ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Исходная структура и неоднородность свойств сварных соединений из "Ресурс сварных соединений паропроводов " Структурные особенности сварных соединений. В макроструктуре сварных соединений, выполненных дуговой сваркой плавлением (ручной дуговой покрытым электродом, автоматической дуговой под флюсом, дуговой в защитном газе или в смеси газов) различают две характерные области металл шва (МШ) и зону термического влияния (ЗТВ) в сопоставлении с основным металлом, не затронутым нагревом при сварке (рис. 1.8). [c.34] Металл шва включает участок сварного соединения, образовавшегося в результате кристаллизации расплавленного металла, который представляет собой неравномерную смесь наплавленного металла и частично расплавленного основного металла свариваемой стали. Затвердевание начинается на кристаллах основного металла, и рост зерен происходит преимущественно нормально (перпендикулярно) фронту теплоотвода. [c.35] В многослойных швах, что типично для сварных соединений паропроводов, характерным является сочетание крупно- и мелкозернистой структуры. Последняя образуется в результате частичной перекристаллизации прослойки металла каждого слоя за счет высокотемпературного нафева при наплавке последующего слоя в процессе сварки. В связи с этим на макроструктуре четко выявляется послойный рельеф сварного шва. Другой особенностью является различие в легировании сварного шва за счет разного долевого участия расплавляемого при сварке основного металла, которое меняется от 30. .. 40 до 5. .. 10 % в направлении от корневой части к верхней части поперечного сечения шва. [c.35] Зона термического влияния представляет собой участок основного металла, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке термически упрочненной стали. Ширина ЗТВ составляет примерно 6. .. 8 мм и достаточно четко видна на макроструктуре поперечного сечения сварного соединения в виде затемненной рельефной полоски, примыкающей к сварному шву с двух сторон (см. рис. 1.8). Ширина этой зоны уменьшается в направлении от корневой к верхней части поперечного сечения шва, что вызвано неодинаковыми тепловыми условиями при сварке многослойных швов. [c.35] Рассмотренные особенности формирования металла шва и ЗТВ могут негативно сказываться на корректности оценки жаропрочных свойств сварных соединений по результатам испытаний на длительную прочность стандартных цилиндрических образцов диаметром 10 мм, изготовленных в разных сечениях многослойного шва и ЗТВ. [c.35] Микроструктурное состояние таких соединений, формируемое прежде всего тепловыми условиями сварки [23 - 25], характеризуется резкой неоднородностью и заключается в следующем (рис. 1.9). [c.35] Формирование микроструктуры металла шва при сварке протекает в три этапа в последовательности образование 5-феррита при кристаллизации из жидкой фазы, образование ауспенита в результате 5 - у-прев-ращения и последующий распад аустенита в результате у — а-превра-щения. При оценке качества и работоспособности сварных соединений ориентируются на величину аустенитного (первичного) зерна и продукты распада аустенита. Последнее представляет собой преимущественно бей-нит ориентированного и/или зернистого строения. [c.37] Зерна бейнита наследуют форму -и размеры аустенитных зерен. Увеличение тепловложения при сварке приводит к появлению и увеличению в структуре избыточного феррита, образующего оторочки по границам аустенитных зерен, и росту зерна (рис. 1.10 и 1.11). Микроструктура металла швов 09Х1МФ классифицирована по параметру средней ширины ферритной оторочки /ф на три балла в зависимости от тепловложения при сварке (погонной энергии сварки и температуры подогрева) [24] баллу 1 соответствует микроструктура с шириной /ф 15 мкм баллу 2 -микроструктура с шириной /ф = 15. .. 50 мкм, баллу 3 - микроструктура для /ф 50 мкм. Различие балла микроструктуры по сечению шва означает, что тепловложение при сварке многослойного шва существенно менялось. [c.37] Оптимальной регламентирована микроструктура, которая соответствует баллу 2 с размером действительного зерна не крупнее номера 2 (ГОСТ 5639-82) и наличию мелкозернистой структуры (номера зерен 6-8) перекристаллизации в количестве примерно до 30 % на площади поперечного сечения металла шва. С повышением балла от 1 к 3 микроструктуры металла шва заметно изменяется жаропрочность сварных соединений в сторону снижения длительной прочности и повышения длительной пластичности. [c.37] Послесварочная термическая обработка по режиму высокого отпуска не влияет заметно на особенности рассмотренной микроструктуры, но способствует выделению карбидной дисперсной фазы из твердого раствора, ее коагуляции и частичной сфероидизации с укрупнением карбидных частиц, что в конечном итоге вызывает необходимое повышение пластичности металла шва, приобретающего микроструктуру отпуска. [c.37] Таким образом, микроструктура зон сварных соединений теплоустойчивых сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф характеризуется значительной неоднородностью, обусловленной тепловыми условиями сварки и структурным исходным состоянием свариваемой стали. [c.41] Характерная неоднородность свойств сварных соединений. Она может быть выражена через прочностные, энергетические и деформационные критерии, применительно к кратковременным и длительным свойствам. [c.41] В противоположность этому на участке ЗТВр сразу после сварки отмечается пониженная твердость металла. Степень разупрочнения ЗТВрп, которая может составлять 5. .. 30 % и более, зависит от исходных прочностных свойств свариваемой стали (рис. 1.16), тепловых условий сварки (рис. 1.17) и послесварочной термической обработки (рис. 1.18). [c.45] Величина разупрочнения 4рп = [(HV - HVp )/HV ] 100 этого участка сварного соединения усиливается с повышением прочностных свойств свариваемой стали, с увеличением тепловложения при сварке погонной энергии сварки, температуры подогрева и практически не зависит от режимов отпуска однако снижается и практически исчезает [23] при проведении нормализации с отпуском (явление рекристаллизации микроструктуры при нормализации). [c.45] С позиций оценки неоднородности длительных свойств целесообразно рассмотреть некоторые принципиальные особенности применительно к жаропрочным свойствам сварных соединений для условий ползучести. К таким особенностям можно отнести влияние разупрочненной (мягкой) прослойки металла ЗТВрп на длительную прочность и пластичность сварных соединений. [c.47] В области вязких (внутризеренных) разрушений участки с пологим наклоном к оси времени (рис. 1.22) - с уменьшением относительной толщины разупроченной прослойки ае длительная прочность сварных соединений при ползучести повышается, а пластичность снижается [23]. Это обусловлено усилением эффекта стеснения деформаций ползучести прослойки более прочным прилегающим металлом (эффект контактного упрочнения). [c.47] В условиях длительного нагружения при ползучести запас пластичности ЗТВрп оказывается недостаточным. С течением времени вследствие постепенного перехода от вязкого разрушения к хрупкому (межзеренно-му) полнота реализации эффекта контактного упрочнения прослойки все больше уменьшается и зависимости длительной прочности приобретают все больший наклон к оси абсцисс одновременно резко снижается пластичность разупрочненных (мягких) прослоек. [c.50] В процессе ползучести на развитие рассмотренных явлений все более интенсивно оказывает влияние неоднородность распределения нормальных напряжений в прослойке, максимальная величина которых может быть в 1,5 - 3 раза выше средних по сечению значений [23]. С повышением температуры эксплуатации и/или с увеличением длительности наработки усиливается процесс развития хрупкого разрушения сварных соединений при ползучести по разупрочненной прослойке металла 3TBp . [c.51] Вернуться к основной статье