Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.03.06. Зварювання і споріднені технології

Вплив технологічних факторів на формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях високоміцних сталей

Міходуй Ольга Леонідівна

Київ 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті електрозварювання им. Є.О.Патона НАН України

Науковий керівник: академік НАН України, доктор технічних наук, професор, Лобанов Леонід Михайлович Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України Заступник директора

Офіційні опоненти: академік НАН України, професор, доктор технічних наук Махненко Володимир Іванович Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Завідувач відділом

професор, доктор технічних наук Прохоренко Володимир Михайлович НТУУ "Київський політехнічний інститут" Завідувач кафедрою

Провідна установа Відкрите акціонерне товариство "Український науково - дослідний інститут"Проектстальконструкція" Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України (Київ)

Захист дисертації відбудеться " 27 " 06 2000 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.182.01 при Інституті електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, 03150, м. Київ, 150, вул. Боженка, 11.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, 03150, м. Київ, 150, вул. Боженка, 11.

Автореферат розісланий " 17 " 05 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук Л.С. Киреєв

1. Загальна характеристика роботи

зварювання легований сталь метал

Дисертаційна робота присвячена дослідженню особливостей формування залишкових напружень в з'єднаннях високоміцних легованих сталей та оптимізації технологічних процесів зварювання для зменшення їх рівня при виготовленні металоконструкцій.

Актуальність теми. Раціональне використання низьковуглецевих легованих високоміцних (НЛВ) сталей з границею текучості 600…1000 МПа є одним з ефективних напрямків підвищення надійності зварних машин, механізмів та інженерних споруд. Шви з бейнітно-мартенсітною (БМ) структурою при різному співвідношенні легуючих елементів забезпечують властивості наплавленого металу після зварювання, які рівноцінні їм по міцності та холодостійкості. Але такі шви відрізняються підвищеною схильністю до уповільненого руйнування, що зумовлює необхідність додаткового використання менш міцних, але більш пластичних швів: з ферріто-бейнітною (ФБ) або аустенітною (А) структурами. Ця обставина здійснює істотний вплив на протікання фазових та структурних перетворень шва, ЗТВ та в кінцевому рахунку, як на утворення в них зварювальних напружень, уповільнене руйнування, так і на міцність та працездатність в цілому конструкцій.

У вітчизняній практиці виконувалися окремі дослідження напруженого стану з'єднань НЛВ сталей. Це сприяло проведенню в останні роки робіт, спрямованих на вивчення особливостей формування напруженого стану з'єднань НЛВ сталей в залежності від зміни технологічних процесів зварювання. Вони були реалізовані в рамках відомчих планів Національної академії наук України, а також Державних програм Міністерства України у справах науки та технологій 04.05/03373 "Розробка методів та засобів технічної діагностики зварних машинобудівних конструкцій на основі використання голографічної інтерферометрії та акустичної емісії" та 04.05/04765 "Розробити ефективні засоби підвищення службових властивостей зварних конструкцій будівельно-дорожньої та гірничорудної техніки при їх виготовленні та ревіталізації на основі вдосконалення процесів зварювання та нормативних вимог до легованих конструкційних сталей".

Всі ці дослідження були спрямовані на пошук раціональних шляхів зниження рівня залишкових напружень в зварних з'єднаннях. Подальший розвиток робіт у цьому напрямку повинен сприяти підвищенню працездатності зварних конструкцій із легованих високоміцних сталей (при різних видах навантаження), а також їх опірності уповільненому руйнуванню.

Мета роботи. Встановити оптимальні технологічні параметри дугового зварювання високоміцних легованих сталей, які забезпечують зниження залишкових напружень в зварних з'єднаннях на основі досліджень протікання в них фазових, структурних перетворень та термодеформаційних процесів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Дослідити особливості протікання структурних та термодеформаційних перетворень в зварних з'єднаннях при зміні хімічного складу металу швів та термічних циклів зварювання.

2. Дослідити основні закономірності формування залишкових напружень в зварних з"єднаннях високоміцних сталей з БМ, ФБ та А швами.

3. Оцінити вплив особливостей дугового зварювання (засобів, погонної енергії, попереднього підігріву і т.п.) на формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях.

4. формулювати вимоги до основних параметрів дугового зварювання високоміцних сталей, що забезпечують мінімальний рівень залишкових напружень в зварних з'єднаннях.

Методи досліджень: голографічний при оцінюванні напруженого стану зварних з'єднань, математичні при розрахунках залишкових напружень в зварних з'єднаннях, а також розповсюдженні в них тепла; оптичної металографії, а також ділатометричний при вивченні кінетики та характеру структурних перетворень в металі швів та ЗТВ; механічні дослідження металу швів та ЗТВ при позитивних та підвищених (до Т=8000С) температурах; хімічного та спектрального аналізів сталей та металу швів.

Наукова новизна. На основі результатів досліджень кінетики протікання фазових і структурних перетворень в легованому металі швів та ЗТВ під впливом термодеформаційних процесів розроблений метод прогнозування розподілу залишкових напружень в зварних з'єднаннях НЛВ сталей.

Доведено, що при нагріві та охолодженні ЗТВ та металу шва НЛВ сталей в залежності від складу та особливостей протікання структурних та фазових перетворень істотно підвищуються їх границі текучості ( в 1,2…1,5 рази для досліджених складів), а перехід в термопластичний стан здійснюється при Т780 0С.

Виявлені загальні закономірності формування залишкових напружень в металі швів високоміцних сталей. В БМ швах, внаслідок впливу структурних перетворень, величина залишкових напружень може складати (0,3…0,5) від їх границі текучості. В ФБ та А швах вплив структурних перетворень проявляється в меншій ступені, що сприятиме формуванню в них більш високого рівня залишкових напружень (0,6…0,9) відносно їх границь текучості.

З'ясовано, що в ЗТВ багатошарових зварних з'єднань завтовшки до 20 мм формуються поздовжні розтягуючі напруження. На рівень цих напружень істотно впливає співвідношення температур структурних перетворень металу шва та ЗТВ.

Показано, що знижувати залишкові напруження в зварних з'єднаннях легованих сталей можливо при такому виборі режимів зварювання та температур попереднього підігріву, коли зменшується час перебування металу ЗТВ вище температури АС3 (`` 6,0…6,5 c) та подовжується його перебування при температурах протікання структурно-фазових перетворень (W6/5<3,0…4,0 0C/c).

Практична цінність та реалізація наукових результатів роботи. Визначені шляхи зниження залишкових напружень при зварюванні НЛВ сталей. На їх основі розроблені засоби реалізації процесів, при яких в зварних з'єднаннях забезпечується мінімальний їх рівень.

Основні положення процесів, що розроблені, втілені на металургійному заводі ВАТ "Уралмаш" при ремонтному зварюванні товстолистових відливок деталей із високоміцних сталей 14Х2ГМРЛ та 14ХГ2НМЛ: шкивів, захватів, ексцентриків бурових насосів, стріл та ковшів екскаваторів.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є підсумком експериментальних та теоретичних досліджень, які виконані автором особисто. Запропоновано та реалізовано експериментально - теоретичний підхід, що дозволяє прогнозувати рівень залишкових напружень в з'єднаннях легованих сталей. Відпрацьовано метод голографічної інтерферометрії для оцінки рівня залишкових напружень на поверхні зварних з'єднань НЛВ сталей. Досліджено розподіл залишкових напружень зварних з'єднань НЛВ сталей в залежності від зміни погонних енергій зварювання, температур підігріву, а також складу металу швів. Розроблені рекомендації по вибору технологічних процесів зварювання, при яких в зварних з'єднаннях НЛВ сталей забезпечується мінімальний рівень залишкових напружень, а також отримані результати їх апробації. Аналіз та узагальнення отриманих результатів здійснювались автором як особисто, так і при участі інших співавторів.

На захист виносяться:

Основні закономірності виникнення залишкових напружень в металі швів та ЗТВ НЛВ сталей під впливом кінетики протікання фазових та структурних перетворень в цих участках зварних з'єднань, а також термодеформаційних процесів.

Уявлення про характер та величину залишкових напружень в металі швів різних композицій, а також ЗТВ бейнітно-мартенситних сталей та вплив на цей процес особливостей протікання фазових та структурних перетворень відповідних участків зварних з'єднань.

Закономірності формування залишкових напружень в з'єднаннях НЛВ сталей в залежності від використання швів з різними складами та структурами (БМ, ФБ, А).

Основні залежності формування залишкових поперечних напружень в ЗТВ зварних з'єднань НЛВ сталей при зміні параметрів режиму зварювання та теплофізичних властивостей металу шва і НЛВ сталі.

Технологічні параметри режимів зварювання та температур попереднього підігріву НЛВ сталей, за яких в зварних з'єднаннях знижується загальний рівень залишкових напружень.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на Міжнародних конференціях: "Зварні конструкції" (Київ, 1995), "Зварювання та споріднені технології - в ХХІ сторіччя" (Київ, 1998), "Механіка руйнування матеріалів та міцність конструкцій" (Львів, 1999), а також на науково - технологічному семінарі "Зварні конструкції та технічна діагностика" ІЕЗ ім. Є.О.Патона (2000).

Публікації. За результатами досліджень надруковано 9 робіт.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, загальних висновків, списку використаної літератури із 116 найменувань та додатку. Текстова частина складає 119 сторінок машинописного тексту, 8 таблиць та 64 рисунки.

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані основні положення, які виносяться на захист.

У першій главі виконаний аналіз досліджень структури та властивостей НЛВ сталей та процесів їх зварювання, методологічних аспектів визначення залишкових напружень в зварних з'єднаннях та основних результатів таких робіт. Сформульована мета роботи та задачі досліджень.

У другій главі викладені дослідження впливу теплофізичних процесів та структурних перетворень на формування залишкових напружень в з'єднаннях НЛВ сталей. На основі математичного моделювання спрогнозовано рівень напружень в зварних з'єднаннях. Відпрацьовано голографічний метод досліджень залишкових напружень.

В третій главі розглянуто вплив структури металу швів на формування напружень в з'єднаннях НЛВ сталей. Як основа для досліджень використовувались одношарові наплавки та багатопроходні стикові з'єднання з БМ, ФБ та А швами, а також комбіновані з'єднання з різним сполученням таких швів.

Четверта глава присвячена дослідженню впливу технологічних процесів на основні закономірності формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях: термічних циклів зварювання, попереднього підігріву, режимів та складу металу шва.

2. Основний зміст роботи

Основні труднощі при зварюванні НЛВ сталей пов'язані з необхідністю забезпечувати властивості швів на рівні основного металу, а також запобігати уповільненому, крихкому та втомленому руйнуванню зварних з'єднань. У вирішення проблеми зварюваності таких сталей значний внесок зробили: І. Гривняк, Л.І. Гладштейн, В.Н. Земзін, В.П. Ларіонов, Б.С. Касаткін, Е.Л. Макаров, Л.І. Міходуй, В.Ф. Мусіяченко, І.К. Походня, Х. Сузукі, Т. Терасакі та ін. Розроблені на базі цих досліджень рекомендації по зварюванню використовуються при виготовленні конструкцій широкого призначення. Як правило, вони передбачають регламентацію режимів; попередній, супутній або післязварювальний підігріви; визнають склади зварювальних матеріалів.

Така специфіка вибору процесів зварювання НЛВ сталей здійснює істотний вплив на протікання фазових і структурних перетворень зварних з'єднань, утворення в них зварювальних напруг. Дослідження особливостей формування напруженого стану зварних з'єднань НЛВ сталей переважно виконувались в ІЕЗ ім. Є.О. Патона, НТТУ "Київський політехнічний інститут" та на заводі "Уралмаш" (А.К. Гончар, І.М. Жданов, Б.С. Касаткін, Л.М. Лобанов В.І. Панов, В.А. Півторак, В.І. Труфяков та ін.). Всі вони спиралися на наукову школу, яка була заснована працями В.А. Вінокурова, А.Г. Грігорьянца, С.А. Куркіна, Л.М. Лобанова, В.І. Махненка, Г.А.Ніколаєва, Н.О. Окерблома, В.М. Прохоренка, В.М. Сагалєвича, І.П. Трочуна та ін.

Дослідження впливу теплофізичних процесів та структурних перетворень на основні закономірності формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях високоміцних сталей.

Відомо, що залишкові напруження в зварних з'єднаннях легованих сталей формуються в результаті складної взаємодії нестаціонарних температурних полів, фазових перетворень та деформування як металу шва, так і ЗТВ. Тому в цих дослідженнях застосовували експериментальні методи, що дозволяють відтворювати поводження металу при зварюванні (ділатометрічний, термоциклювання імітаційних зразків, високотемпературні дослідження і т.п.). При цьому використовували сталь 14ХГ2САФД із 0,2 600 МПа. Стикові з'єднання цієї сталі (а також сталі такого типу марки 14ХГН2МДАФБ) завтовшки 20…30 мм зварювали механізованим зварюванням під флюсом різними сполученнями зварювальних матеріалів, що дозволило отримати метал швів з БМ, ФБ та А структурами.

Було з'ясовано, що режими зварювання здійснюють істотний вплив на кінетику охолодження зварних з'єднань. Підвищення погонної енергії в інтервалі QЗВ=10…30 кДж/см призводить до збільшення перебування ЗТВ металу завтовшки 28…30 мм при температурі вище АС3 в 2,0…2,5 рази. При цьому швидкість охолодження нижче АС1 змінюється в меньшій ступені (на 25…40 %). Попередній підігрів до 70…250 0С здійснює інший вплив на охолодження з'єднань: на 60…65 % підвищується перебування ЗТВ при високих температурах та в 5…8 разів - при 800 - 100 0С.

Перетворення аустеніту в інтервалі швидкостей охолодження W6/5=0,3…1000C/c відбувається в ферритній (Ф), бейнітній (Б) та мартенситній (М) областях. При повільному (0,3 0C/c) охолодженні відбуваються Ф та Б перетворення. Підвищення швидкості охолодження до 2,7 0C/c призводить до зменшення долі Ф перетворення, розвитку Б та появі М перетворення. Охолодження легованого металу супроводжується зменшенням його об'єму. Процес деформування ускладнюється при перетвореннях, тому що призводить до збільшення об'єму кристалічної решітки. Кінцевий результат таких процесів (відносна деформація - ,%) визначається конкретним складом шва та сталі, а також особливостями протікання та діапазоном температур фазових перетворень.

В ЗТВ сталі 14ХГ2САФД зменшення об'єму металу переривається в діапазоні температур Б-М перетворень, які завершуються при температурах нижче 300 0С та призводять до формування великих структурних деформацій: С = 0,18…0,28 %. Така зміна структури впливає на властивості цієї ділянки зварного з'єднання. Після нагріву та охолодження при мінімальній (W6/5=3 0C/c) швидкості охолодження 0,2 металу ЗТВ збільшується з 620 до 720 МПа. При W6/5=20 0C/c він складає 920 МПа, тобто майже в 1,5 рази вище, ніж в основному металі.

В металі шва типу 08ХН2ГМ в діапазоні швидкостей охолодження, які досліджувались, перетворення аустеніту повністю відбувається в БМ області: початок - в інтервалі 600…650 0С, а закінчення - при 410…350 0С. Це сприяє зменшенню структурних деформацій (С` = 0,15…0,24 %) у порівнянні з основним металом. Перетворення аустеніту металу шва типу 08Г2С при невеликих швидкостях (W6/5 < 8,5 0C/c) відбувається в ферритоперлітній області, а при більш високих значеннях W6/5 - в бейнітній. Та обставина, що в цьому типі швів об'ємні перетворення завершуються при більш високих температурах у порівнянні з раніше розглянутими варіантими, також впливає на величину деформацій (С`` =0,15…0,20%). Це обумовлює меншу інтенсивність підвищення величини 0,2 металу досліджуваних швів у порівнянні з основним металом. В металі ФБ та БМ швів з W6/5=2…21 0C/c вони відповідно збільшуються в 1,20 та 1,32 рази.

При підвищенні температури основного та наплавленого металу, а також ЗТВ від кімнатної до 600 0С величини 0,2 зменшуються на 25…30%. Найбільш різке зниження 0,2 металу шва та ЗТВ зварних з'єднань (з БМ та ФБ структурами) відбувається при Т> 600 0C. При температурі 750 0С для всіх досліджених варіантів 0,2 = 90…130 МПа. Тому для всіх досліджених варіантів умовно приймалось, що при Т >780 0C зварні з'єднання знаходяться в пластичному стані. Метал шва типу А при температурі 800 0С на 60…65 % зберігає свою границю текучості.

Ці результати свідчать, що розподіл залишкових напружень в з'єднаннях НЛВ сталей може істотно відрізнятись від з'єднань низьковуглецевих сталей. Це обумовлено тим, що структурні перетворення в ЗТВ та металі швів типів БМ та ФП призводять до збільшення об'єму цих зон зварних з'єднань. Тому розтягуючи напруження, які виникають на стадії охолодження, можуть знижуватись або переходити в стискуючі в залежності від температури початку перетворення, повноти протікання та об'ємних змін, які ними визиваються. Показано зміну структурних напружень в металі ЗТВ сталі 14ХГ2САФД, а також в металі швів типів БМ та ФБ при різних швидкостях охолодження.

В поздовжньому напрямку з урахуванням відомих уявлень при обраних швидкостях охолодження в ЗТВ і металі швів різних типів в результаті "взаємодії" температурних і структурних деформацій виникають залишкові розтягуючі напруження.

В швах, де відбуваються структурні перетворення, залишкові напруження будуть нижчими за їх границі текучості. В шві типу А не відбуваються структурні перетворення в процесі охолодження і не змінюються його властивості. Тому можлива величина залишкових напружень в А шві приблизно дорівнює його границі текучості.

На формування залишкових поздовжніх напружень в ЗТВ зварних з'єднань високоміцних сталей певний вплив здійснює використання зварювальних матеріалів різних композицій. При охолодженні А шва його об'єм зменшується відповідно коефіцієнту термічного розширення. В ньому не відбуваються структурні перетворення, а значить і зміни об'єму, які обумовлені цим процесом. Тому поздовжні напруження в ЗТВ легованих сталей з А швами за своєю величиною не будуть істотно відрізнятися від того рівня, який позначено кривою 1. Складніше протікають термодеформаційні процеси при виконанні швів матеріалами зі структурними перетвореннями. В металі шва типу ФБ вони відбуваються в інтервалі температур 600…800 0С і супроводжуються збільшенням його об'єму. Цей період охолодження металу ЗТВ супроводжується, навпаки, його скороченням, що не буде здійснювати істотної протидії об'ємним змінам у шві. В металі шва типу БМ структурні перетворення починаються при більш високих температурах у порівнянні з основним металом. Але в деякий період часу вони відбуваються практично одночасно та заважають одне одному. Тому можна припустити, що в залежності від швидкості охолодження ЗТВ та типу металу швів напруження можуть підвищуватись у порівнянні із зазначеними. Збільшення може бути незначним у випадку використання ФБ швів та більш істотним в з'єднаннях з БМ швами.

Поперечні залишкові напруження виникають внаслідок поздовжнього і поперечного скорочень зварних з'єднань при охолодженні. Для виготовлення конструкцій із високоміцних сталей є характерним варіант багатопрохідного зварювання пластин з жорстким закріпленням. У кореневих швах таких з'єднань, якщо не відбуваються структурні перетворення, як правило формуються стискуючі напруження. В наступних шарах таких швів напруження розтягуючі. Якщо припустити, що ці закономірності справедливі і для НЛВ сталей, можна прийняти, що такий рівень залишкових розтягуючих напружень зберігається на поверхні А швів і буде більш низьким на поверхні швів типів БМ та ФБ.

При інших рівних умовах з'єднання з А металом шва мають в 1,3…1,4 рази більш високий коефіцієнт лінійного розширення у порівнянні зі швами типів БМ та ФБ. І це може впливати на формування залишкових поперечних напружень в ЗТВ. В процесі нагріву кромки зварного з'єднання здійснюють стискуючий вплив на метал шва, який в цей момент знаходиться в рідкому стані або має достатньо низьку границю текучості. В тих випадках, коли виконуються шви типів БМ або ФБ, цей процес відбувається достатньо складно, оскільки всі зони цих з'єднань мають практично однаковий коефіцієнт лінійного розширення, а протікання структурних перетворень із збільшенням об'єму в металі шва та ЗТВ може привести до того, що в поперечному напрямку метал ЗТВ таких з'єднань знаходитиметься під впливом стискуючих залишкових напружень. Інакше відбувається формування напружень в з'єднаннях з А швом. В цьому випадку наплавлений метал має більш високі значення коефіцієнта лінійного розширення у порівнянні з навколишніми зонами зварного з'єднання. При однакових швидкостях охолодження усадка металу шва відбувається більш інтенсивно, ніж в БМ та ФБ швах, що викликає більше розширення металу ЗТВ. Більш високі розтягуючі поперечні деформації у високотемпературній зоні зварного з'єднання з А швом, згідно принципу Ле-Шательє, можуть призводити до того, що метал ЗТВ, який безпосередньо примикає до металу шва типу А, також буде знаходитися під впливом залишкових розтягуючих напружень. Рівень цих напружень та довжина цієї зони буде визначатися режимами зварювання та особливостями з'єднання.

Експериментальне визначення залишкових напружень в з'єднаннях високоміцних сталей здійснювалось методом голографічної інтерферометрії. Стосовно до зварних з'єднань НЛВ сталей відпрацьовувався режим запису голограм при фіксації зображення на фотоплатівки ПФГ та плівки аморфних високомолекулярних напівпровідників для кожного конкретного зразка та потужності лазера 15 та 50 мВт. Підбиралися умови запису, коли контраст смуг був найкращим; уточнювалась схема розмітки зразків: твердість опор голографічного модуля; режим травлення дослідних зразків. Підбиралися такі засоби дозованого виєму матеріалу, які б вносили мінімальну похибку в результати вимірів. Обробка та розрахунок величини залишкових напружень здійснювались при використанні методики, яка запропонована Л.М. Лобановим та В.А. Півтораком. Дослідження показали, що похибка замірів складає 10% від величини границі текучості.

Вплив структури металу швів на формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях високоміцних сталей.

Для оцінки впливу особливостей складу швів на формування залишкових напружень використовувались зварювальні матеріали (дроти, електроди та флюси), які забезпечують отримання швів з БМ (Св-07ХН3ГМФТЮ, АН-43, АНП-2), ФБ (Св-08А, АН-43, УОНИ-13/45) і А (Св-08Х20Н9Г7Т, АН-22М, ЭА-981/15) структурами. Як об'єкт досліджень використовувались пластини, виготовлені зі сталі 14ХГ2САФД та стикові з'єднання сталі 14ХГН2МДАФБ. В усіх зразках найвищий рівень залишкових напружень формується в центральній частині наплавок та швів, мінімальний - по їх краям. Рівні максимальних напружень в з'єднаннях високоміцних сталей істотно різняться між собою в залежності від типу металу швів, а також особливостей процесів зварювання.

Використання БМ матеріалів при виконанні одношарових наплавок (а також стикових з'єднань, виконаних за 3 - 4 шари) призводить до виникнення в зварних з'єднаннях складного напруженого стану.

Внаслідок протікання в БМ швах структурних перетворень при 600…4000С в них формуються розтягуючі напруження X та Y, величина яких в одношарових наплавках не перевищує (0,2…0,5)0,2 відповідних швів. Величина залишкових напружень в швах, що виконані за багато проходів, на 30…40 % перевищує той рівень, який був зафіксований у з'єднаннях зі швами, що виконані за один прохід. Залишкові напруження на цьому рисунку показані лише для середньої частини пластин (де розташовані метал шва та ЗТВ з'єднань, що досліджені). Частина епюр в основному металі не наведена.

В металі ЗТВ з'єднань з БМ швами в поздовжньому напрямку також утворюються розтягуючі напруження. Їх величина в залежності від режимів зварювання може істотно відрізнятись. В поперечному напрямку в металі ЗТВ з одношаровими наплавками сформовані стискуючі напруження Y =-100..-500 МПа. В з'єднаннях, які виконані за багато проходів, розподіл залишкових напружень в ЗТВ відрізняється від раніше розглянутого технологічного варіанта. В ній на відстані 4…7мм від границі сплавлення виникають залишкові розтягуючі напруження Y (близькі за величиною до тих, що спостерігаються в сусідніх зонах металу шва). Далі вони так само, як і в з'єднаннях з одношаровими наплавками, переходять у стискуючі.

В з'єднаннях з ФБ швами характер напруженого стану не відрізняється від того, який спостерігається у з'єднаннях з БМ матеріалами. В поздовжньому та поперечному напрямках метал шва знаходиться під впливом розтягуючих залишкових напружень. Їх величина може досягти (0,6…0,8) 0,2 відповідних швів: X180…420 МПа, Y100…200 МПа.

В поздовжньому напрямку метал ЗТВ таких з'єднань знаходиться під впливом залишкових розтягуючих напружень. Проте їх загальна величина у порівнянні із з'єднаннями з БМ швами, нижча майже в 1,4 рази. Це зумовлено протіканням структурних перетворень в ФБ швах при більш високих температурах та меншою ступенем впливу на протікання термодеформаційних процесів в ЗТВ. В поперечному напрямку в ЗТВ одношарових наплавок також зформувались залишкові стискуючі напруження (Y=-80…-390 МПа).

Метал шва та ЗТВ зварних з'єднань з одношаровими аустенітними швами в поздовжньому та поперечному напрямках знаходяться під дією розтягуючих напружень. Розподіл напружень в поперечному напрямку вельми неоднорідний. В з'єднаннях, які виконані ручним електродуговим зварюванням, їх рівень складає Y 60…140 МПа. При автоматичному зварюванні під флюсом вони є значно вищими (Y 280…370 МПа). При автоматичному зварюванні більша кількість розплавленого металу може утруднювати протікання пластичних деформацій в процесі охолодження таких з'єднань та сприяти підвищенню поперечних розтягуючих напружень в металі шва та ЗТВ.

Виконання комбінованих зварних з'єднань з різними типами швів є одним з технологічних заходів, який спрямовано на підвищення технологічної міцності зварних з'єднань високоміцних сталей. Отримані результати свідчать, що в поздовжньому та поперечному напрямках по всій довжині зразків метал швів знаходиться під впливом розтягуючих залишкових напружень. Загальний їх рівень в залежності від технологічних варіантів зварювання складає (0,44…0,72)0,2 основного металу. В найбільшій мірі вплив специфіки складу кореневих швів та умов протікання при цьому термодеформаційних процесів вплинуло на формування залишкових напружень в металі ЗТВ.

Найнижчий рівень залишкових поздовжніх напружень (X=300 МПа) спостерігається в ЗТВ зварних з'єднань, кореневі шви яких виконані аустенітними зварювальними матеріалами (А+БМ). Дослідження свідчать, що склад кореневих швів здійснює визначальний вплив і на формування напружень Y в металі ЗТВ. В з'єднаннях, кореневий шов яких виконаний А матеріалами, ЗТВ є розтягнутою, так як у тих з'єднаннях, які повністю виконувались А матеріалами.

В той же час ЗТВ зварних з'єднань, кореневі проходи яких виконувались ФП та БМ матеріалами, в поперечному напрямку переважно знаходяться під дією залишкових стискуючих напружень. На відміну від з'єднань з наплавками в один шар, у жорстко закріпленних з'єднаннях, які мають багато проходів, в поперечному напрямку дільниці ЗТВ, які є сусідніми до металу швів, на відстані 2…3 мм також знаходяться у розтягнутому стані. Це може бути обумовлено жорсткістю закріплення, а також тим, що в таких з'єднаннях в металі БМ шва та БМ сталі в деякий період часу структурні перетворення та пластичні деформації відбуваються практично одночасно (та багаторазово).

Вплив технологічних процесів на формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях та вибір основних параметрів зварювання конструкцій із високоміцних сталей.

Використання в якості основного технологічного варіанту БМ швів як правило передбачає чітку регламентацію процесів зварювання. Визначенню ролі кожного із параметрів можуть бути присвячені спеціальні дослідження. В цій роботі розглядаються деякі з них, які можуть здійснити істотний вплив на технологічну міцність зварних з'єднань: термічні цикли зварювання та попередній підігрів.

Термічні цикли зварювання. Загалом дослідження виконувались на пластинах зі сталі 14ХГ2САФД. В канавках вздовж вісі цих зразків автоматичним зварюванням під флюсом, а також ручним електродуговим зварюванням виконувались одношарові наплавки на різних тепловкладеннях (відповідно QЗВ`=10…30 кДж/см та 10…18 кДж/см). При цьому використовувались зварювальні матеріали, які забезпечують отримання БМ швів.

Найнижчий та рівномірний рівень напружень спостерігається в зварних з'єднаннях, які виконані при мінімальному тепловкладенні (QЗВ`10 кДж/см). В цьому випадку метал шва в поздовжньому напрямку знаходиться під впливом розтягуючих напружень Х180…200 МПа. Підвищення QЗВ призводить до збільшення розтягуючих напружень в зварних з'єднаннях. В металі швів вони збільшились майже в 1,7 раза. В металі ЗТВ це збільшення напружень Х ще значніше (в 3,9 рази), що, мабуть, зумовлено збільшенням перебування металу ЗТВ при високих температурах. Всі ці закономірності зберігаються і в поперечному напрямку зварних з'єднань.

Така різниця у впливі QЗВ на залишкові напруження може бути обумовлена різним об'ємом та характером структурних перетворень, а також шириною зони пластичної деформації. У високоміцних сталях у порівнянні з низьковуглецевими сталями вона дещо вужча.

Результати виконаних досліджень свідчать про необхідність обмеження режимів зварювання НЛВ сталей (QЗВ 18…20 кДж/см).

Попередній підігрів. У відповідності з описаним вище підходом, на пластинах зі сталі 14ХГ2САФД автоматичним зварюванням під флюсом та ручним електродуговим зварюванням виконувались одношарові наплавки на однаковому тепловкладенні (QЗВ10 кДж/см). Підігрів пластин здійснювався стандартними зварювальними пальниками: по обидва боки від канавки до досягнення необхідної його величини (70, 130 та 250 0С).

Результати досліджень свідчать про неоднозначний вплив попереднього підігріву та особливостей структурних перетворень зварних з'єднань на формування поля залишкових напружень НЛВ сталей. При обраних умовах підігріву у всіх зразках підвищуються залишкові розтягуючі напруження Х. В металі швів таке підвищення складає 20…70 %.

В ЗТВ з'єднань, що виконані ручним електродуговим зварюванням, підігрів до 130 0С сприяв незначному підвищенню напружень (на 11…18 %). При автоматичному зварюванні під флюсом він у більшій ступені сприяв підвищенню розтягуючих напружень в металі ЗТВ: відповідно на 60 та 120 % при підігріві до 130 та 250 0С. Така різниця у його впливі обумовлена різним часом перебування металу ЗТВ в діапазоні температур 800…100 0С та відмінностями у швидкостях охолодження у цьому діапазоні температур. У випадку ручного електродугового зварювання вони мають повільніший характер у порівнянні із автоматичним зварюванням під флюсом. В поперечному напрямку відносно вісі шва підігрів також сприяє підвищенню рівня напружень: розтягуючих в металі шва та стискуючих в ЗТВ.

З точки зору забезпечення мінімального рівня залишкових напружень в з'єднаннях НЛВ сталей температура їх попереднього підігріву не повинна перевищувати 70…130 0С.

Багатошарове зварювання стикових з'єднань. Виготовлення конструкцій із високоміцних сталей в багатьох випадках передбачає зварювання за багато проходів стикових з'єднань, вузлів та великих секцій. При цьому в залежності від умов та місця проведення цих робіт є можливим використання різних матеріалів та технологічних процесів. Для імітації таких умов були підготовлені стикові зразки зі сталі 14ХГН2МДАФБ з розмірами 450 х 450 х 30 мм з V-подібним розкриттям кромок. Стабільність їх розмірів досягалась за рахунок використання спеціальних технологічних рішень (виводних планок, а також збірно-зварювальних пристосувань).

Розподіл залишкових напружень в таких з'єднаннях істотно не відрізняється від того, що спостерігається при виконанні одношарових наплавок. Напруження БМ швів та ЗТВ з'єднань, що виконані на великому тепловкладенні, складають Х 570…610 МПа, що близько до 0,2 сталі. В цьому випадку під дією високих розтягуючих напружень знаходяться значні зони з'єднання по обидва боки від металу шва (43…45 мм). В з'єднаннях, які виконані на обмежених тепловкладеннях, характер розподілу залишкових напружень зберігається. Проте рівнь їх значно знизився: Х 200…380 МПа в швах та Х `300…450 МПа в ЗТВ та скоротилась ширина цієї зони (33…34 мм).

В поперечному напрямку метал швів та ЗТВ цих з'єднань знаходиться під дією розтягуючих напружень Y. Їх величина складає 420…430 та 170…180 МПа для різних тепловкладень (відповідно QЗВ 33 та 10 кДж/см). Проте ширина таких зон ЗТВ в залежності від технологічних варіантів (погонної енергії зварювання та порядку накладення швів) коливається від 5…6 до 8…9 мм. Далі ці напруження, як і у варіанті з наплавкою за один шар, переходять у стискуючі. Величина цих напружень є достатньо близькою до рівня розтягуючих напружень сусідніх швів.У даному випадку отримані результати можуть бути пояснені завдяки використанню принципу Ле-Шательє. Однак, зважаючи на те, що теплофізичні властивості БМ та ФБ швів є значно нижчими у порівнянні з А швами, то й дія принципу у даному випадку проявляється у меншій ступені.

Рекомендації щодо зниження залишкових напружень в зварних з'єднаннях НЛВ сталей. У процесі виготовлення конструкцій із НЛВ сталей забезпечити мінімальний рівень залишкових напружень в зварних з'єднаннях уявляється можливим за рахунок оптимального вибору зварювальних матеріалів, погонних енергій зварювання, температур попереднього підігріву, послідовності накладення швів, а також конструктивної форми розкриття кромок.

При виготовленні конструкцій із НЛВ сталей як основний технологічний варіант передбачається використовувати леговані матеріали, які забезпечують отримання БМ швів з властивостями, які рівноцінні основному металу. Для підвищення опору багатошарових швів виникненню холодних тріщин, кореневі проходи можуть виконуватися матеріалами, які забезпечують отримання ФБ або А швів. Більш доцільно в таких випадках виконання А швів (за умови подальшого удосконалення технологічних процесів зварювання).

Режими зварювання НЛВ сталей не повинні виходити за границі рекомендованих параметрів в залежності від товщини металу та температури підігріву. Треба обмежувати їхні верхні рівні при різних процесах зварювання QЗВ18…20 кДж/см при механізованому зварюванні під флюсом та QЗВ`13…14 кДж/см при механізованому зварюванні в захисних газах та ручному електродуговому.

Попередній підігрів (до 70…130 0С ) з'єднань повинен здійснюватись стандартними нагрівальними приладами. Ширина зони нагріву повинна бути не менше, ніж 80…100 мм по обидва боки від місця накладення швів. Тривалість нагріву з'єднань повинна складати 1,5 - 2 хв на 1 мм товщини металу з моменту досягнення ним необхідної температури.

Стикові з'єднання високоміцних сталей доцільно готувати із розкриттям кромок (V - подібним або X - подібним в залежності від товщини металу), яка повинна заповнюватись при багатошаровому зварюванні. Перші (кореневі) проходи таких з'єднань доцільно виконувати "м'якими швами". При наступному заповненні розкриття кромок БМ металом необхідно уникати використання у верхньому шарі швів великого перерізу (шириною > 13…14 мм).

Результати досліджень були випробувані та втілені при ремонтно -відновлювальному зварюванні металоконструкцій бурової та гірничорудної техніки із високоміцних сталей 14Х2ГМРЛ та 14ХГ2НМЛ з границею текучості 500 - 600 МПа (шківи, захвати, ексцентрики бурових насосів и т.п.). Контроль зварних з'єднань засвідчив, що вони після відновлення повністю відповідають технічним вимогам, які до них пред'являють.

Загальні висновки

1. На основі результатів досліджень кінетики протіканя фазових та структурних перетворень в легованому металі швів та ЗТВ під дією термодеформаційних процесів, врахування основних закономірностей формування напружень, а також використання розрахункових методів визначено вплив технологічних процесів дугового зварювання на розподіл залишкових напружень в зварних з'єднаннях НЛВ сталей з 0,2 600 МПа. Результати, які отримано, дозволяють прогнозувати значення та їх розподіл в залежності від типу метала шва (БМ, ФП та А) та швидкості охолодження (при комбінованому впливі погонної енергії зварювання та попереднього підігріву).

2. Використання швів з різними структурами (БМ, ФБ та А) дозволяє регулювати рівень залишкових напружень в зварних з'єднаннях НЛВ сталей. Метал багатошарових швів, які виконані такими зварювальними матеріалами на обмежених тепловкладеннях, в поздовжньому та поперечному напрямках знаходиться під дією залишкових розтягуючих напружень. Однак, внаслідок протікання структурних перетворень при температурах 500…300 0С, величина поздовжніх напружень в швах, які виконані БМ матеріалами, може складати Х(0,3…0,5) від його границі текучості. При використанні матеріалів інших систем легування (отже - зміни умов протікання в них структурних перетворень) вони будуть дещо вищими відносно відповідних границь текучості: Х`(0,6…0,8)0,2 в ФП швах та Х``(0,8…0,9)0,2 в А швах.

В поперечному напрямку рівень залишкових напружень в таких швах мало залежить від особливостей їх структур і, як правило, складає Y 180…300 МПа.

3. В ЗТВ з'єднань, які виконані за багато проходів БМ швами, також формуються залишкові розтягуючі напруження величиною Х0,4…0,6)0,2 основного металу. Для швів інших систем легування умови формування напружень в ЗТВ більш сприятливі, що і обумовлює зниження їхнього рівня у порівнянні з основним технологічним варіантом. При використанні ФП матеріалів структурні перетворення в швах відбуваються при більш високих температурах (Т 800…600 0С), що сприяє зниженню загального рівня залишкових напружень Х в ЗТВ майже в 1,4 раза. В ЗТВ з'єднань з А швами їх рівень знаходиться в діапазоні величин Х=100…200 МПа.

Характер формування поперечних напружень в ЗТВ залежить від особливостей виконання зварних з'єднань та характеру їх закріплення. В з'єднаннях з наплавками в один шар, які виконані БМ та ФП матеріалами, вони, як правило, - стискуючі, а у випадку використання А матеріалів - розтягуючі. В ЗТВ жорстко закріплених з'єднань, що виконані за багато шарів всіма трьома типами швів, залишкові напруження - розтягуючі. Їх рівень близький за своєю величиною з напруженнями сусідніх зон металу шва. Ширина цієї зони ( 3…8 мм) залежить від технологічних факторів (режиму зварювання, кількості швів і т.п.).

4. Підвищення погонної енергії при зварюванні високоміцних сталей сприятиме збільшенню розтягуючих напружень всіх зон зварних з'єднань. Найінтенсивніше цей процес відбувається в ЗТВ, де в залежності від умов зварювання вони можуть досягти рівня границі текучості основного металу.

Для забезпечення мінімальних залишкових напружень рівень погонної енергії не повинен перевищувати Qсв<20 кДж/см. При цьому доцільно обирати такі співвідношення сили струму, напруги дуги та швидкості зварювання, коли при інших рівних умовах скорочується час перебування металу шва та ЗТВ вище температур АС3 (6,0…6,5 с).

5. Попередній підігрів сприяє формуванню сприятливих структур металу ЗТВ та діфузії зі зварного з'єднання водню. З точки зору формування залишкових напружень в з'єднаннях високоміцних сталей його вплив є неоднозначним. Стосовно до обраних умов досліджень, він сприяє незначному підвищенню розтягуючих напружень. Найбільш сприятливими для підігріву високоміцних сталей слід вважати температури 70…130 0С. Підвищення їх до 250 0С сприяє значному підвищенню залишкових напружень в зварних з'єднаннях високоміцних сталей.

6. Характер формування залишкових напружень в багатошарових стикових з'єднаннях визначає як технологія зварювання кореневих проходів, так і техніка виконання швів в останньому шарі, який замикає з'єднання. Вибір матеріалів (БМ, ФП або А) та режимів зварювання при виконанні кореневих проходів обумовлює рівень та знак напружень в таких з'єднаннях при наступному їх заповненні бейнітно-мартенситними швами. У той же час кількість та порядок швів, які накладаються у останньму шарі, визначає розподіл напружень на поверхні багатопрохідних з'єднань.

7. За результатами досліджень, що проведені, розроблені основні рекомендації по зниженню залишкових напружень в зварних конструкціях високоміцних сталей за рахунок вибору матеріалу зварних швів, тепловкладень при зварюванні і температур попереднього підігріву, а також оптимізації порядку заповнення розкриття кромок стикових з'єднань, що виконані за багато проходів. Основні результати цих робіт знайшли застосування при виготовлені конструкцій важкого машинобудування із високоміцних сталей на ВАТ "Уралмаш".

Основний зміст дисертації опубліковано в наступних роботах

1. Влияние особенностей технологии сварки под флюсом на напряженное состояние сварных соединений высокопрочной стали /Л.М.Лобанов, Л.И.Миходуй, В.А.Пивторак, О.Л.Миходуй и др. // Автомат. сварка.-1995.-№ 9.-С.21-23.

2. Effect of weld metal type on the stressed state of high-strength steel welded joints /L.M. Lobanov, L.I. Mikhoduj, V.A. Pivtorak, О.L. Mikhoduj and other// Preceedings of the International Conference "Welded Structures", Kyiv, Ukraine, 18 - 22 September, 1995, p. 87 - 95.

3. Неразрушающий голографический контроль элементов сотовых конструкций из композиционных материалов/В.А.Пивторак, В.Г.Тихий, Г.В.Черкашин, И.В.Киянец, О.Л.Миходуй//Международная конференция "Сварные конструкции", Киев, 18 - 22 сент.1995 г., Тезисы докладов, с.60 - 61.

4. Влияние погонной энергии сварки и температуры предварительного подогрева на остаточные напряжения в сварных соединениях высокопрочных сталей/ Л.И.Миходуй, В.А.Пивторак, О.Л.Миходуй, В.Д.Позняков// Международная конференция "Сварные конструкции", Киев, 18 - 22 сент.1995 г., Тезисы докладов, с.29 - 30.

5. Особенности замедленного разрушения металла швов высокопрочных сталей /Л.И.Миходуй, С.Л. Жданов, А.А. Сергиенко, О.Л.Миходуй и др. // Автомат. сварка.-1997.-№ 9.-С.9 - 13.

6. Определение остаточных напряжений с использованием трехмерного решения задачи Кирша/ В.А.Пивторак, П.Д.Кротенко, С.Г.Андрущенко, О.Л.Миходуй, В.Н.Чехов, К.А.Королев//Международная конференция "Сварка и родственные технологии - в ХХІ век". Тезисы докладов. 1998г., с. 91 - 92.

7.Влияние режимов ручной электродуговой сварки на формирование остаточных напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей/В.Д.Позняков, О.Л.Миходуй// Международная конференция "Сварка и родственные технологии - в ХХІ век". Тезисы докладов. 1998г., с. 97.

8. Особенности протекания термодеформационных процессов при дуговой сварке высокопрочных сталей /Л.М.Лобанов, Л.И.Миходуй, В.Г. Васильев, В.Д. Позняков, О.Л.Миходуй и др.// Автомат. сварка.-1999.-№ 3.-С.3-11.

9. Лобанов Л.М., Міходуй Л.І., Міходуй О.Л. Залишкові напруження в зварних з'єднаннях високоміцних сталей//Механіка руйнування і міцність конструкцій (випуск 2): В 3-х т.: /Під заг. Ред. Панасюка В.В.-Львів: Каменяр, 1999.-т1.-С.21 - 30.

Анотація

Міходуй О.Л. Вплив технологічних факторів на формування напруженого стану зварних з'єднань високоміцних сталей.-Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06.-"Зварювання та споріднені технології".-Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона НАН України, Київ, 2000.

Дисертація присвячена дослідженню характеру розподілу залишкових напружень в зварних з'єднаннях та оптимізації процесів зварювання для зменшення їх рівня в конструкціях низьковуглецевих легованих бейнітно-мартенситних сталей з границею текучості 600 МПа.

Досліджено вплив теплофізичних процесів та структурних перетворень на закономірності формування залишкових напружень в зварних з'єднаннях. Розроблений експериментально-розрахунковий підхід, що дозволяє прогнозувати характер протікання температурних деформацій в металах швів та ЗТВ та оцінювати їх вплив на закономірності формування залишкових напружень в зварних з"єднаннях. Відпрацьований голографічний метод досліджень залишкових напружень в з'єднаннях високоміцних сталей.

Розглянуто вплив структури металу швів (бейнітно-мартенситних, ферріто-перлітних та аустенітних) на формування в них залишкових напружень. Істотний вплив на рівень цих напружень здійснює співвідношення температур структурних перетворень металу шву та ЗТВ.

Досліджено вплив параметрів режимів зварювання та температур попереднього підігріву на формування залишкових напружень. Розроблені основні положення технологічних процесів, за яких в зварних з"єднаннях високоміцних сталей забезпечується мінімальний рівень залишкових напружень.

Ключові слова: дугове зварювання, високоміцні сталі, бейнітно-мартенситні перетворення, голографічна інтерферометрія, термічний цикл, опірність з"єднань уповільненому руйнуванню

Summary

Mikhoduj O.L. Effect of technological factors on the formation of residual stresses in high-strength steel welded joints.- Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences on specialty: 05.03.06. “Welding and allied technologies”.

The work is dealing with the investigation of a nature of distribution of residual stresses in welded joints and optimizing the processes of welding for reducing their level in structures made from low-carbon alloyed bainitic-martensitic steels of 600 MPa yield strength.

The effect of thermophysical processes and structural transformations on the regularities of formation of residual stresses in welded joints is studied. An experimental-calculation approach has been developed which can predict the mode of proceeding the temperature deformations in weld metals and HAZ and evaluate their influence on the laws of formation of residual stresses in welded joints. Prediction of a mode of formation of residual stresses in welded joints was made depending on the composition and peculiarities of phase transformations in the deposited metal and also specific features of technological processes of welding. The holographic method of examination of residual stresses in high-strength steel joints was optimized.

The effect of structure of weld metals (bainitic-martensitic, ferritic-bainitic and austenitic) on the formation of residual tensile stresses in them are considered. It is shown that in longitudinal direction the HAZ of welded joints is also located under the action of tensile stresses. The ratio of temperatures of structural transformations in weld metal and HAZ greatly influence the level of these stresses.

The effect of welding condition parameters and preheating temperatures on the formation of residual stresses was studied. The main principles of technological processes have been developed which provide the minimum level of residual stresses in high-strength steel welded joints.

Keywords: arc welding, high-strength steels, bainitic-martensitic transformations, residual stresses, holographic interferometry, thermal cycle, resistance of joints to a delayed fracture.

Аннотация

Миходуй О.Л. Влияние технологических факторов на формирование остаточных напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.03.06.-"Сварка и родственные технологии". - Институт электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена исследованию характера распределения остаточных напряжений в сварных соединениях и оптимизации процессов сварки для уменьшения их уровня в конструкциях их низкоуглеродистых легированных бейнитно - мартенситных сталей с пределом текучести 600 МПа.

Исследовано влияние теплофизических процессов и структурных превращений на закономерности формирования остаточных напряжений в сварных соединениях. Разработан экспериментально - расчетный подход, который позволяет прогнозировать характер протекания температурных деформаций в металлах швов и ЗТВ и оценивать их влияние на закономерности формирования остаточных напряжений в сварных соединениях. На основе его использования проведен анализ характера формирования остаточных напряжений в соединениях высокопрочных сталей в зависимости от состава и особенностей фазовых превращений в наплавленном металле, а также специфики технологических процессов сварки. Установлено, что в процессе нагрева и охлаждения ЗТВ и металла шва НЛВ сталей в зависимости от состава и характера протекания структурных и фазовых превращений существенно повышаются их пределы текучести ( в 1,2…1,5 раза для исследованных составов), а переход в термопластическое состояние происходит при Т780 0С. Отработан голографический метод определения остаточных напряжений в соединениях высокопрочных сталей.

Рассмотрено влияние структуры металла швов на формирование в них остаточных растягивающих напряжений. В бейнитно - мартенситных швах, вследствие влияния структурных превращений, величина остаточных напряжений может составлять (0,3…0,5) от их 0,2. В феррито - бейнитных и аустенитных швах воздействие этого фактора сказывается в меньшей степени. И это будет способствовать формированию в них более высокого уровня напряжений: (0,6…0,9) от их пределов текучести. В продольном направлении ЗТВ сварных соединений также находятся под воздействием растягивающих напряжений. На уровень этих напряжений существенное воздействие оказывает соотношение температур структурных превращений металла шва и ЗТВ.

Изучено влияние технологических процессов на формирование остаточных напряжений. Показано, что параметры режимов сварки и температур предварительного подогрева позволяют существенно регулировать уровень остаточных напряжений в сварных соединениях. Сформулированы основные подходы к их выбору. Разработаны основные положения технологических процессов, при которых в сварных соединениях высокопрочных сталей обеспечивается минимальный уровень остаточных напряжений.

Ключевые слова: дуговая сварка, высокопрочные стали, бейнитно - мартенситные превращения, остаточные напряжения, голографическая интерферометрия, термический цикл, сопротивляемость соединений замедленному разрушению.

...