Файл: Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.pdf

и 35Ш во много раз меньше деформации образцов из сталей СтЗ, 1Х16Н25АМ6, Э12. Это связано с тем, что в сталях 4X13, 35Ш при охлаждении происходят струк­

нием времени свидетельствует о том, что в большей или меньшей степени сварные соединения различных мате­ риалов изменяют свои размеры во времени даже при комнатной температуре (рис. 108), причем величина и характер этих изменений зависят от марки материала и определяются в основном полем остаточных напряже­ ний и структурной стабильностью сварного соединения. Сварные соединения сталей со стабильной структурой (СтЗ, Э12, 1Х16Н25АМ6), не испытывающих структур­ ных превращений в интервале температур, при которых проводились исследования, изменяют размеры в направ­ лении как бы снижения усадочного усилия, т. е. при­ водят к уменьшению величины зазора в образце (рис. 107). Что же касается сварных соединений с не­ стабильной структурой в зоне сварного шва, то дефор­ мации их зависят от степени закалки и количества остаточного аустенита. Если в сварных соединениях

228

(25ХГС, ЗОХГСА, 12Х5МА) после сварки образуется значительное количество остаточного аустенита, то в про­ цессе вылеживания деформации происходят в направ­ лении уменьшения усадочного усилия от сварки (закры­ вание зазора образца) вследствие превращения оста­ точного аустенита в мартенсит. Количество остаточного аустенита зависит от скорости охлаждения. В случае, когда в процессе сварки в результате быстрого пере­ охлаждения аустенит практически полностью превра­ щается в мартенсит (стали 35, 4X13), то характер деформирования с течением времени определяется в ос­ новном процессом отпуска мартенсита закалки и изме­ нение размеров соответствует увеличению усадочного усилия от сварки.

Процесс деформирования, как это следует из при­ веденных кривых (рис. 108), интенсивно проходит в тече­ ние первоначального периода, который для большинства рассматриваемых марок сталей соответствует одному месяцу. В дальнейшем, в течение весьма длительного времени наблюдаются монотонные.изменения размеров. Деформации во времени сварных образцоз в значитель­ ной степени зависят от температуры хранения. Повыше­ ние температуры до 100° С приводит в большинстве слу­ чаев к увеличению деформации материалов по сравне­ нию с комнатной в 3—5 раз (рис. 109). Это объясняется тем, что с повышением температуры интенсифицируются процессы релаксации остаточных напряжений и струк­ турных превращений. Структурные превращения при нагреве в основном определяются распадом мартенсита закалки — распадом пересыщенного твердого раствора а.

Однако характер деформирования сварных образцов в течение одного года при температуре 100° С не изме­ няется. В сварных соединениях большинства материалов происходят значительные деформации во времени. При­ чем для сталей 4X13 и 35Ш эти изменения в процентах от сварочного усадочного усилия составляют 40—50% (рис. 110).

Снижение температуры до —50° С и хранение образ­ цов в этих условиях не приводит к заметным деформа­ циям. Исключение составляет сталь 4X13. Здесь дефор­ мации происходят в результате превращения остаточ­ ного аустенита в мартенсит, а величина их определяется количеством аустенита в сварном шве, т. е. не для всех материалов можно сделать однозначные выводы о харак­

229

тере деформирования их сварных соединений с тече­

нием времени.

При отсутствии структурных превращений изменение размеров сварных соединений происходит из-за наличия

Рис. ПО. Изменение

жений при неизменности деформации должно быть одно­ родным или распределено по линейному закону.

В реальных условиях наиболее характерное распре­ деление остаточных напряжений отлично от линейного

230

закона и тем более от равномерного распределения напряжений. Это свидетельствует о том, что если пред­ ставить соотношение между изменением напряжений и деформаций в виде степенной зависимости вида е=А ап, то показатель п всегда будет больше единицы и чем больше его величина, тем значительнее деформации с течением времени при прочих равных условиях. Таким образом, в зоне сварных швов происходит более интен­ сивное снижение напряжений, чем в остальной части, а это приводит к нарушению равновесия и к внешним деформациям.

В отличие от деформирования металлов со стабиль­ ной структурой, происходящего вследствие релаксации остаточных напряжений, и от деформирования металлов в результате превращения остаточного аустенита в мар­ тенсит в среднеуглеродистых сталях типа 35 деформации с течением времени являются следствием двух одновре­ менно протекающих процессов: а) снижением остаточ­ ных напряжений вследствие релаксации аналогично материалам со стабильной структурой; б) переходом мартенсита закалки в мартенсит отпуска, сопровождаю­ щимися уменьшением объема.

Механизм деформирования сварных соединений с мартенситной структурой может быть раскрыт при изу­ чении процессов, происходящих в сварных швах. При сварке в результате структурных превращений, происхо­ дящих при низких температурах, укорочение металла сменяется резким удлинением, а образовавшиеся напря­ жения растяжения постепенно снижаются и переходят в напряжения сжатия. В процессе хранения при темпе­ ратуре 150°С деформации в сварных соединениях из стали 35 протекают в направлении, соответствующем увеличению усадочного усилия вследствие более интен­ сивного падения напряжений в зоне закалки.

Влияние различных уровней остаточных напряжений на реологические характеристики сварных соединений может быть установлено посредством изменения эпюры напряжений дополнительной пластической деформацией. С этой целью в образцах, прокатанных по двум схемам (рис. 111, а) на машине МВТУ-МПР-1, создавали раз­ личные напряжения от •—40 до +40 кгс/мм2 (рис. 111,6), экспериментально определенные по принятой методике.

231

(рис. I l l , б) свидетельствуют о том, что деформации зависят от характера и уровня напряжений и происхо­

одновременно интенсифицируются деформации, направ­ ленные в одну сторону, вызванные релаксацией остаточ­ ных напряжений и отпуском мартенсита. Создание же

ные релаксацией напряжений, направлены противо­ положно деформациям, связанным с распадом мартен­ сита, а характер общей деформации определяется сте­ пенью пластической деформации.

Чтобы оценить возможные деформации сварного со­ единения с течением времени, необходимо располагать серией кривых релаксации для различных участков сварного шва. Они могут быть получены на образцах, обработанных по термическому циклу, соответствующему сварочному. Как показывают результаты испытаний, релаксационные кривые характеризуются интенсивным изменением напряжения под влиянием пластической деформации в начальный период испытания, а затем скорость снижения напряжений падает.

Анализ кривых релаксации различных зон свиде­ тельствует также о том, что зона закалки как при тем­

атомно-кристаллического строения на границах является максимальным, а сопротивление скольжению минималь­ ным, кроме того, в процессе испытания на релаксацию в образцах происходят структурные превращения, свя­ занные с распадом мартенсита закалки.

Однако релаксационные испытания при закручивании образца не являются показателем структурной стабиль­ ности. Структурные деформации определяются по линей­ ным измерениям, например на вертикальном оптиметре с точностью 0,5 мкм. В процессе хранения при темпера­ туре 100° С деформации в основном происходят в образ­ цах с мартенситной структурой и приводят в течение длительного времени к уменьшению размеров. Анало-

232