 |
Реклама. ООО ГК "Велунд Сталь Сибирь" ИНН 5405075282 Erid: 2SDnjf1Guop
| |
Сварные конструкции, в которых применяют высокопрочные сплавы титана, работают в большинстве случаев в области малоцикловых нагрузок, характеризующихся небольшой частотой нагружения (порядка 5-200 циклов в минуту), плавным изменением величины нагрузки и усталостным видом разрушения.
Литературные данные по долговечности сварных соединений титановых сплавов при малоцикловых нагрузках относятся в основном к низколегированным сплавам небольшой прочности, имеющим значительный запас пластичности и способных к повторной деформации.
Известно, что с повышением уровня прочности и снижением пластических характеристик малоцикловая усталость (МЦУ) конструкционных сталей снижается, поэтому значительный интерес представляет выяснение аналогичной связи между свойствами основного материала и сварных соединений высокопрочных сплавов титана и их малоцикловой усталостью.
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ
Ввиду того, что процессы разрушения в области малоцикловых нагрузок определяются локальными пластическими деформациями, основное внимание уделяют исследованию влияния на долговечность сварных соединений факторов трех основных групп:
1. Факторов металлургического характера, которые определяют химический и фазовый состав металла шва и околошовной зоны, а также их механические характеристики. К таким факторам относятся вид сварки, тип электродной проволоки и режим предшествующей и последующей термической обработки.
2. Факторов, изменяющих величину концентрации напряжений в зоне сварного шва, таких как конструктивное оформление соединения, наличие усиления и проплава, расположение шва по отношению к действующей нагрузке и состояние поверхности основного металла и металла шва.
3. Факторов, связанных с воздействием дефектов металла шва, таких как концентрация напряжений ввиду изменения поля напряжений вокруг дефекта и повышенной чувствительности литого металла в зоне дефектов к хрупкому разрушению.
Основное внимание при этих исследованиях уделяли сравнительному влиянию на МЦУ различных видов дефектов, их количества и расположения по сечению сварного шва, а также воздействию поверхностного упрочнения на дефектные сварные швы с точки зрения уменьшения влияния дефектов как концентраторов напряжений. Все исследования выполняли на сплаве ВТ14 толщиной 3,0 мм и сплавах ВТ6, ВТ14, ВТ22 толщиной 10-60 мм.
Испытания на растяжение проводили на цилиндрических и плоских образцах при асимметричном цикле нагружения, с постоянным коэффициентом асимметрии r =вmin / вmax= 0,07 при частоте 8-10 циклов в минуту.
На изгиб испытывали натурные трубчатые образцы с толщиной стенки 10-15 мм, позволяющие оценить долговечность как сварного соединения в целом, так и непосредственно металла шва. Образцы нагружались гидропульсаторами при частоте 6-7 циклов в минуту.
Влияние вида сплава на МЦУ сварных соединений. Испытания вели на трех марках сплавов титана ВТ6, ВТ14 и ВТ22 с возрастающей степенью легирования в-стабилизирующими элементами и соответственно увеличивающимся пределом прочности.
 Образцы вырезали из плит толщиной 25 мм, сваренных плавящимся электродом проволокой СПТ2, без разделки кромок, а затем отжигали по режимам, оптимальным для каждого сплава. Механические свойства сварных соединений представлены в табл. 36. Разрушение образцов при статических и малоцикловых испытаниях во всех случаях происходило по металлу шва. Результаты испытаний представлены на рис. 66. Каждая точка на кривых соответствует среднему значению, полученному на трех-пяти образцах. Испытания проводили при трех уровнях напряжений. Несмотря на то, что состав электродного металла во всех случаях был одинаков, статическая выносливость исследованных швов оказалась различной. Это объясняется тем, что при сварке плавящимся электродом без разделки кромок состав шва и его механические свойства определяются главным образом характеристиками основного металла. Наибольшую работоспособность имели образцы сварных соединений сплава ВТ14. Пониженную статическую выносливость сварных соединений сплава ВТ6 можно объяснить, по-видимому, меньшим значением σв (см. табл. 36), а сплава ВТ22 - более низкой ударной вязкостью.
Образцы из этих сплавов, сваренные неплавящимся электродом с присадкой проволокой СПТ2 с предварительной широкой разделкой кромок, после испытаний при аналогичных условиях показали практически одинаковую малоцикловую усталость, определяемую прочностными и пластическими свойствами проволоки.
Влияние химического состава присадочного материала на МЦУ сварных соединений сплава ВТ22. Для соединения высокопрочных титановых сплавов большой толщины в основном применяют методы сварки с использованием присадочных материалов. Свойства сварных соединений в этом случае зависят от состава и свойств присадочных материалов, что особенно заметно при многопроходной сварке неплавящимся электродом с разделкой кромок, когда особенно велика доля участия присадочного металла в формировании сварного шва. Форма и геометрические размеры такого шва с пределом прочности меньшим, чем основного металла, оказывают существенное влияние на свойства сварного соединения, в том числе и на его малоцикловую усталость (табл. 37).
На рис. 67 представлены значения долговечности сварных швов, выполненных неплавящимся и плавящимся электродами с различными присадками. Исследования проводили на цилиндрических образцах (рис. 65, а), которые испытывали при напряжении ви = = 57 кгс/мм2 в отожженном состоянии.
Анализ полученных результатов позволяет установить определенную зависимость между работоспособностью и механическими характеристиками швов, выполненных плавящимся и неплавящимся электродами. Наибольшей выносливостью при данном виде нагружения обладают швы, выполненные с применением присадочного материала из среднелегированного сплава СПТ2 (рис. 67, а).  Повышение прочности металла шва путем применения высоколегированной присадки из сплава ВТ17 приводит к резкому понижению пластичности металла шва и одновременно к понижению статической выносливости. Использование присадки из технического титана ВТ1-0 обусловливает высокую пластичность литого металла. Однако из-за низкой прочности шва повышается уровень напряжений и понижается долговечность сварных соединений.
Применение присадочного материала при сварке сплава ВТ22 зависит от требований, предъявляемых к сварным соединениям. Чтобы обеспечить максимальную работоспособность швов при циклической нагрузке, присадочный материал должен быть близок по составу к сплаву СПТ2. С целью повышения прочности металла шва возможно применение в качестве присадочного материала и более легированного сплава типа ВТ17, но это ведет к снижению ресурса сварной конструкции.
При однопроходной сварке плавящимся электродом без разделки или с узкощелевой разделкой кромок доля участия присадочного металла в образовании сварного шва незначительна, что уменьшает влияние присадки на химический состав и, следовательно, на механические свойства шва. Однако и в этом случае характер зависимости свойств от состава присадочной проволоки такой же, как при многопроходной сварке неплавящимся электродом.
Выносливость сварных швов, имеющих дефекты, понижается независимо от типа присадочной проволоки; при одинаковом числе дефектов долговечность швов, выполненных среднелегированной присадочной проволокой СПТ2, наиболее высокая.
Влияние вида сварки на МЦУ металла шва сплава ВТ22. Долговечность металла сварного шва зависит от его химического состава, степени дефектности и вида последующей термической обработки, определяющей его фазовый состав. Все эти факторы влияют и на механические характеристики наплавленного металла; так, путем изменения доли участия присадочной проволоки в формообразовании шва на сплаве ВТ22 от 0 (сварка глубоким проплавлением) до 90% (сварка с широкой разделкой) можно получить металл шва с пределом прочности в отожженном состоянии 105-80 кгс/мм2 при соответствующем изменении ударной вязкости 3,0-10 кгс•м/см2. Эта зависимость характерна и для других высокопрочных титановых сплавов.
Если исключить влияние макродефектов, то при испытаниях на МЦУ бездефектных цилиндрических и плоских образцов сварных соединений в отожженном состоянии подтверждается прямая зависимость долговечности металла шва от его прочности и пластичности.
Результаты испытаний показывают, что основное значение при этом имеет ударная вязкость (см. табл. 38).
При всех рассматриваемых способах сварки, за исключением ЭШС, практически невозможно полностью устранить образование пор в металле шва, поэтому малоцикловая усталость сварных соединений высокопрочных сплавов титана определяется не только свойствами металла шва, но и влиянием рассматриваемого вида сварки на процесс порообразования (рис. 68).
При использовании технологического процесса и диапазона режимов, обеспечивающих уменьшение пористости в металле шва, долговечность сварного соединения значительно увеличивается. Анализ данных по МЦУ соединений, выполненных различными видами сварки, показывает, что из-за наличия мелкой, трудно определяемой пористости сварные соединения, выполненные электронно-лучевой сваркой, имеют наименьшую долговечность. Для таких швов характерно хрупкое разрушение, причем на изломах видно большое число мелких усталостных площадок (рис. 69).
Долговечность швов, выполненных однопроходной сваркой плавящимся электродом, при наличии в них пор, в 1,5-2 раза меньше, чем бездефектных соединений.
Многопроходная сварка неплавящимся электродом с присадкой позволяет получить швы с более высокой долговечностью, чем однопроходная сварка, но только при условии нанесения на проволоку бескислородных флюсов, уменьшающих вероятность возникновения пор в металле шва. Наибольшую долговечность металла шва при механических характеристиках его близких к механическим характеристикам швов, выполненных многопроходной сваркой, обеспечивает электрошлаковая сварка плавящимся мундштуком с подачей присадочных проволок. Для этого способа сварки благодаря дополнительному рафинированию флюсом металла шва и соответствующих условий его дегазации характерно почти полное отсутствие пор. | 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ