Остаточные напряжения и образование холодных трещин

Остаточные напряжения и образование холодных трещин [c.664]

Процесс контактной стыковой сварки требует особых условий. Во избежание возникновения высоких временных внутренних напряжений при нагреве участок стыка до сварки должен сначала медленно нагреться до 700—900 °С в сварочной машине и лишь после этого быстро доведен до температуры сварки и осадки. После осадки и сварки изделие (инструмент небольших размеров) должно быть немедленно перенесено в печь для отжига, чтобы предотвратить закалку быстрорежущей стали и создание высоких местных остаточных напряжений с образованием холодных трещин. Температура печи должна соответствовать температуре отжига быстрорежущей стали, но быть не ниже Ас — 730 °С. При температуре отжига изделия выдерживают в течение 3 ч и медленно (30—40 °С/ч) охлаждают до 750 °С, выдерживают в течение 3—4 ч и охлаждают на воздухе. [c.237]

Внутренние напряжения могут приводить к короблению сварных стыков при сварке листовых заготовок для штамповки днищ, при сварке металлоконструкций каркасов и т. д. В сварных стыках трубопроводов остаточные напряжения могут вызывать образование холодных трещин. [c.197]

Методы специализированных механических (машинных) испытаний предполагают оценку сопротивления образованию холодных трещин при нагружении сварных образцов постоянными нагрузками, моделирующими остаточные напряжения в сварных конструкциях. Образцы для испытаний могут быть различными. Например, в методе МВТУ образец представляет собой сварной тавр небольших размеров (рис. 3.4). К вертикальной стенке тавра прикладывают нагрузку N, создающую напряжения растяжения в шве и околошовной зоне. Образец нагружают при температурах, соответствующих началу аустенитного превращения, и вьщерживают под нагрузкой в течение 20 ч и более после сварки. Серию образцов испытывают при различных нагрузках. Результаты испытаний представляют в виде графика зависимости времени до разрушения от разрушающего напряжения. Показателем, характеризующим сопротивление сварных соединений образованию холодных трещин, служит минимальное напряжение, при котором происходит разрушение образца или в нем появляются трещины. [c.49]

Алюминиевые сплавы с большим эффективным интервалом кристаллизации склонны к образованию горячих трещин. Металл шва склонен к образованию трещин в связи с грубой столбчатой структурой, выделением по фаницам зерен легкоплавких эвтектик, развитием значительных внутренних деформаций и напряжений из-за высокой литейной усадки. На сплавах повышенной прочности (например, легированных цинком и магнием) возможно появление холодных трещин, вызванных действием остаточных напряжений и выпадением интерметаллидов. [c.441]

Образование холодных трещин в титановых сплавах вызывается повышенным содержанием водорода в сочетании с высоким уровнем внутренних напряжений. Поэтому необходимо принимать меры по предотвращению наводораживания металла сварного соединения при сварке и эксплуатации и меры по снижению остаточных сварочных напряжений. [c.470]

Технологические методы испытаний (табл. 4.55) основаны на доведении металла зоны термического влияния или шва сварных образцов до образования холодных трещин под действием остаточных сварочных напряжений. После сварки образцы выдерживают при нормальной температуре в течение 20 ч. Испытывают 3-5 образцов одного типа. Образование холодных трещин выявляют путем периодического визуального осмотра сварного соединения, а на образцах, не разрушившихся при испытаниях и не имеющих визуально наблюдаемых трещин, их выявляют с помощью не-разрушающихся методов контроля и металлографического исследования. [c.197]

Обычно видны невооруженным глазом и бывают разной длины. Появляются через несколько часов или даже дней после прокатки и охлаждения, поэтому носят название холодных . Холодные трещины могут проникать и до центра заготовки. Причиной образования холодных трещин являются внутренние остаточные напряжения [c.221]

Холодные трещины чаще всего возникают в зоне термического влияния после полного затвердевания сварного шва в период завершения охлаждения или последующего вылеживания сварной конструкции. Холодные трещины образуются в сталях перлитного и мартенситного классов, если в процессе сварки происходит частичная или полная закалка металла в зоне термического влияния. Холодные трещины возникают под действием остаточных сварочных напряжений, которые постоянно действуют в сварной конструкции. На снижение сопротивляемости сталей образованию холодных трещин оказывает влияние водород, попадающий из электродных покрытий и флюсов в металл шва. [c.424]

Исследование влияния размеров пластины и диска на жесткость пробы показало, что с уменьшением отношения диаметра диска к ширине пластины жесткость увеличивается. При отношении этих величин, равном 0,2—0,3, остаточные напряжения в образце достигают предела текучести. Следует отметить, однако, что выводы об изменении жесткости пробы однозначно применимы лишь к области температур образования холодных трещин при испытании на горячие трещины увеличение жестко- [c.143]

Эти стали склонны к образованию холодных трещин в околошовной зоне, поэтому перед сваркой рекомендуются местный подогрев изделий до 200—300° С и последующая термическая обработка для снятия остаточных напряжений. [c.494]

Поскольку перераспределение напряжений и структурные превращения могут иметь место и после окончания сварки, в ряде случаев необходимы дополнительные меры, предотвращающие образование холодных трещин в не-термообработанных сварных соединениях. К ним могут относиться выдержка сварных соединений при температуре подогрева еще в течение нескольких часов для завершения превращений остаточного аустенита и эвакуации водорода, а также поддержание сварных соединений при повышенных температурах (150—200° С) вплоть до термической их обработки. Эти меры используются иногда при сварке толстостенных изделий из мартенситных 12%-ных хромистых сталей пли перлитных хромомолибденованадиевых сталей (б более 70 мм). [c.86]

Для предупреждения образования холодных трещин применяют следующие технологические приемы прокаливание флюсов и электродов перед сваркой предварительный подогрев свариваемых заготовок до 250...450 °С ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами наложение швов в правильной последовательности медленное охлаждение изделия после сварки проведение непосредственно после сварки смягчающего отжига для снятия остаточных сварочных напряжений. [c.57]

После завершения кристаллизации и последующего остывания металла шва выделение из него водорода не прекращается. Даже при комнатной температуре из перенасыщенного твердого раствора металла может довольно длительное время выделяться водород. Причем водород выделяется не только в атмосферу, но, как выше отмечалось, и в мельчайшие дефекты кристаллической решетки металла. Скопляясь в дефектных полостях металла под большим давлением, водород создает в нем дополнительные напряжения. Эти напряжения в сочетании со структурными и сварочными остаточными напряжениями способствуют образованию и развитию холодных трещин. [c.80]

Последовательность нанесения слоев при выполнении подварочного шва и заполнения разделки кромок показана на рис. 26. Принятая последовательность, обусловленная необходимостью предотвращения возможности образования холодных трещин в металле нижнего пояса главных балок, обеспечивает оптимальный термический цикл сварки и снижает временные и остаточные напряжения, действующие в направлении толщины листа. [c.73]

В частности, процесс разрушения сварных соединений из низколегированных сталей в околошовной зоне (образование холодных трещин) является весьма сложным явлением. В период возмущения, соответствующий введению в свариваемое изделие значительного количества тепла в околошовной зоне, протекают процессы перераспределения тепла, восходящей и реактивной диффузии, упругопластического деформирования, полиморфных превращений. Эти процессы по отношению к процессам вязкого течения, развивающимся в околошовной зоне под действием остаточных напряжений первого рода при комнатных температурах, являются сопряженными. Хотя они и стабилизируются к моменту возникновения холодных трещин, но [c.248]

Последующим подогревом предохраняют сварной шов от образования чрезмерно высоких остаточных напряжений при охлаждении в условиях низких температур, а следовательно, от возможного образования холодных трещин. Последующий подогрев назначается в случаях сварки на холоде некоторых низколегированных и легированных сталей. [c.327]

В случаях опасности образования холодных трещин или коррозионного растрескивания основным в конструктивных и технологических решениях является возможность осуществления такой последовательности сборочно-сварочных операций и использование таких методов сварки, которые обеспечивают минимальный уровень остаточных напряжений. При необходимости надо предусмотреть мероприятия по устранению остаточных напряжений. [c.150]

Поскольку на образование холодных трещин влияет водород, при сварке сталей рассматриваемого типа необходимо принимать особые меры предосторожности, направленные на предотвращение попадания в зону сварки источников водорода — влаги и окалины. Для этого следует тщательно сушить сварочные материалы и очищать перед сваркой кромки свариваемого изделия. Целесообразны также технологические мероприятия, позволяющие снизить уровень напряжений в сварном изделии, термообработка, чаще всего высокий отпуск, позволяющий одновременно привести к распаду мартенсита и снизить остаточные сварочные напряжения. 234 [c.234]

Полагают [591, что для обеспечения повышенной стойкости сварных соединений к образованию холодных трещин необходимо, чтобы в металле шва образовалась однородная структура низкоуглеродистого реечного мартенсита при минимальном содержании 6-феррита и остаточного аустенита. Причем температурный интервал мартенситного превращения металла шва (Л4 — Ai к) должен быть выше, чем у металла околошовного участка ЗТВ. Если это различие равно или более 100 °С, то мартенситное превращение начинается в наплавленном металле, сопровождаясь увеличением объема, возникновением сжимающих напряжений в шве и растягивающих напряжений в ЗТВ, которые будут активизировать начало мартенситного превраш,ения в ЗТВ, сдвигая его в область повышенных температур. В связи с тем, что процесс 7 - а-278 [c.278]

Двухфазные аустенитно-ферритные стали обладают высокой технологической прочностью. При содержании феррита свыше 20 % металл шва характеризуется повышенной сопротивляемостью образованию горячих трещин. Поскольку температура начала мартенситного превращения ниже 20 °С, в структуре металла шва и ЗТВ нет опасности образования закалочных структур. Кроме того, уровень остаточных напряжений оказывается ниже, чем у аустенитных хромоникелевых сталей, так как коэффициент теплопроводности аустенитно-ферритных сталей выше, а коэффициент термического расширения ниже, чем у аустенитных сталей. Поэтому сварные соединения аустенитно-ферритных сталей имеют высокую сопротивляемость образованию холодных трещин. [c.279]

Существенное влияние закреплений и близкого расположения швов на величину остаточных продольных и поперечных напряжений часто используется при разработке конструкций жестких проб, предназначенных для оценки склонности сплавов титана к образованию холодных трещин [2]. [c.21]

Метод испытаний МГТУ предполагает испытание сварных образцов путем нагружения постоянными нагрузками. Нагрузки моделируют остаточные напряжения в сварных конструкциях. Образец для испытаний представляет собой сварной тавр небольших размеров (рис. 6.4). К вертикальной стенке тавра прикладывают нагрузку М, создающую напряжения растяжения в шве и околошовной зоне. Образец нагружают при температурах начала аустенитного превращения и выдерживают под нагрузкой в течение 20 ч и более после сварки. Испытывают серию образцов при различных нагрузках. За показатель сопротивления сварных соединений образованию холодных трещин принимают минимальные напряжения, при которых происходит разрушение образцов. Количественный метод МГТУ позволяет оценить сопротивление образованию холодных трещин сварных соединений, выполненных на различных сплавах или различными присадочными материалами на одном сплаве. [c.91]

Одно из важнейщих явлений, осложняющих процесс формирования отливки,— это усадка металлов и сплавов при их охлаждении. На различных этапах процесса она проявляется по-разному и, как правило, приводит к образованию различных дефектов отливок. При затвердевании усадка — причина появления усадочной рыхлоты и пористости, а также образования горячих трещин. При охлаждении затвердевшей отливки усадка — причина возникновения остаточных напряжений, которые вызывают коробление отливок и, в ряде случаев, образование холодных трещин. [c.166]

При сварке высокопрочных сталей в околошовной зоне возможно образование холодных трещин. Поэтому до сварки рекомендуется их ау-стенитизация для получения высоких пластических свойств металла, а после сварки - упрочняющая термообработка. Подбор химического состава металла шва, получение в нем благоприятных структур за счет выбора режима сварки и термообработки, снижение уровня остаточных напряжений за счет уменьшения жесткости сварных соединений или термообработки - основные пути предотвращения охрупчивания сварных соединений и образования в них холодных трещин. Предварительный или сопутствующий подогрев до температуры 350. .. 450 °С служит этой же цели. [c.357]

По свариваемости рассматриваемые материалы можно разделить на две группы. Металлы первой группы (цирконий, гафний, ниобий и тантал) при соблюдении технологических условий сварки обладают хорошей свариваемостью. Сварка металлов второй фуппы (молибден, вольфрам) вызывает большие трудности ввиду их высокой чувствительности к примесям, охрупчивающим металл. Подогрев молибдена до температуры 200. .. 315 °С и снятие остаточных напряжений после сварки (при нагреве до 980 °С) снижает вероятность образования холодных трещин. [c.480]

Свариваемость сталей с увеличением содержания углерода ухудшается. Содержание углерода более 0,30% способствует склонностп сталей к перегреву и закалке, образованию холодных трещин в сварном соединении н пор в металле шва. Избежать образования трещин и пор при сварке этих сталей можно путем применеп1 я предварительного подогрева и последующего высокотемпературного отпуска, а также применением специальных электродов (с малым содержанием водорода). Предварительный подогрев способствует снижению закаливаемости стали, а последующий высокий отпуск улучшает структуру и свойства закаленных зон, а также уменьшает и выравнивает остаточные сварочные напряжения. [c.46]

Сталп, чувствительные к резкой закалке, имеющие в процессе сваркп структуру мартенсита и остаточного аустенита при повышенной концентрации водорода, прн действия внутренних напряжений весьма чувствптелыш к образованию холодных трещин. [c.49]

Сварка теплоустойчивых сталей. Теплоустойчивые стали типа 12МХ, 15ХМ, 20ХМ и т. д., используемые при изготовлении деталей паровых котлов, турбин и т. п., склонны к образованию холодных трещин в околошовной зоне поэтому перед сваркой рекомендуются местный подогрев изделий до 200—300° С и последующая термическая обработка для снятия остаточных напряжений. [c.672]

Холодные трещины в сталях при сварке возникают, если сталь в силу химического состава и термического воздействия при сварке претерпевает по.ттную пли частичную закалку. Имеются ориентировочные сведения, что минимальная доля. мартенсита в структуре перлитных сталей, при которой появляется вероят-нссть образования холодных трещин, составляет приблизительно 2Ъ—30%. Условия обра ования холодных трещин при сварке позволяют расс.матривать их как один из случаев замедленного разрушения закаленной стали под действием остаточных сварочных напряжений [31, 13, 43]. [c.209]

Условия образования холодных трещин при наплавке высокохромистых чугунов исследовали на примере типичного представителя этого класса — сплава сормайт 1 (ЗООХ25НЗСЗ). Наплавку выполняли порошковой лентой ПЛ-АН101 одиночными валиками с поперечными колебаниями на режимах, обеспечивающих формирование слоя не в общей ванне (см. рис. 13-21). Холодные трещины появляются при температурах ниже 300° С, преимущественно при 20—250° С, причем скорость охлаждения на температуру образования трещин практически не влияет. Это обусловлено близостью величины временных и остаточных напряжений в наплавленном слое к пределу прочности наплавки при температурах ниже 300° С (рис. 13-26). [c.743]

Холодные трещины в наплавленном металле образуются при сравнительно невысокой температуре (- 200°С). Они возникают тогда, когда металл, казалось бы, уже приобрел высокие прочностные свойства. Характерная черта появления холодных трещин — замедленное их развитие в течение нескольких часов и даже суток. Затем при достижении определенной величины трещины развиваются мгновенно, взрывоподобно с характерным звуковым эффектом. Холодные трещины возникают как по границам зерен, так и по телу зерна. Образованию холодных трещин способствуют повышенное содержание углерода, водорода и некоторых других элементов в наплавленном металле. Для образования трещин необходимо наличие каких-либо сил, способных вызвать деформацию. Такими силами служат остаточные сварочные напряжения, возникающие вследствие термических циклов наплавки. Однако только этого недостаточно для появления холодных трещин. Необходима еще предрасположенность металла к их образованию. [c.44]

Холодные трещины возникают, если при данном химическом составе и термическом воздействии сварки сталь претерпевает полную или частичную закалку. Холодные трещины возникают непосредственно после сварки в течение нескольких суток при вылеживании. По прошествии указанного периода сталь восстанавливает свои свойства и холодные трещины перестают образовываться. Холодные трещины являются одним из случаев замедленного разрушения закаленной стали под действием остаточных растягивающих напряжений. При отсутствии растягивающих напряжений холодные трещины не возникают. Склонность сталей и сплавов к образованию холодных трещин оценивают по специальным методикам и пробам [8]. Хогя холодные трещины чаще возникают спустя некоторое время после сварки, их следует относить к разрушениям, возникающим в период изготовления, так как основа процесса разрушения закладывается во время сварки. [c.62]

Холодные трещины являются одним из видов локального разрушения сварных соединений. При образовании холодных трещин определяющими являются три фактора закалочные структуры, повышенный уровень напряжений первого рода и насыщенность металла водородом [42]. Установлено, что процесс образования холодных трещин включает три стадии подготовительную, инкубационную и спонтанного разрушения. Первые две стадии характеризуют процесс зарождения, а третья — процесс распространения трещин. По данным В. Ф. Мусияченко, холодные трещины зарождаются по границам действительного зерна аустенита в результате высокотемпературной пластической деформации, при которой увеличивается плотность подвижных дислокаций и возрастает упругая энергия искажений структуры. Последующее возникновение субмикротрещин является результатом проскальзывания по границам зерен и диффузии вакансий к границам. Водород и сера, снижающие поверхностную энергию границ зерен, способствуют росту полостей и субмикротрещин. ГОСТ 26388—84 предусматривает применение машинных либо технологических методов выбора рациональных режимов сварки углеродистых и легированных сталей — основного металла в ЗТВ и металла шва. Машинный метод основан на доведении металла сварного соединения до образования холодных трещин при внешней постоянно действующей нагрузке после сварки в процессе охлаждения в интервале 150—100 °С. При технологических методах испытания определяют условия образования холодных трещин под действием остаточных сварочных напряжений. Приложение нагрузки к образцам при машинных. методах осуществляют растяжением либо изгибом со скоростью 5—10 МПа/с, причем под нагрузкой образцы выдерживают в течение 20 ч. Испытанию подвергают 30 образцов одного типа при различных нагрузках и устанавливают минимальное значение нагрузки, при которой 126 [c.126]

Образование закаленных участков в сочетании о наводоро-живанием при сварке и высоким уровнем остаточных сварочных напряжений может привести к образованию холодных трещин при СБзрке сталей такого типа. Поскольку увеличение погонной энергии может явиться причиной снижения сопротивления сварных соединений хрупкому разрушению, общепринятая технология основана на применении сварки с ограничением погонной энергии. При толщине свариваемого проката более 50 мм эффективно применение автоматической сварки под флюсом либо в защитном газе в узкий зазор. Повышение производительности сварочного процесса при удовлетворении предъявляемым требованиям по механическим и служебным свойствам достигается использованием технологии, основанной на регулировании термических циклов как при автоматической сварке под флюсом (прн толщине проката до 30 мм), так и при электрошлаковой сварке (при толщине проката более 30 мм) [73]. [c.195]

При быстром охлаждении (а + Р)-сплавов возможно образование хрупких метастабильных фаз типа мартенситных, снижающих пластические свойства соединений и способствующих образованию холодных трещин. Хрупкие промежуточные фазы могут появиться и при медленном охлаждении метастабильных (неустойчивых) Р-сплавов. Поэтому главный критерий выбора режимов сварки сплавов титана — скорость охлаждения при температуре полиморфного превращения. Сварку а-сплавов следует проводить при минимальных погонных энергиях из соображений ограничения роста зерна (а + Р)-сплавы, где велика опасность образования хрупких промежуточных и мартенситоподобных фаз и интерметаллидных соединений, целесообразно сваривать на мягких режимах с малыми скоростями охлаждения Р-сплавы со стабильной или метаста-бильной структурой следует сваривать со скоростями охлаждения, близкими к закалочным. В процессе охлаждения после сварки или вылеживания сварных конструкций с неустойчивыми структурами может проходить старение с дополнительным образованием хрупких упрочняющих фаз. В результате пластические свойства соединений снижаются. Для стабилизации механических свойств и снятия остаточных напряжений сварные соединения а-сплавов подвергают отжигу при температуре 500...600°С, вьщержке 0,5... 1 ч. Упрочняющая термообработка (а + Р)- и Р-метастабильных сплавов (ВТ6, ВТ14, ВТ22) состоит в закалке с температурой 880...950 °С и старении при температуре 475... 500 °С в течение 8... 22 ч. Термообработку проводят в вакууме, в камерах с контролируемой атмосферой или герметичных оболочках. [c.334]

Чтобы предупредить образование холодных трещин, следует швы располагать вдали от конструктивных концентраторов напряжений, а также применять сварочную оснастку и технологию, обеспечивающую требуемые размеры конструкции без силовой обработки их после сварки. Для высоколегированных сплавов системы А1—2п— M.g опасность представляет один из видов холодных трещин, так называемое задержанное разрушение, которое аблюдается в сварных соединениях после нескольких месяцев и даже лет эксплуатации. Предполагают, что оно происходит в результате структурных превращений, которые изменяют прочностные и пластические свойства на границах зерен, способствуют концентрации по ним рабочих и остаточных напряжений. Под их действием разрушается межатомная связь между зернами а-твердого раствора и расположенными по границам зерен выделениями избыточных фаз. Хотя механизм задержанного разрушения в сварных соединениях окончательно не установлен, обнаруженные в процессе его изучения закономерности позволил создать сплав 1915, сварные соединения которого практически не склонны к задержанным разрушениям. Это достигнуто за счет снижения максимального суммарного содержания цинка и магния до 5,7%. Дальнейшие изыскания эффективной стабилизации структурного состояния А1—2п—Мд-спла-вов позволят использовать в сварных конструкциях и другие более высоколегированные сплавы этой системы. [c.86]

Поскольку перераспределение напряжений и структурные превращения могут происходить и после окончания сварки, в некоторых случаях необходимы дополнительные меры, предотвращающие образование холодных трещин в сварных соединениях. К ним, например, относится выдержка сварных соединений после окончания сварки при 150—200 °С в течение несколькиих часов для завершения превращения остаточного аустенита и эвакуации водорода. [c.227]

Из-за опасности образования холодных трещин и просто хрупкого разрущения вследствие резкого снижения ударной вязкости околощовного металла сварные соединения мартенситио-ферритных сталей должны быть подвергнуты термическому отпуску для смягчения структур закалки и снятия остаточных напряжений. Режим термической обработки приведен в табл. 14.4. [c.252]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...