Прочность сварных соединений при высоких температурах

ГЛАВА 6 ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ [c.174]

При анализе факторов, определяющих работоспособность сварного соединения при высоких температурах, необходимо прежде всего рассмотреть условия образования последнего. Это рассмотрение особенно важно потому, что обусловленное сваркой изменение структуры и свойств отдельных зон сварного соединения, во время эксплуатации при высоких температурах сказывается значительно сильнее, чем при комнатной температуре. Вследствие нестабильности структурного состояния различных зон сварного соединения интенсивность развития в них диффузионных процессов, определяющая степень разупрочнения при высоких температурах будет выше по сравнению с основным металлом, что приводит в зависимости от уровня температуры и длительности нагружения, к повышению или снижению прочности. Следует также отметить, что в высокотемпературных установках используются преимущественно легированные стали, обладающие повышенной реакцией на термический цикл сварки и поэтому в наибольшей степени изменяющие свои свойства. [c.34]

При сварке малоуглеродистых и низколегированных термически неупрочняемых сталей степень неоднородности сварного соединения минимальна. Наблюдаемое в исходном после сварки состоянии повышение твердости в околошовной зоне и шве близкого легирования к основному металлу, как правило, снижается последующим отпуском. Опыт эксплуатации таких соединений при высоких температурах показал отсутствие заметного влияния неоднородности на работоспособность конструкции. В то же время в отдельных случаях и для таких соединений наблюдается резкое снижение прочности конструкции, например, при развитии в условиях эксплуатации процесса графитизации на участке неполной перекристаллизации. [c.56]

В атмосфере инертных газов и вакууме пайку ведут без флюсов. Пайкой медными припоями достигается высокая прочность сварных соединений при комнатной и высоких температурах (табл. 239). [c.744]

Образование горячих трещин в сварных швах связано с характером процесса его кристаллизации, видом кристаллической структуры (крупнозернистая столбчатая, имеющая направленно встречный вид, или мелкозернистая дезориентированная), степенью развития внутрикристаллической ликвации и скоростью возникновения и роста напряжений в сварном соединении. Как указывалось, сварное соединение находится под воздействием растягивающих напряжений, возникающих и возрастающих вследствие несвободной усадки шва и охлаждаемых участков неравномерно нагретого основного металла. В связи с этим металл шва после кристаллизации в процессе охлаждения подвергается пластической деформации. От запаса пластичности и прочности металла шва при высоких температурах (несколько выше или ниже температуры конца затвердевания) зависит склонность его к образованию горячих трещин. [c.75]

На основе результатов этих исследований для использования в промышленности были рекомендованы два хорошо сваривающихся сплава АТЗ и АТ4, в которых верхний предел содержания -стабилизирующих элементов (Сг, Fe) и Si лишь немного выше максимальной растворимости их в а-фазе (1,3—1,6%). Сплав АТЗ обладает рядом преимуществ в сравнении с промышленным сплавом 0Т4. Сварные соединения его более пластичны несмотря на несколько повышенную прочность. Сплав АТ4 еще прочнее, но по пластическим свойствам сварных соединений близок к сплаву 0Т4. По свойствам при высоких температурах сплавы АТЗ и АТ4 пока не имеют себе равных среди а- и a-f- -сплавов мартенситного класса. Прочность сварных соединений сохраняется высокой вплоть до -ЮО—550° (рис. 173) и не ниже, чем у основного металла. [c.288]

Аустенитные стали хорошо свариваются контактной сваркой. Сварку ведут на пониженных плотностях тока. Эти стали имеют высокое удельное электросопротивление и низкую теплопроводность, что обусловливает выделение большого количества теплоты при сварке и ограниченный его отвод из зоны сварного соединения. При этом применяют повышенное давление, поскольку аустенитные стали имеют значительную прочность при высоких температурах. [c.233]

Как правило, относительное удлинение незначительно снижается в интервале 298—66 К, а затем при дальнейшем снижении температуры от 77 до 4 К резко падает у всех сплавов, кроме сплава Ti—5А1—2,5Sn. Значения относительного удлинения сплава Ti—5А1—2,5Sn остаются постоянными в интервале 77—4 К. Характер изменения меха-нических свойств сварных соединений аналогичен основному материалу. Высокие значения коэффициента прочности сварных соединений (92—100 %) при всех температурах испытания являются следствием испытаний всех сплавов в отожженном состоянии. [c.272]

Стали этого типа получили широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве нержавеющего, коррозионностойкого и окалиностойкого материала. Сочетая умеренную прочность, высокую пластичность, немагнитность, повышенные механические свойства при высоких температурах, имея хорошую свариваемость, высокие прочность и пластичность в сварных соединениях, они в ряде отраслей промышленности являются основным, весьма ценным конструкционным материалом, [c.22]

Для повышения прочности сталей при высоких температурах и для улучшения жаростойкости стали легируют. Для придания жаропрочности в состав металла труб вводят молибден в количестве 0,2—0,6 %. Он сравнительно дорог и дефицитен, растворяется в железе и образует включения карбидов последние относительно нестойки. В процессе длительной эксплуатации при высокой температуре они распадаются и в структуре стали появляются включения графита. Процесс графитизации молибденовой стали протекает быстрее в наклепанном металле. Так, в околошовной зоне сварных соединений могут образовываться чешуйки графита, приводящие к хрупкому разрушению. Процесс графитизации наблюдается при температуре выше 475 С. Вследствие склонности стали 15М к графитизации ее перестали применять. [c.161]

При разработке технологии сварки жаропрочных материалов особую трудность представляет, как правило, выбор сварочных материалов (электродов и сварочных проволок), обеспечивающих необходимые свойства металла шва. Для работы при высоких температурах металл шва, кроме необходимого уровня механических свойств и технологической прочности, должен обеспечивать также достаточную стабильность структуры и свойств при заданных температурах, обладать необходимым сопротивлением ползучести и жаростойкостью, а также рядом других свойств в соответствии с условиями работы данного узла. При этом критерии оценки пригодности того или иного типа сварочных материалов будут существенно зависеть от назначения данного узла конструкции. Так, например, для сварных конструкций камер сгорания газовых турбин пригодность тех или иных электродов будет определяться прежде всего жаростойкостью металла шва. Ряд сварных узлов турбин (рабочие лопатки, роторы и другие) могут работать под воздействием динамических знакопеременных напряжений. Поэтому для данных сварных соединений должна быть проверена их усталостная прочность. [c.21]

По данным ряда исследований [20], [21 ], надежность работы при высоких температурах сварных соединений разнородных сталей (аустенитной с перлитной или хромистой) наиболее полно выявляется в условиях их испытания на длительную прочность при циклических изменениях температуры. Указанные испытания являются необходимыми в первую очередь для оценки работоспособности узлов транспортных установок, имеющих большое число пусков. [c.23]

Для сварных соединений углеродистых, хромомолибденовых и аустенит-ных сталей первой группы (глава И, п. 4), работающих при высоких температурах, нормами расчета элементов котлов на прочность [51 ] предусмотрено введение поправочного коэффициента ф, равного [c.58]

Для сварных соединений разнородных сталей, обладающих развитой неоднородностью в условиях эксплуатации при высоких температурах, также наблюдается переход места разрушения в зону сплавления. С развитием в ней диффузионных прослоек этот переход наблюдается при меньшей длительности испытания и сопровождается большим снижением прочности. Его закономерности рассмотрены в гл. IX. [c.62]

Как показано в п. 7, сварные соединения Сг-Мо-У термически упрочняемых сталей с развитой механической неоднородностью свойств отдельных участков склонны при высоких температурах к хрупким разрушениям. Проведение отпуска не устраняет полностью этой опасности, так как не восстанавливает прочности мягкой прослойки. Для указанных соединений исключение опасности хрупких разрушений в мягкой прослойке достигается лишь при переходе к высокотемпературной термической обработке — нормализации с последующим отпуском. При этом, однако, возникает серьезная проблема обеспечения жаропрочности металла сварного шва, так как существующие типы швов (Э-ХМФ) заметно снижают ее в результате проведения высокотемпературной обработки. Указанная проблема может быть частично решена за счет перехода к швам с повышенным содержанием углерода (0,15—0,20%) или с дополнительным их легированием такими элементами, как Мо, V или N5. [c.90]

Основной характеристикой жаропрочности сварных соединений является их длительная прочность. Ее определение позволяет установить коэффициенты запаса прочности сварных соединений, необходимые для расчета конструкций, работающих при высоких температурах. [c.109]

Развитие преждевременных разрушений сварных конструкций при высоких и комнатных температурах наиболее вероятно при наличии конструктивных и технологических концентраторов напряжений. Для оценки влияния последних может быть рекомендовано испытание на длительную прочность образцов с кольцевым надрезом (рис. 68, а), сделанным при изготовлении образцов. Такие испытания наиболее целесообразно проводить на металле шва, так как осуществить требуемое расположение надреза в различных зонах сварного соединения затруднительно. [c.114]

Одной из основных характеристик материалов, определяющих их жаропрочность, является стабильность их структуры и свойств при высоких температурах. Для определения характера идущих при высоких температурах структурных превращений используются методы металлографического исследования с помощью оптического и электронного микроскопов, фазового и рентгеноструктурного анализа, а также вакуумной металлографии. Задачей этого комплекса исследований является установление механизма структурных превращений и характера образующихся фаз, кинетики их развития, а также температурного интервала, в котором идут эти процессы. С этой целью образцы подвергаются выдержкам не только при рабочей, но и при других температурах, причем, как и при испытаниях на длительную прочность, максимальная длительность старения образцов должна быть не менее чем на порядок меньше ресурса работы изделия. При более высоких температурах, чем рабочая, максимальная длительность выдержки может быть соответственно уменьшена. Так, для оценки процессов старения сварных соединений, предназначенных для работы в течение 10 ч при 600° С максимальная выдержка образцов при этой температуре не должна быть менее 10 ч при 650° С не менее 3-10 ч, а при 700° С не менее 500 ч. Соответственно должны меняться и промежуточные выдержки. Для рассматриваемого случая желательно их принимать следующими при 600° С — [c.119]

В сварных соединениях жаропрочных 12-процентных хромистых, как и в соединениях теплоустойчивых перлитных сталей, неизбежно появление разупрочненного участка в межкритическом интервале зоны термического влияния. При использовании стали, обработанной на относительно высокую прочность в интервале температур отпуска 660—700° С, степень разупрочнения сварного соединения значительна, что приводит в условиях работы при высоких температурах к снижению уровня длительной прочности и появлению малопластичных разрушений. Поэтому и с точки зрения обеспечения работоспособности сварных соединений желательно использование для них сталей, обработанных на умеренный уровень прочности. Степень разупрочнения сварного соединения оказывается при этом относительно небольшой и в условиях испытания таких сварных соединений на длительную прочность полученные характеристики близки к соответствующим показателям для основного металла. [c.199]

Прочность сварных образцов во всех случаях ниже прочности стали в том же состоянии термической обработки. Для образцов высокой исходной прочности без дополнительного отпуска эта разница составляет 5—7 кгс/мм с повышением температуры отпуска происходит постепенно снижение прочности сварного соединения от Од = 88,3 кгс/мм для исходного состояния до о = = 73,5 кгс/мм после отпуска при 730° С. [c.206]

При переходе к другим видам нагружения, отличным от растяжения, длительная прочность комбинированных сварных соединений и вероятность хрупких разрушений в зоне сплавления зависят при прочих равных условиях в первую очередь от доли нормальных напряжений, направленных поперек шва. Чем они больше, тем более вероятны при высоких температурах хрупкие разрушения в зоне сплавления со снижением уровня прочности. [c.258]

Работоспособность сварных конструкций роторов обычно оценивается испытаниями на длительную прочность при высоких температурах образцов соединений и основного металла, а также модельными испытаниями на разгон роторов в специальных испытательных установках. Имеющиеся сведения по сопротивлению усталости сварных соединений турбинных роторов весьма ограничены [c.179]

Исходя ИЗ приведенных выше результатов испытаний был сделан вывод, что сталь НТ-80 и ее сварные соединения при указан-ных условиях сварки имеют достаточно высокую прочность при эксплуатации в сосудах высокого давления. На этом основании авторами были сделаны практические рекомендации, которые реализованы в Японии, где было построено свыше 100 сосудов высокого давления из стали НТ-80. Сосуды удовлетворительно работают в различных эксплуатационных условиях, включая низкие температуры (ниже —30°) и переменные давления. На рис. 131 показан один из таких сосудов, построенный в Японии для хранения газа (внутренний диаметр 36 м, давление газа 8,5 кгс/см , толщина стенки 35 мм, число поддерживающих опор — 14). Расчетное номинальное напряжение (без учета концентрации) в данном сосуде составляет значительную величину [c.210]

Механические свойства этой стали при высоких температурах и прочность сварных соединений, изготовленных аргоно-дуговой сваркой, приведены на рис. 263. [c.447]

Устранение повреждаемости границ зерен околошовной зоны, а также снижение прочности тела зерна могут достигаться выбором рационального режима термической обработки сварных соединений. Для высокожароирочных аустенитных сталей и сплавов заметное повышение надежности их сварных соединений при высоких температурах обеспечивается при переходе к более совершенной металлургической технологии выплавки стали или сплава. Одним из возможных путей повышения надежности при высоких температурах сварных соединений этих материалов является также переход к использованию методов сварки плавлением с минимальным тепловложением, а также к сварке методами давления [57]. Работы в этом напрлвлении находятся, однако, еще в начальной стадии, поэтому уверенного ответа о целесообразности использования тех или иных методов сварки получить пока нельзя. [c.78]

Аварийные последствия локальных разрушений сварных стыков аустенитных паропроводов и узлов из хромомолибденованадиевых сталей при эксплуатации энергетических установок, а также появление трещин в околошовной зоне при термической обработке сварных конструкций из конструкционных и теплоустойчивых сталей, жаропрочных аустенитных сталей и высоконикелевых сплавов вызвали необходимость в проведении больщого комплекса исследований. Они выполнялись в направлениях определения механизма явления, разработки методов испытания и принятия мер по исключению опасности этого вида разрушений. Современные представления о механизме локальных разрушений при эксплуатации и термической обработке изложены в пп. 8 и 12. В данном параграфе приведено описание методов лабораторной оценки склонности сварных соединений к рассматриваемым разрушениям. Виды испытаний конструктивной прочности сварных узлов при высоких температурах изложены в п. 16. [c.125]

С.ва[10чные материалы. При разработке покрытых электродов, сварочной проволоки и флюсов для сварки теплоустойчивых сталей стремятся, как правило, приблизить химический состав металла шва к основному металлу, так как в условиях длительной работы сварных соединений при высоких температурах существует опасность развития диффузионных процессов. Диффузионные процессы и, особенно, миграция углерода в зоне сплавления влекут за собой понижение длительной прочности и пластичности сварных соединений. Это явление наблюдается уже при небольшом отличии в легировании металла шва карбидообразующими элементами (например, сталь 12Х1МФ — шов 08Х2МФБ). [c.87]

Для пайки нержавеющих сталей типа 18-8 с Ti рекомендуют припой ВПр1, содержащий 27—30% Ni 1,5—2,0 Si 0,10—0,3% В g l,5% Fe, остальное медь, с температурой плавления 1080—1120 С [6]. Пайку соединений проводят при 1150— 1200° С в любых условиях нагрева (пламенем ацетилено-кислородиой и плазменной горелки, т. в. ч., в печах и соляных ваннах) с применением флюсов 200, 201 или плавленой буры. В атмосфере инертных газов и вакууме флюсы при пайке не применяют. Этот припой обеспечивает высокую прочность сварным соединениям при комнатной и высоких температурах. [c.230]

Различные методы снятия остаточных напряжений по-разному влияют на прочность сварного соединения. Наиболее эффективный из них — высокий отпуск в течение одного часа при температуре 650°С [101]. Предварительный подогрев с варьированием температуры от 100 до 300°С не дает эффекта улучшения, как и последующий нагрев и выдержка в течение одного часа при 250°С. При местном нагреве сварных соединений до 650°С Р. Кеннеди [101] получил худщие результаты по сравнению с теми, что были найдены для соединений, не подвергавшихся этой операции. [c.74]

Механические свойства сварных соединений исследованных нержавеющих сталей, выполненных дуговой сваркой вольфрамовым электродом в инертной среде и сваркой плавящимся электродом, достаточно высокие. Установлено, что пределы текучести и прочности и прочность надрезанного образца у сварных соединений значительно возрастают при снижении температуры аналогично соответствующим свойствам основного материала. Исключение из этой закономерности представляют собой сварные соединения стали Pyromet 538, выполненные сваркой плавящимся электродом, состав которого отличается от основного материала на этих образцах не обнаружено существенной разницы в прочности в интервале от 77 до 4 К. Коэффициент прочности сварного соединения (т. е. отношение пре- [c.246]

В целом высокопрочные аустенитные нержавеющие стали обладают очень высокой стойкостью в морских атмосферах. Высокая прочность этих сплавов достигается путем холодной деформации, после чего обычно следует термообработка, частично восстанавливающая пластичность. После холодной деформации и термообработки аустенитные нержавеющие стали обладают очень хорошей стойкостью в агрессивных морских атмосферах. Однако в местах сварных соединений стойкость теряется. Наблюдается также коррозия этих сталей при высоких температурах, в частности при испытаниях в кипящем 42%-ном растворе Mg l2, а также в горячей морской воде [12]. О коррозии при комнатных температурах сообщалось очень редко. После термообработки на твердый раствор аустенитные нерл<авеющие стали не подверл<ены кор- [c.66]

Сварку производят из стали в состоянии поставки, т. е. после закалки ее на )-твердый раствор с 1040—1060° С, когда она сочетает высокую пластичность с умеренной прочностью. Сварные соединения в этом состоянии обладают умеренной прочностью (Од = 65 кПмм ) и высокой пластичностью (S = 35%). Высокие прочностные свойства ((Та 100 кПмм ) как сама сталь, так и сварные соединения из нее приобретают после сложной термической обработки, состоящей из одинарного, или двойного старения при различных температурах с учетом необходимости стабилизации размеров (табл. 30). [c.173]

Как показано рядом работ [18 ], [19 ], испытания при высокой температуре с постоянной скоростью деформации наиболее полно выявляют длительную пластичность материала, являющ,уюся одной из основных характеристик его склонности к хрупким разрушениям. Поэтому в качестве критерия для оценки чувствительности сварных соединений трубопроводов к хрупким разрушениям используется не прочность сварного соединения, а его предельная деформационная способность, выражаюш,аяся в величине относительного удлинения образца до разрушения. [c.23]

При сварке взрывом средняя температура в зоне соединения увеличивается не более чем на несколько десятков градусов. Но в вершинах волн при большой скорости их образования локальные микроучастки могут нагреваться до температуры плавления свариваемого металла. В результате образуются участки с измененными механическими свойствами, что ухудшает качество сварного соединения. В соединении с безволновой границей (область 2) оплавлений металла не происходит, прочность такого соединения наиболее высокая. [c.271]

Испытания сталей, применяемых в аустенитных паропроводах, показали, что при склонности их сварных соединений к локальным разрушениям при высоких температурах (в данном случае при 600° С) происходит заметное снижение как прочностных, так и особенно пластических свойств (примерно в два-три раза). Проведение последующей аустенитизации уменьшает эту разницу, однако и в этом случае прочность и особенно пластичность уступают основному металлу. При малой чувствительности к рассматриваемым разрушениям (сталь Х16Н9М2) воздействие термического цикла лишь в незначительной степени снижает свойства основного металла. [c.131]

Для длительно работающих стационарных установок более надежным является использование заготовок для сварки, обработанных на умеренный уровень прочности с последующим высоким отпуском изделия при температурах не ниже 720° С. Хотя при этом абсолютный уровень длительной прочности в пределах обычной продолжительности испытаний до 10 тыс. ч будет ниже по сравнению с образцами низкоотпущенного состояния, но разрушение даже при времени 8—10 тыс. ч остается пластичным, а свойства сварного соединения близки к самой стали. Этот принцип был успешно использован при сварке корпусных узлов из стали 18X11МФБ в кованом и литом исполнениях при толщине элементов до 100 мм для мощных турбин К-300-240 и К-800-240 ЛМЗ им. XXII съезда КПСС [34]. Длительная прочность сварных соединений в данном случае (рис. 112, в) близка к прочности самой етали, а пластичность при большой длительности испытаний [c.207]

Высокое содержание молибдена улучшает качество сварных соединений, уменьшая образование горячих трещин при сварке в металле шва и сообщая ему повышенную прочность при высоких температурах. Механические свойства сплавов типа хастелой при комнатной температуре приведены в табл. 201, 202. [c.617]

Хастелой F. Применяется в виде литья и проката для изготовления химической аппаратуры, стойкой в щелочных растворах, в растворах сернистой кислоты и сернистом газе и др. (см. раздел коррозии). Сплав по свойствам близок к легированным аусте-нитным сталям на базе Y-твердого раствора. Он имеет повышенную прочность при высоких температурах, сохраняя достаточную пластичность при кратковременных испытаниях и низкие значения ее при длительных испытаниях. Хастелой F хорошо сваривается с применением присадочной проволоки того же состава. Сварные соединения имеют такую же прочность, что и основной металл, и высокую пластичность. [c.620]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...