраслевая лаборатория технической диагностики, руко-
водителем которой является канд. техн. наук, доцент О. А. Емельянов. Сотрудниками лаборатории
получено свыше 90 авторских свидетельств СССР на изобретения и патентов Украины, опублико-
вано несколько монографий, 60 научных статей, сделано 40 докладов на научных конференциях.
Защищена одна кандидатская диссертация, подготовлена к защите одна докторская диссер-
тация.
В настоящее время кафедра проводит большую организационно-методическую работу по
переходу на европейскую систему образования и присоединению к Болонскому соглашению.
1/2007 17
|