Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения
Приведены результаты экспериментов по качественной оценке влияния термомеханической обработки на прочность сварного точечного соединения. Показана целесообразность использования ударного приложения усилия сжатия при температуре вблизи точки рекристаллизации свариваемого металла. The paper gives th...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101362 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения / А.С. Письменный, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 47-50. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859861434260783104 |
|---|---|
| author | Письменный, А.С. Кислицын, В.М. |
| author_facet | Письменный, А.С. Кислицын, В.М. |
| citation_txt | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения / А.С. Письменный, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 47-50. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведены результаты экспериментов по качественной оценке влияния термомеханической обработки на прочность
сварного точечного соединения. Показана целесообразность использования ударного приложения усилия сжатия
при температуре вблизи точки рекристаллизации свариваемого металла.
The paper gives the results of experiments on qualitative assessment of the influence of thermomechanical treatment on
the strength of spot welded joint. Rationality of shock application of the compressive force at the temperature close to the
recrystallization point of the metal being welded is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:46:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
коуглеродистой сталей является более однород-
ной, если производить наплавку низкоуглеро-
дистой стали на аустенитную и заполнять шов
ферритным металлом. Однако заполнение шва
низкоуглеродистым нелегированным металлом
приводит к снижению прочности сварного соеди-
нения.
В дальнейшем для заполнения шва в качестве
присадочного материала использовали армко-же-
лезо, легированное небольшим количеством упроч-
няющих элементов. В целом показатели механи-
ческих свойств разнородных сварных соединений,
выполненных по предлагаемой технологии, пол-
ностью соответствуют требованиям, регламен-
тируемым ПНАЭ Г-7-010–89 для оборудования
АЭС.
Выводы
1. В ходе предварительных коррозионных испы-
таний сварных соединений разнородных сталей
20 и 08Х18Н10Т установлено, что их сварные
соединения в нейтральной среде хлористого натрия
(рН 6,5...7,0) представляют собой сложный много-
электродный элемент с разностью потенциалов
между основными металлами в сварном сое-
динении до 0,5 В, что обусловливает интенсивное
разрушение металла в зоне сплавления.
2. В процессе испытаний сварных соединений
при нагружении до 0,90σт в кипящем растворе
смеси азотнокислого кальция и нитрита аммония
в образцах, сваренных как по штатной техноло-
гии, так и при наплавке технического железа на
кромки стали 08Х18Н10Т, имеет место корро-
зионное растрескивание. В аналогичных условиях
испытаний образцов с наплавкой кромок углеро-
дистой стали армко-железом коррозионное раст-
рескивание не зафиксировано.
3. Разработанную технологию сварки трубо-
проводов второго контура из разнородных сталей
предполагается аттестовать на Хмельницкой АЭС.
1. Земзин В.Н. Сварные соединения разнородных сталей //
Сварка и свариваемые материалы. — М.: Металлургия,
1991. — Т. 1. — С. 422–442.
2. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легирован-
ных сталей. — М.: Машиностроение, 1981. — 248 с.
The main factors promoting corrosion cracking of welded joints of pipelines from dissimilar steels are analyzed. Welding
consumables and technologies allowing improvement of welded joint resistance to local corrosion damages are proposed.
Поступила в редакцию 10.09.2009
УДК 621.791.763.1
ВЛИЯНИЕ УДАРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА ШВА
НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
А. С. ПИСЬМЕННЫЙ, д-р техн. наук, В. М. КИСЛИЦЫН, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведены результаты экспериментов по качественной оценке влияния термомеханической обработки на прочность
сварного точечного соединения. Показана целесообразность использования ударного приложения усилия сжатия
при температуре вблизи точки рекристаллизации свариваемого металла.
К л ю ч е в ы е с л о в а : точечная контактная сварка, свар-
ное соединение, термомеханическая обработка, ударное
приложение усилия сжатия, измельчение кристаллической
структуры, механическая прочность
Как известно, наиболее распространенной причи-
ной снижения прочности сварного соединения яв-
ляется возникновение в зоне сварного шва нап-
ряжений растяжения, вызываемых усадкой ме-
талла в процессе охлаждения.
Для снижения уровня остаточных механичес-
ких напряжений используют термическую, тер-
момеханическую [1, 2] и ударно-механическую
виды обработки зоны сварного шва, которую про-
водят после завершения операции сварки. Нап-
ример, выполнение упрочнения способом «высо-
кочастотной механической проковки» [3, 4], «про-
ковкой пневмомолотом» [5] или «дробеструйной
обработкой» [6] позволяет увеличить в несколько
раз циклическую долговечность сварной конс-
трукции за счет перераспределения в зоне шва
остаточных механических напряжений. Указан-
ные способы упрочнения характеризуются мно-
гократным ударным приложением усилия сжатия,
осуществляемым со скоростью около сотни мет-
ров в секунду.
Термин «проковка» характеризует процесс
сварки со значительно меньшей скоростью при-
ложения усилия сжатия (не более десятка метров© А. С. Письменный, В. М. Кислицын, 2010
1/2010 47
в секунду) и однократностью воздействия, что
вызвано инерционностью узла пневмопривода пе-
ремещения электрода как на этапе сварки, так и
на этапе проковки.
В связи с этим возникла необходимость от-
казаться от термина из области контактной сварки
«проковка» и использовать термин из смежной
области техники — «ударная обработка металла»
[3–6], который характеризует высокоскоростную
и многократную обработку металла непосредс-
твенно в процессе сварки на этапе охлаждения
сварной точки.
К недостаткам термической обработки свар-
ных соединений относится необходимость дли-
тельного (в течение нескольких часов) нагрева
по определенному циклу или всего сварного из-
делия в печах, или не менее длительного локаль-
ного нагрева зоны сварного шва.
Однако в некоторых случаях оказалось возмож-
ным заменить дорогостоящую и энергоемкую
термообработку всего изделия дополнительным оп-
лавлением сварных швов с помощью дугового наг-
рева в аргоне. Эта технология разработана в ИЭС
им. Е. О. Патона. Результаты проведенных иссле-
дований показали, что аргонодуговое оплавление
сварных швов позволяет восстановить ударную вяз-
кость металла сварного шва, повысить предел вы-
носливости сварного соединения, что, как объяс-
няют авторы работы [7], связано со структурными
изменениями металла сварного шва.
Снижение уровня остаточных напряжений рас-
тяжения в сварных соединениях можно достичь
также за счет использования специальных при-
садочных материалов, характеризующихся низкой
температурой межфазных переходов в металле
сварного шва [8].
Формирование напряжений сжатий в сварных
соединениях происходит непосредственно в про-
цессе сварки, например, при точечной контактной
сварке с циклом проковки, предусматривающей
воздействие дополнительного и более высокого
усилия сжатия металла на этапе охлаждения об-
разовавшейся сварной точки. Данный вариант об-
работки нашел применение при сварке металлов,
склонных к образованию трещин и пор, в целях
снижения остаточных напряжений и повышения
усталостной прочности сварных соединений [9,
10]. Однако этот вариант обработки характери-
зуется незначительным уровнем создаваемых в
металле сварной точки напряжений сжатия из-за
невысокой скорости приложения усилия проков-
ки, инерционности механизма сжатия; к тому же
он исключает возможность варьирования момен-
том приложения импульса проковки относительно
температуры нагрева металла сварной точки.
К ударно-механическим видам обработки свар-
ных соединений относятся проковка пневматичес-
ким виброинструментом, дробеструйная и ультраз-
вуковая. В технической литературе имеется ин-
формация об увеличении циклической долговеч-
ности сварных соединений в несколько раз после
проведения операции проковки металла пневмо-
молотом или обработки его дробью. Ультразву-
ковая обработка также позволяет достичь увели-
чения механической прочности, например, при
обработке сварных соединений стали 20ХГСА и
некоторых сплавов алюминия [11, 12].
Из-за технологических недостатков, свойст-
венных указанным способам обработки, в насто-
ящее время широкое распространение получила
высокочастотная механическая проковка. Прове-
денные исследования [3, 4] показали, что исполь-
зование такого вида обработки даже без предва-
рительного нагрева металла позволяет достичь
более благоприятного перераспределения оста-
точных напряжений в поверхностных слоях ме-
талла и сформировать достаточно высокий уро-
вень напряжений сжатия, особенно в зоне пере-
хода металла шва к основному металлу.
Исходя из приведенного выше можно предпо-
ложить, что совместное воздействие термической об-
работки и механической проковки может оказаться
эффективным средством повышения как механичес-
кой прочности, так и предела выносливости сварных
соединений. Воздействие ударной обработки при по-
вышенной температуре, несомненно, должно увели-
чить глубину поверхностного слоя металла, подвер-
гаемого пластической деформации, а следовательно,
и размеры зоны перераспределения остаточных (пос-
ле сварки) механических напряжений.
Таким образом, возникают следующие вопро-
сы, требующие экспериментальной проверки воз-
можности повышения механической прочности
сварного соединения, а именно, определение оп-
тимального диапазона температуры, при которой
целесообразно ударное воздействие усилия сжа-
тия, оптимального соотношения энергии терми-
ческого и механического воздействия, оптималь-
ной скорости приложения усилия сжатия.
Решение этих вопросов представляет теорети-
ческий и практический интерес не только для со-
вершенствования способов сварки металлов и со-
единения новых конструкционных материалов, но
и при проведении ремонтно-профилактических
работ сварных конструкций. При этом необхо-
димо оценить также эффективность применения
для этой цели различных видов нагрева — элек-
троконтактного, дугового, газопламенного.
В настоящей работе предпринята попытка с
качественной стороны оценить перспективы удар-
ной обработки металла сварного шва при кон-
тактной сварке тонколистовой стали.
С целью технологической проверки ожидае-
мого положительного влияния ударного прило-
жения усилия сжатия на механическую прочность
за счет измельчения кристаллической структуры
48 1/2010
металла сварной точки нами проведены исследо-
вания по следующей методике. В качестве об-
разцов использовали пластины из стали Ст3 раз-
мером 100 30 1 мм. Выбор стали Ст3 толщиной
1 мм был обоснован повсеместно принятой в нас-
тоящее время практикой применения (ради уде-
шевления продукции за счет снижения срока
службы изделия с десятков лет до десятка меся-
цев) низколегированной тонколистовой стали с
ненормируемым содержанием примесей для мас-
сово выпускаемой продукции (например, изделий
для автомобилестроения, электротехнической ап-
паратуры, бытовой техники).
В состав лабораторной установки точечной
контактной сварки для проведения данного экс-
перимента входили блок регулирования количес-
тва импульсов сварочного тока (от 1 до 8 полу-
периодов) и блок установки момента выдачи им-
пульса напряжения на соленоид узла ударного
приложения усилия сжатия, регулируемого в пре-
делах от 1 до 12 полупериодов.
Образцы после механической и химической
очистки от загрязнений подвергали контактной
сварке на двух режимах: с применением устройс-
тва для создания ударного приложения усилия
сжатия и без термомеханической обработки. Для
сравнительной оценки прочности сварных соеди-
нений, полученных на указанных выше режимах,
сваренные пластины разрезали на полоски с ша-
гом 5 мм, которые попарно соединяли между со-
бой точечной контактной сваркой, как показано
на рис. 1.
Таким образом, при проведении испытаний на
разрыв одновременно подвергались разрывной
нагрузке три сварные точки, полученные на одном
режиме источника питания, но отличающиеся воз-
действием или отсутствием ударного приложения
усилия сжатия при температуре вблизи точки рек-
ристаллизации металла.
При этом для оценки влияния проковки на
прочность сварного соединения вместо измерения
разрушающего усилия оказалось достаточным за-
фиксировать разрушение одной из сварных точек,
имеющей минимальную прочность, т. е. наиболее
слабое звено в соединениях четырех полосок, сва-
ренных в трех точках.
Такая подготовка образцов сварных соединений
позволяет исключить ряд негативных факторов:
возможное влияние на прочность металла флукту-
аций его исходных свойств; различия в толщине
и химическом составе оксидных пленок на соеди-
няемых поверхностях; случайные отклонения ре-
жима сварки и температуры, при которой осущес-
твляется ударное приложение усилия сжатия.
Предложенная сравнительная оценка прочнос-
ти сварных соединений может рассматриваться
как методика качественной оценки эффективнос-
ти воздействия режимов нагрева и последующего
термомеханического воздействия. Несмотря на
ограниченный объем информации о прочности со-
единения, получаемой при использовании пред-
ложенной методики испытаний, ее преимущест-
вом является возможность оценки результатов
конкретной технологической пробы за минималь-
ное время, что особенно ценно при наладочных
работах.
Рис. 2. Схема подготовки сварных образцов к изготовлению
микрошлифов: а — перед сваркой; б — после сварки с лини-
ей разреза вдоль сварной точки; в — для изготовления мик-
рошлифа
Рис. 1. Схема подготовки образцов к испытаниям на разрыв:
1, 2 — сварные точки соответственно с проковкой и без нее;
3 — линии разреза
Рис. 3. Микроструктуры ( 100) металла сварной точки до
термомеханического воздействия (а) и металла зеркальной
половины этой же сварной точки после термомеханического
воздействия (б)
1/2010 49
Результаты проведенных испытаний образцов на
разрыв показали, что более 97 % сварных соеди-
нений разрушаются по сварным точкам, не под-
вергнутым ударному приложению усилия сжатия.
Для оценки влияния ударной проковки на из-
менение структуры металла сварной точки точеч-
ной сваркой изготовлены образцы (рис. 2, а), ко-
торые разрезали вдоль полосок и через сварную
точку (рис. 2, б). Одну из половинок сварной точ-
ки повторно нагревали до температуры (600 +
+ 50) °С (вблизи точки рекристаллизации стали)
и подвергали ударному усилию сжатия, начиная
с момента фиксации заданной температуры тер-
мопарой. Затем две половинки сварной точки
были соединены для изготовления микрошлифа,
как показано на рис. 2, в.
Поскольку время охлаждения металла сварной
точки выбранных нами образцов составляет около
0,5 с, сварная точка может быть подвергнута од-
ному или нескольким десяткам ударов даже при
частоте следования импульсов 50 Гц.
Как видно из рис. 3, микроструктуры зеркаль-
ных половинок одной сварной точки существенно
отличаются как размером кристаллитов, так и од-
нородностью структуры металла вблизи свароч-
ной точки. На микроструктурах соединений, под-
вергнутых проковке, видно существенное измель-
чение наиболее крупных кристаллитов, выросших
в центральной зоне сварной точки.
Кроме того, в металле сварной точки наблю-
дается снижение содержания инородных включе-
ний и пористости, т. е. уменьшается различие
между структурой металла сварной точки, око-
лошовной зоны и основного металла.
Таким образом, проведенные технологические
исследования влияния ударной термомеханичес-
кой обработки, осуществляемой непосредственно
во время сварки, показали возможность сущест-
венного повышения механической прочности сва-
рных соединений.
Исходя из существующей взаимосвязи между
параметрами кристаллической решетки металла
и его эксплуатационными свойствами, можно
предположить, что ударная обработка сварного
шва при температуре вблизи точки рекристалли-
зации позволит повысить предел выносливости
сварных соединений.
1. Основы материаловедения: Учеб. для вузов / Под ред.
И. И. Сидорина. — М.: Машиностроение, 1976. — 436 с.
2. Гуляев А. П. Металловедение. — М.: Гос. изд-во оборон.
пром-сти, 1951. — 484 с.
3. Кныш В. В., Соловей С. А., Кузьменко А. З. Накопление
усталостных повреждений в тавровых сварных соедине-
ниях стали 09Г2С в исходном и упрочненном высоко-
частотной проковкой состояниях // Автомат. сварка. —
2008. — № 10. — С. 12–18.
4. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Соловей С. А. Повышение
циклической долговечности сварных тавровых соедине-
ний с поверхностными трещинами // Там же. — 2009. —
№ 1. — С. 38–43.
5. Branko C., Infante V., Bartista R. Fatigue behavior of the
weld joints with cracks repaired by hammer peening // Fati-
gue & Fract. оf Eng. Materials and Struct. — 2004. — 27.
— P. 785–798.
6. Improving the fatigue crack resistance of wespalloy by shot
peening / A. Turnbull, E. R. Los Rios, R. Tait et al. // Ibid.
— 1998. — 21. — P. 1513–1524.
7. Аснис А. Е. Аргонодуговая обработка — резерв повыше-
ния прочности сварных соединений // Аргонодуговая об-
работка сварных соединений. — Киев: ИЭС им. Е. О.
Патона, 1983. — С. 5–9.
8. Мазель Ю. А. Мартенситная сварочная проволока на ос-
нове 10 % Cr и 10 % Ni с низкой температурой γ→α-пе-
рехода // Welding Intern. — 2003. — 17(5). — P. 386–389.
9. Моравский В. Э., Ворона Д. С. Технология и оборудова-
ние для точечной и рельефной конденсаторной сварки.
— Киев: Наук. думка, 1985. — 272 с.
10. Моравский В. Э. Сварка аккумулированной энергией. —
Киев: Гостехиздат, 1963. — 298 с.
11. Снижение остаточных сварочных напряжений ультраз-
вуковой обработкой / И. Г. Полоцкий, А. Я. Недосека,
Г. И. Прокопенко и др. // Автомат. сварка. — 1974. —
№ 4. — С. 74–75.
12. Холопов Ю. В. Обработка сварных соединений металлов
ультразвуком с целью снятия остаточных напряжений //
Свароч. пр-во. — 1973. — № 12. — С. 20–21.
The paper gives the results of experiments on qualitative assessment of the influence of thermomechanical treatment on
the strength of spot welded joint. Rationality of shock application of the compressive force at the temperature close to the
recrystallization point of the metal being welded is shown.
Поступила в редакцию 16.07.2009
50 1/2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101362 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:46:05Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Письменный, А.С. Кислицын, В.М. 2016-06-02T20:46:04Z 2016-06-02T20:46:04Z 2010 Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения / А.С. Письменный, В.М. Кислицын // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 47-50. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101362 621.791.763.1 Приведены результаты экспериментов по качественной оценке влияния термомеханической обработки на прочность сварного точечного соединения. Показана целесообразность использования ударного приложения усилия сжатия при температуре вблизи точки рекристаллизации свариваемого металла. The paper gives the results of experiments on qualitative assessment of the influence of thermomechanical treatment on the strength of spot welded joint. Rationality of shock application of the compressive force at the temperature close to the recrystallization point of the metal being welded is shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения Effect of impact treatment of weld metal on strength of welded joint Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения Письменный, А.С. Кислицын, В.М. Производственный раздел |
| title | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения |
| title_alt | Effect of impact treatment of weld metal on strength of welded joint |
| title_full | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения |
| title_fullStr | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения |
| title_full_unstemmed | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения |
| title_short | Влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения |
| title_sort | влияние ударной обработки металла шва на прочность сварного соединения |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101362 |
| work_keys_str_mv | AT pisʹmennyias vliânieudarnoiobrabotkimetallašvanapročnostʹsvarnogosoedineniâ AT kislicynvm vliânieudarnoiobrabotkimetallašvanapročnostʹsvarnogosoedineniâ AT pisʹmennyias effectofimpacttreatmentofweldmetalonstrengthofweldedjoint AT kislicynvm effectofimpacttreatmentofweldmetalonstrengthofweldedjoint |