ГЛАВА 2
Экспериментальное изучение условий образования горячих трещин
2.1. Оценка трещиностойкости сварных соединений с помощью установки Varestraint
Test
2.1.1. Оценка пластичности никелевых сплавов в температурных интервалах
хрупкости.
На основе положений теории прочности создано много различных вариантов
технологических и машинных проб [88-100], позволяющих воспроизвести
деформационный процесс сварки и оценку пластичности металла в ТИХ, т.е.
склонности металла к образованию горячих трещин. К существующим методам можно
отнести ЛТП-1, ИМЕТ – ЦНИИЧМ, Varestraint Test.
В наиболее полной мере требованиям количественной оценки склонности к
образованию горячих трещин в характерных зонах структурной и химической
неоднородности отвечает машинный метод, впервые предложенный В.Севеджем [66] и
обеспечивающий высокий темп динамического деформирования кристаллизующегося и
остывающего металла шва и зоны термического влияния при сварке. Этот метод
позволяет оценить температуру образования трещин, и разделить трещины по
температурным интервалам хрупкости метала, а также определить критические
величины деформации, рис. 2.1.1.
Было выполнено сравнительное исследование [101] которое показало, что испытание
трещиностойкости с помощью методики Varestraint Test позволяет получить
сопоставимые результаты.
Основными факторами образования трещин являются:
Интенсивность деформирования металла;
Величина температурного интервала хрупкости (ТИХ);
Пластичность металла в этом температурном интервале.
Рис. 2.1.1 Температурные интервалы хрупкости металла швов типа 304, 321, 316,
310 при их испытании на установке Trans-Varenstraint Test [102]
В зависимости от направления деформирования металла шва относительно
направления сварки различают методы Varestraint Test и Trans Varestraint Test.
При реализации метода Varestraint Test сварка образца из исследуемого сплава
осуществляется неплавящимся электродом в защитном газе аргоне без присадки.
Скорость динамического деформирования образца во время сварки, благодаря
применению пневматических систем нагружения, достигает величины 300 м/сек.
Заданная величина скорости деформирования выбирается из условия уменьшения
погрешности оценки ТИХ-I (BTR) и определяется минимальной величиной продвижения
фронта кристаллизации за время деформирования. При скорости деформирования 300
мм/сек, время максимальной деформации, применяемой в опытах (e~1-2%) составляет
величину 0.03 сек , что при скорости сварки 10,5 м/час дает среднюю величину
перемещения фронта кристаллизации в центре шва около 0,12 мм. С учетом величины
градиента температур свариваемого металла в районе кристаллизации получаем
погрешность оценки температурного интервала хрупкости на указанном оборудовании
не более 5-10°С.
Основными показателями склонности к образованию горячих трещин являются:
- протяженность температурного интервала хрупкости (ТИХ), °С;
- величина критической деформации eкр %, превышение которой приводит к
образованию трещины в соответствующем температурном интервале.
В результате обработки экспериментальных данных определяются закономерности,
которые характеризуют деформационную способность исследуемого сплава, что
позволяет рассчитать допустимый темп нарастания деформации, превышение которого
приводит к возникновению трещины.
На рис.2.1.2 показаны основные узлы установки, на которой производилась оценка
свариваемости.
Рис.2.1.2 Фрагмент установки с блоком деформирования:
1 – станина;
2 – механизм нагружения;
3 – оправка определенного радиуса;
4 – сварочная горелка;
5 – механизм перемещения.
Размер образцов, исходя из конструктивных особенностей машины составляет
величину 150Ч165мм для Transvarestraint Test и их ширина может быть уменьшена
до 60Ч165 мм для метода Varestraint Test. Указанные размеры приемлемы при
оценке свариваемости листовых металлических материалов.
В случае исследования литых конструкционных материалов, к которым относятся и
никелевые жаропрочные сплавы с гў-упрочнением, указанные размеры образцов не
могут быть обеспечены из-за условий литья.
В связи с этим исследования по оценке трещиностойкости литых сплавов выполняли
на составных образцах, рис 2.1.3. Толщина подложки из аустенитного материала
выбиралась равной 5мм, толщина образца из исследуемого сплава – 1,7-2,2мм.
Размеры литого образца 50Ч75мм.
Рис. 2.1.3. Вид составного образца из сплава ЧС-70 после испытаний на установке
Varestraint Test. Величина деформации равна 0,1%
Процедура проведения опыта предусматривает проплавление пластины без присадки
вольфрамовым электродом. Начальная часть шва выполняется без деформации. В
момент нахождения сварочной ванны над верхней точкой оправки включается
пневмопривод, перемещающий прижимы вниз. При этом процесс сварки не
прекращается, а продолжается еще некоторое время. В результате металл жидкой
ванны и всех зон как в шве, так и в зоне термического влияния подвергается
заданной деформации, инициируя образование горячих трещин.
На рис.2.1.4 показана принципиальная схема деформирования.
Рис. 2.1.4. Принципиальная схема деформирования на установке Varestraint test
Деформации e наружных слоев образца при изгибе рассчитывают в процентах по
формуле:
,
где t – толщина свариваемой пластины;
R – радиус оправки, на которой выполняется гибка
Во время проведения сварки в опыте регистрируется температура металла в момент
кристаллизации и последующего охлаждения шва путем погружения в жидкую ванну
вольфрам-рениевой термопары. Граничные температуры интервалов хрупкости, в
которых образуются трещины, определялись в соответствии со схемой, приведенной
на рис. 2.1.5.
Рис.2.1.5 Схема определения г
- Київ+380960830922