Файл: Талыпов Г.Б. Сварочные деформации и напряжения.pdf

основной металл. Эта работа не может дать ответа на вопрос — на каком расстоянии от оси шва основной металл после сварки приобрел наибольшее упрочнение и претерпел наибольшую по­ терю пластичности и каковы численные значения этих характе­ ристик. Испытание пластины как целого непоказательно для оценки упрочнения и потери, пластичности металла околошовной зоны потому, что будет иметь место неравномерное распределение внутренних усилий по по­ перечному сечению плас-

0

0,04 0,08 ОД

Рис. 8

грамма для пластины в целом не будет иметь смысла, когда ее ординаты подсчитаны для однородного материала. По данным тех же авторов, пластины шириной 125, 300, 1000 мм имели соответственно остаточные относительные удлинения при разрыве 17, 27 и 36% при 38% удлинения основного металла. Оши­ бочность этого вывода очевидна. Зона термического влияния с фиксированной пониженной пластичностью не может увели­ чивать свою способность деформироваться при осевом растя­ жении вместе с увеличением ширины пластины за счет основ­ ного металла вне зоны термического влияния.

В работе [40] применен микромеханический метод к определе­ нию механических характеристик металла околошовной зоны пу­ тем испытания образцов, вырезанных на различных расстояниях от шва без предварительного изучения структуры металла этой зоны. Результаты этой работы приведены на рис. 9. Следует отме­ тить, что авторы в результате своей работы приходят к следующему заключению: «Постепенное увеличение прочности с удалением от шва сопровождается также увеличением пластичности. . . Таким

..образом, участок, прилегающий к шву, обладает пониженными

прочностью и пластичностью по сравнению с участком максималь­ ной прочности». К такому выводу можно прийти в том случае, если механические характеристики металла околошовной зоны изу­ чать в отрыве от его структуры. Действительно, разрыв в струк­ туре на границе между наплавленным металлом и крупнозерни­ стой зоной основного металла обусловливает разрыв в значениях механических характеристик металла на этой границе. Вместе с удалением от этой границы прочность и пластичность не могут изменяться в одном направлении. Повышение прочности будет сопровождаться понижением пластичности, и наоборот. Кроме того, вырезанные на различных расстояниях от шва образцы не могли иметь однородную структуру в поперечных сечениях, и этим должен объясняться значительный разброс в опытных значе­ ниях а„ и 1|з (рис. 9). Отсюда следует, что правильная количе­ ственная оценка механических свойств металла околошовной зоны может быть получена лишь на основе предварительного изучения его структуры.

В работе [116] изложена методика исследования механических свойств металла зоны шва и приведены результаты исследования для сталей типа СХЛ и 20Г при ручной сварке. Эта методика бази­ руется на предварительном изучении природы неоднородности металла зоны шва и использует тот факт, что каждая из зон терми­ ческого влияния имеет достаточные размеры для вырезки образцов, в пределах рабочей части которых с 'известным основанием металл можно считать однородным. Ниже приводятся результаты иссле­ дования механических свойств металла зоны шва автосварки, а также зоны плоского крестового шва для случая, когда основной металл — сталь типа СХЛ.

Механические свойства металла зоны стыкового шва автоматической сварки

В зонах крупнозернистой и мелкозернистой структуры СТЫКО' вого шва автоматической сварки также, как и в зонах исходной структуры и наплавленного металла, существуют конечные уча­ стки с однородными в среднем структурами. Резкой является лишь граница между наплавленным металлом и крупнозернистой зоной, а границы между остальными зонами не резкие, несколько раз­ мытые. Для исследования механических характеристик материала в различных зонах термического влияния из каждой зоны были вырезаны цилиндрические образцы на разрыв, имеющие рабочую длину / = 32 мм и диаметр рабочей части d — 1,5 мм. С этой целью на каждом из выбранных образцов микроанализа (п. 24), имеющих миллиметровые сетки на плоскости шлифа, были сделаны разметки мест вырезки образцов из каждой зоны термического влияния. Разметка этих мест делалась так, чтобы ось образца проходила посередине взятой зоны, перпендикулярно к плоскости шлифа.

В табл. 5 приведены номера образцов, где первые цифры указывают зону, из которой вырезан образец. Там же даны началь­ ные геометрические параметры.

Опытная проверка показала, что при взятых размерах образ­ цов масштабный фактор не оказывает влияния на результаты опы­

в чистом виде. Поэтому из каждой зоны было вырезано по пять образцов указанных выше размеров, и каждый из них был испытан на растяжение до разрыва. Во избежание загромождения здесь не приводятся условные диаграммы их растяжения и данные испы­ тания на растяжение всех пяти образцов, а лишь данные для трехчетырех из них. Сводные данные механических характеристик, полученных испытанием на растяжение, приведены в табл. 5, где Ps и Рд значения растягивающей силы на пределе текучести и при временном сопротивлении. Принадлежность каждого из 16 образ­ цов к той или иной из зон термического влияния повторно прове-

рялась микроанализом путем приготовления микрошлифа по се­ чению разрыва. Данные этой проверки указаны в первой графе табл. 5 в скобках. По данным этой же таблицы построены кривые изменения o"s, я|) в %, а также ав, бв в % по зонам, приведенные соответственно на рис. 10, 11. Эти кривые показывают, что в зоне термического влияния имеет место резкое уменьшение пластич­ ности основного металла и его сильное упрочнение. Условный предел текучести os (рис. 10) в этой зоне по отношению к условному пределу текучести исходного металла повышается на 32%. Харак­ теристика пластичности -ф (рис. 10) в этой зоне по отношению к г|з

исходного металла понижается на 17—18%. Временное сопро­ тивление (рис. 11) в этой зоне термического влияния по отношению к ае исходного металла повышается на 24—25%. Относительное остаточное удлинение б (рис. 11) в той же зоне по отношению к б исходного металла при взятом соотношении между / и d пони­ жается на 14—15%. Твердость и микротвердость в зоне терми­ ческого влияния изменяются примерно по тому же закону, по какому в этой зоне изменяются os, ое. Если следовать предложе­ ниям Н. Н. Давиденкова, то использование измерений твердости и микротвердости металла в отдельных зонах термического влия­ ния может дать возможность косвенного определения его основ­ ных механических характеристик и даже диаграммы истинных напряжений в этих зонах. На рис. 12 приведена кривая изменения микротвердости по зонам, замеренной в точках указанной на этом рисунке линии плоскости шлифа образца С9 (табл. 4). Микротвер­ дость в зоне термического влияния в этом случае по отношению к микротвердости исходного материала повышается на 22%. Твердость и микротвердость в точках линий, параллельных гра­ ницам зон, в пределах каждой отдельной зоны по толщине листа вплоть до его поверхности остаются практически постоянными. Для иллюстрации на рис. 13 приведены графики изменения микротвердости по таким промежуточным линиям крупнозерни­ стой зоны // (кривая 1) и мелкозернистой зоны /// (кривая 2),

где значения а и b микротвердости получены замерами в тех же зонах на поверхности листа.

Отметим, что сравнение результатов исследования механи­ ческих свойств основного металла зоны шва ручной [116] и авто­ матической сварки (п. 25) стали типа СХЛ при взятых режимах сварки показывает, что пределы изменения механических свойств основного металла зоны шва при нормальных условиях остывания практически не зависят от режима сварки. Пределы изменения этих характеристик для каждой марки стали могут быть найдены изложенным здесь способом.

Рис. 12 Рис. 13

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. 1. При автоматической сварке в зоне термического^влияния также, как и при ручной сварке, имеет место резкое понижение пластичности материала. Это понижение в исследуемом случае доходит до 18% величины г|5 и до 14—15% величины б исходного

металла при взятом соотношении между I я d.

Если учесть, что степень наклепа при механической обработке у образцов из исходного металла будет несколько больше, чем у образцов из менее пластичных металлов крупнозернистой и мелкозернистой зон, то это понижение должно быть несколько больше.

2. Потеря7пластичности в зоне термического влияния сопро­ вождается резким увеличением временного сопротивления, пре­ дела текучести и условного напряжения при разрыве. Условный

вышается на 22% по сравнению с микротвердостью исходного металла.

4. На границе между наплавленным металлом и крупнозер­

рывно уменьшаются, приближаясь к своим значениям для исход­ ной структуры основного металла сверху, а характеристика ф увеличивается, приближаясь к своему нормальному значению снизу.

5. Так как зоны термического влияния выходят на поверх­ ность листа и в точках линий, пареллельных границам зон, твер­ дость по толщине листа практически остается постоянной, то для контроля упрочнения материала зоны шва можно использовать этот более простой и экономичный ' метод замера твердости.

Механические свойства металла зоны крестового шва

Кривые од, os и г|) получены в результате испытания на раз­ рыв образцов, вырезанных из отдельных зон, и не могут отражать истинные значения указанных величин при переходе от одной зоны к другой. Микротвердость измерялась в каждой клетке мил­ лиметровой сетки вдоль выбранной линии, в силу чего кривая микротвердости лучше и полнее описывает изменение механи­ ческих характеристик-материала как в пределах одной и той же зоны, так и при переходе от одной зоны к другой. Поэтому во всем дальнейшем характер изменения механических характеристик основного металла вблизи крестового шва будем устанавливать на основе изучения закона изменения микротвердости как в зонах термического влияния пазового шва, так и в зонах термического влияния стыкового шва при приближении к точке пересечения осей этих двух швов.

Микротвердость зоны пазового шва. Микротвердость замеря­ лась вдоль заданной линии в каждой клетке миллиметровой сетки, нанесенной на поверхность шлифа каждого из образцов П2—П17 (рис. 4). Около выбранной точки в каждой клетке милли­ метровой сетки снималось несколько замеров и по средним значе­ ниям микротвердости строилась кривая изменения микротвердо­ сти вдоль линии замеров. Сравнение этих кривых друг с другом убеждает в том, что при приближении к оси стыкового шва в пре­ делах от образца П7 до образца П2 или в пределах от образца П17 до образца П12, каждый из которых содержит пазовый шов по­ середине длины, закон изменения микротвердости по линии, нор­ мальной к оси пазового шва, остается одним и тем же. Более того, вместе с приближением к оси стыкового шва микротвердость каждой отдельной зоны пазового шва остается без заметных изме­ нений. Например, наибольшая микротвердость зоны // образца П7 одинакова с наибольшей микротвердостью зоны // образца П2.