ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 74
Скачиваний: 0
рерыва электродами СЧС-ТЗ диаметром 4 мм при силе тока 140—160 А. Для замера-тепловых и силовых де формаций образцов при сварке и охлаждении устанавли вался рычажный тензометр с базой 20 мм на расстоянии 30 мм от кромки стыка. Дополнительно одну пару чугун ных образцов с зазором 5 мм сваривали при закрепле нии (приварка к швеллеру) только одной стороны, что позволяло замерять тензометром только тепловые де-
Рис. 42. Закрепление образцов на швеллере
формации образца. Кроме того, при двустороннем за креплении сваривались такие же образцы из малоугле родистой стали с зазором 10, 20 и 30 мм. Полученные данные, часть из которых приведена на рис. 43, позволя ют отметить следующее.
При сварке чугунных образцов наблюдается опреде ленная связь между фактической шириной шва и обра зованием трещин, совпадающая в основном с расчетной.
Характер деформации чугунных образцов при свар ке и охлаждении их в закрепленном состоянии почти одинаков для всех установленных зазоров. Вначале на блюдается расширение — удлинение образца из-за на грева его. Это удлинение некоторое время продолжается и после прекращения сварки, чему наряду с тепловым влиянием способствует и начавшаяся усадка металла шва. При последующем охлаждении металл образцов должен бы укорачиваться, однако возрастающая усадка металла шва препятствует этому. В результате такого взаимодействия укорочения образцов может не наблю даться (образцы с малым зазором при большой свобод ной длине), так как удлинение образца компенсировало усадку металла шва и трещины не образовывались. При больших зазорах или малой свободной длине, когда та кой компенсации нет, наблюдается некоторое укорочение
172
образцов, оканчивающееся образованием трещины. На чавшаяся усадка металла шва и тепловое укорочение образца способствуют быстрому росту внутренних на пряжений растяжения. Эти напряжения исчерпывают де формационные способности металла, который вместо
удлинения начинает укорачиваться, |
что |
и приводит к |
|
разрушению образца — образованию |
трещины. |
Такой |
|
механизм возрастания внутренних |
напряжений |
и раз |
|
рушения образца подтверждает и график |
деформации |
||
при нагреве и охлаждении образца с односторонним за креплением: после максимального удлинения при нагре ве образца охлаждение его сопровождается резким уко рочением. В закрепленных образцах укорочение сопро вождается ростом внутренних напряжений, приводящих к разрушению их.
Характер деформаций закрепленных стальных образ цов и незакрепленных чугунных аналогичен. Это объяс няется достаточной пластичностью металла, вследствие чего усадка металла шва при охлаждении не приостанав-
Рнс. 43. Деформация образцов при сварке их встык: чугунных (/ — свободная длина 100+100 мм, зазор 6 мм, трещин нет; 2 — свободная длина 100+100 мм, зазор 10 мм, трещина; 3 — свободная длина 100+100 мм, зазор 15 мм, трещина; 4—свободная длина 100+100 мм, зазор 20 мм, трещина; 5 — свободная длина 100+100 мм, зазор 5 мм, без закрепления; 6 — свободная длина 60+60 мм, зазор 4 мм, трещина; 7 — свободная длина 80 + 80 мм, зазор 4 мм, трещина);
стальных (8 — свободная длина 100+100 мм, зазор 10 мм, трещин нет; 9 — свободная длина 100+100 мм, зазор 20 мм, трещин нет)
173
ливала теплового укорочения образца, хотя остаточное удлинение все же имело место. У образцов из чугуна это явление не наблюдается из-за разрушения их. Величина остаточного удлинения при охлаждении, так же как и величина максимального удлинения при нагреве, зависит от количества введенного тепла — от установленного за зора: чем больше зазор, тем больше максимальное удли нение образца при нагреве и остаточное удлинение при охлаждении.
На величину возникающих напряжений при охлажде нии закрепленных образцов оказывают влияние пласти ческие свойства не только металла образцов, но и метал ла шва. Металл шва охлаждается медленнее, чем образ цы, и после затвердевания он начинает подвергаться наиболее интенсивному растяжению. Пластическая де формация металла шва способствует снижению возни кающих внутренних напряжений. Если металл шва не об ладает достаточной пластичностью, то возникающие внутренние напряжения будут возрастать по мере охла ждения. Если при этом металл шва не обладает и доста точной прочностью, то произойдет разрушение его. Это мы наблюдали при сварке закрепленных стальных образ цов с зазором 20 мм электродами с меловым покрытием: через 24 мин после начала охлаждения в шве образова лась трещина. Если бы металл электрода с меловым по крытием был несколько прочнее, то трещина могла бы не появиться за счет пластической деформации самих об разцов. Поэтому при анализе поведения сварного соеди нения следует учитывать и механические свойства метал ла шва.
Сварка (наплавка) в замкнутом контуре
Оребренные чугунные пластины (см. рис. 41) были использованы для наложения прямолинейных и кольце вых швов как без разделки пластин, так и с V- и Х-раз- делкой. Экспериментальные данные позволяют выявить
ряд особенностей |
образования напряжений |
и трещин. |
|||
Л и II е й н ы е |
в ал и к и и |
ш в ы. Если |
на поверх |
||
ность пластины |
накладывать |
сравнительно |
короткие |
||
швы, не превышающие половины |
длины |
или ширины |
|||
пластины, то, как правило, |
трещины |
не образуются. |
|||
Только в отдельных случаях очень |
жестко |
замкнутых |
|||
контуров наблюдаются небольшие поперечные трещины. Эти трещины сквозные, хотя и не очень большие по дли не и ширине, появляются при охлаждении последнего валика, образование их сопровождается характерным
звуком.
Совсем другая картина наблюдается, когда в пласти не сделана разделка. В этом случае происходят обычные термические процессы расширения и сжатия, а также усадка жидкого металла. Здесь в каждом шве неизбеж но появляются трещины, при этом не оказывает заметно го влияния максимальная ширина разделки: у пластин при 10-миллиметровой разделке в верхней части трещи ны появляются сразу же после наложения первого вали ка. Х-образная разделка более благоприятная, так как за один проход наплавлялось меньше металла. Анало гичная картина наблюдается и при максимальной шири не зазора — 4 мм.
К о л ь ц е в ы е в а л и к и и швы. Вначале кольце вые валики наплавляли на поверхность пластины без разделки (кругами разного диаметра). Трещины, как правило, не появлялись для кругов диаметром до 80 мм. После этого заваривались отверстия. Сквозные отвер стия диаметром до 30—32 мм заваривались в один при ем без перерыва при круговом перемещении электрода от стенок к центру отверстия, где и заканчивалась свар ка. Трещины не появлялись, несмотря на то что в неко торых заваренных отверстиях после очистки их от шлака обнаруживались наплывы, иногда раковины и даже ча стичное несплавление металла шва с основным. Заварка сквозных отверстий большего диаметра неизменно вызы вала образование трещин обычно в период охлаждения по основному металлу. Попытки заварить появившиеся трещины не дали положительных результатов. Появле ние трещин, по-видимому, связано с большой литейной усадкой большого объема жидкого металла.
Для получения отверстия со вставкой на поверхности пластины намечался круг заданного диаметра. По на метке производили рассверливание (песквозным). Пос ле выравнивания кромок получалось отверстие с вставкой при V- или Х-образной разделке, которое затем и ввари валось. Полученные данные показывают, что ручная вварка вставок диаметром от 30 мм и выше сопровожда ется образованием трещин. При этом не имеют сущесг-
175
венного значения максимальная ширина разделки (10 и 4 мм), вид ее (V пли X), порядок наложения швов и ко личество наплавляемого металла. Это можно объяснить тем, что в металле создается двухосное напряженное со стояние достаточной величины, способствующее хрупко му разрушению.
Были проведены опыты по вварке вставок в подогре тую пластину. Подогрев и заварку осуществляли в спе циальной печи. Заварка вставок при температуре пла стин 100 и 200 °С сопровождалась образованием трещин. Заварка при температуре пластин 300 °С не вызывала образования трещин даже при диаметре вставок 70 мм и на пластинах с внутренним диаметром 210X250 мм.
Полученный материал позволяет резюмировать.
При наплавке валиков на поверхность пластины (имитация сварки встык без разделки) можно избежать образования трещин при длине наплавляемого валика не более 40—50 мм. После наложения такого валика пла стина должна полностью охладиться, после чего можно накладывать новый валик такой же длины, продолжая первый. Таким образом можно накладывать длинные
швы, состоящие из ряда коротких. |
то при заварке |
Если в пластине имеется разделка, |
|
ее почти всегда образуются трещины, |
вызываемые не |
благоприятными сочетаниями термических и усадочных напряжений. Особенно это заметно у кольцевых швов, где вдобавок появляется сложное двухосное напряжен ное состояние. Поэтому заварка разделок в жестком контуре ограничена по размерам шва. При необходимо сти таких заварок надо применять нагрев пластин до температуры не ниже 300 °С.
11.МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВ А РН О ГО ШВА
Особенности
На ранних стадиях развития сварки чугуна механи ческие свойства сварного соединения определялись ред ко. Это было вызвано тем, что в то время применялись обычно ферритный чугун, реже перлитный чугун, кото рые не обладали высокой механической прочностью. Кроме того, все элементы чугунных деталей имели боль шой запас прочности, и механическими свойствами свар-
176
иого соединения не очень интересовались. Когда появил ся модифицированный чугун, особенно высокопрочный, размер конструкций, определяемый расчетом, стал уменьшаться, появилась необходимость иметь точные представления о механических свойствах сварного сое
динения.
Первые испытания растяжением механических свойств сварного соединения чугуна, выполненные сталь ными электродами, показали, что прочность сварного соединения довольно низкая, редко составляет половину прочности свариваемого чугуна. Технологические прие мы сварки позволили несколько повысить прочность сварного соединения, хотя в общем прочность получа лась явно недостаточная.
Последующие испытания механических свойств свар ного соединения чугуна, проведенные разными автора ми, подтвердили низкую прочность — 6—8—10 кГ/мм2. При этом для механических испытаний чаще всего при меняли плоские образцы, а не цилиндрические, принятые в чугунолитейном производстве. Плоские образцы более пригодны для сварки и при изготовлении, но при испыта нии вследствие своеобразия распределения напряжений механические свойства их ниже, чем цилиндрических (табл. 17). При этом размер образцов для испытания прочности на плоских образцах чаще всего берется про-
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 17 |
||
Средние данные |
прочности плоских |
сварных чугунных |
|
|||||
образцов |
|
сечением 30x20 мм |
|
|
||||
|
|
Реж им сварки |
|
П редел прочности, |
||||
|
|
|
к Г /м м * |
|||||
М арка чугуна |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
или электрода |
|
|
|
|
|
|
|
|
диаметр |
|
сила |
|
ЧИСЛО |
при растя |
при |
||
электрода, |
А |
|||||||
тока, |
слоев |
жении |
изгибе |
|||||
мм |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
СЧ15-32 |
4 |
|
140 |
|
2 |
10,40 |
14,6 |
|
СЧС-ТЗ |
|
|
9,50 |
12,6 |
||||
ЦЧ-4 |
4 |
|
140 |
|
2 |
9,50 |
7,1 |
|
СЧ21-40 |
— |
|
— |
|
____ |
12,00 |
20,7 |
|
СЧС-ТЗ |
4 |
|
140 |
|
3 |
6,80 |
10,4 |
|
СЧС-ТЗ |
4 |
|
140 |
|
2 |
11,30 |
11,0 |
|
ЦЧ-4 |
4 |
|
140 |
|
2 |
6,26 |
9,6 |
|
С428-48 |
____ |
|
— |
|
____ |
17,30 |
19,7 |
|
СЧС-ТЗ |
4 |
|
140 |
|
3 |
11,50 |
16,7 |
|
ЦЧ-4 |
4 |
|
140 |
|
3 |
8,36 |
12,8 |
|
12. Зак . 234 |
|
|
|
|
|
|
177 |
|
і і з в о л ы і ы м , что также изменяет показатели прочности.
Попытки применить цилиндрические образцы для испы тания механической прочности сварных соединений чу гуна встречают ряд трудностей: повышенная твердость металла в некоторых участках сварного шва затрудняет чистоту обработки, а недостаточная прочность и отсут ствие пластичности часто приводят к излому образца при обточке его.
Согласно ГОСТ, марки чугунов характеризуются ме ханическими свойствами: прочностью па растяжение и изгиб. При этом для определения механических свойств чугуна применяют только цилиндрические образцы. В связи с этим необходимо выявить соотношения между показателями механических свойств, полученных на ци линдрических и плоских образцах. Это даст возможность механическую прочность сварных образцов, полученную с применением плоских образцов, сравнивать с марочны ми характеристиками применяемых чугунов.
Методика определения
Чугун подвергается различным видам механических
испытаний: изгибу, растяжению, сжатию, |
кручению, |
||
срезу при статических, динамических, |
знакопеременных |
||
и пульсирующих нагрузках. Методика |
выполнения этих |
||
испытаний регламентируется |
соответствующими ГОСТ, |
||
которые также определяют |
форму и размер |
образцов. |
|
В чугунолитейной практике наиболее распространенным видом механических испытаний является испытание цилиндрических образцов при статическом нагружении на изгиб и растяжение. Цифры, характеризующие марки чугуна по ГОСТ 1412—54, получены именно на цилинд рических образцах.
Испытание чугуна на изгиб производится в соответст вии с ГОСТ 2055—43, который предусматривает цилинд рические образцы диаметром 30 мм, испытываемые при расстоянии между опорами 300 или 600 мм, без снятия литейной корки. Испытание па растяжение обычно про изводится на тех же цилиндрических образцах диамет ром 30 мм. Для испытания на растяжение ГОСТ 1497— 61 предусматривает методику испытания и размеры ци линдрических и плоских образцов. Однако в условиях литейного производства плоские образцы применяются
178