Комплексные методы испытания металла околошовной зоны

Кроме описанных выше методов испытаний, которые ставят перед собой задачу выяснения только одного из показателей, входящих в общее понятие свариваемости, при проведении лабораторных исследований находят также применение комплексные методы оценки свойств околошовной зоны. Эти методы позволяют выбрать режим сварки, обеспечивающий благоприятные свойства металла в околошовной зоне, и установить зависимость между этими свойствами и режимом сварки.

Наиболее широко "из этой группы испытаний при исследовании и поисковых работах применяют валиковую пробу. Она служит для определения структурного состояния и механических свойств металла околошовной зоны. Бруски-заготовки испытываемого металла толщиной, равной толщине стали, шириной 13—18 мм и длиной 200—250 мм собирают в специальном зажимном приспособлении в единую составную пластину (рис. 4-13). Образцы собирают так, чтобы сверху располагалась обработанная поверхность металла (ширина бруска равна толщине металла).

Число брусков в составной пластине предусмотрено программой испытаний. Число составных пластин определяется количеством режимов сварки. Обычно сваривают пять пластин при следующих значениях погонной энергии (кал/см): 1) 1000—1500; 2) 3000—4000; 3) 6000—7000; 4) 9000—10 000; 5) 13 000—14 000.

На собранную пластину вдоль ее продольной оси наплавляют валик. Затем пластину освобождают от закрепления и она остывает на воздухе до температуры окружающей среды. Затем усиление валика сострагивают заподлицо с основным металлом и бруски отделяют друг от друга. Из брусков изготовляют образцы (см. рис. 4-9), в которых вершина надреза расположена в околошовной зоне на заданном расстоянии от границы сплавления.

На основании испытания этих образцов на ударный и статический изгиб при различных температурах, а также металлографического исследования определяют следующие характеристики основного металла.

Зависимость между критической температурой перехода в хрупкое состояние металла околошовной зоны и режимом сварки. За критическую температуру обычно принимают ту, при которой ударная вязкость хотя бы одного из испытываемых образцов была менее 2 кгс/см2.

Зависимость между ударной вязкостью металла околошовной зоны и режимом сварки, которая позволяет судить о структурных изменениях, происходящих в околошовной зоне (перегрев, закалка) при различных режимах сварки.

Зависимость между твердостью металла в околошовной зоне и режимом сварки и зависимость между твердостью металла в околошовной зоне и мгновенной скоростью остывания при температуре наименьшей устойчивости аустенита. Можно также судить о структурных изменениях, происходящих в околошовной зоне.

Проба ИМЕТ позволяет определять структурное состояние и механические свойства металла околошовной зоны на протяжении всего термического цикла сварки. Испытания проводят на двух образцах для металлографических исследований и образце для определения механических свойств. Образцы укрепляют в зажимах специальной автоматической машины, где в соответствии с заданным термическим циклом они нагреваются проходящим током, а затем охлаждаются. Нагрев образца регулируется изменением величины тока, а охлаждение его— обрызгиванием водой или обдувом газом. Контроль за соответствием между заданным и действительным термическими циклами осуществляется путем записи на осциллографе значения э. д. с. термопары, приваренной к центральной части образца.

В любой заданной точке термического цикла можно автоматически прекратить нагрев образца и мгновенно его освободить. После этого образец или попадет в воду, или может быть быстро разорван с регистрацией диаграммы изменения усилия и удлинения его во времени. При быстром охлаждении образца в воде в нем фиксируется размер зерна, соответствующий данной температуре. Механические испытания позволяют установить значения предела прочности, текучести и относительного удлинения металла образца в условиях быстрого растяжения при заданной температуре.

Проба ИМЕТ позволяет изучить кинетику изменения фазового состава, структуры и механических свойств металла в процессе нагрева и охлаждения по заданному термическому циклу сварки. Испытания дают возможность установить интервал, в котором происходит резкое падение пластичности, судить о характере превращения аустенита в металле околошовной зоны и об опасности хрупкого разрушения в ней в условиях охлаждения при данном термическом цикле.

По результатам испытания можно определить режимы сварки, обеспечивающие получение в зоне термического влияния структур, стойких против перехода в хрупкое состояние и против образования трещин. Методика в основном применяется при разработке новых марок сталей и сплавов.