автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Технология электронно-лучевой сварки высокопрочных сталей Cr-Ni-Mo-Cu легирования

АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона Г; Г" ^ О. Р*

‘ « и 0:1

, ' На правах рукопису

ЗАГ0РНІК0В Володимир Іванович

' УДК 621.791.72:669.14/15 .

ТЕХНОЛОГІЯ ЕЛЕКТРОННО- ПРОМЕНЕВОГО ЗВАРЮВАННЯ ВИСОКОМІЦНИХ СТАЛЕЙ Сг-№-Мо-Си ЛЕГУВАННЯ

05.03.06 —

технологія та машини зварювального виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ 1993

Дисертацією е рукопис

Работа виконана в ІЕЗ їм. Є.О.Пагона АН України ;

Науковий керівник:члеи'к0р. АН України Назаренко О.К.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук Саєнко В.Я.

доктор технічних наук Якуоовекій В.В.

Провідне підприємство: ПО "Севмашпредприятие" .

:'м.Северодвинськ ’ ’

Захист відбудеться 199^”р. о____годині

на засіданні спеціалізованої вченої раді К016.08.01 в Інституті електрогійрмйяня м.Э.ашкав АН України (С626801 Шиа- б; _ ШО, вул.Боженко, 11), .•

3 Дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці інституту. . ■

• м м

Автореферат розісланий " " " 1993 р. '

Вчений секретар ,

спеціалівованої*вченоГради . ——

канд. техн. наук' 1 * . Нестеренков В.М.

. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Застосування високоміцних сталей Сг-Ш-МО-Си легування у суднобудуванні дозволяє зменшити масу вузлів та підвищити їхні експлуатаційні властивості. Але досить важко отримати прз-цеспромОжне товстостінне зварне з’єднання. Еагатопрохідне 'дугове зварювання , що широко застосовується у виробництві, якому притаманне підвищені деформації, необхідність проведення термообробки для аняття внутрішніх навантажень, підвищекшій вміст водню у шві . игрока зона розміцнення, а також труднощі запобіганню дефектів практично Вичерпало свої можливості. ,

Застосування електронно - променевого зварювання (ЕПЗ) перед початком цієї роботи вважалось перспективним для усунення наведених недоліків багатопрохідного дугового зварпвання. Завдяки можливості змінювати параметри електронного променя тй можливості отримувати оптимальний теромдефоркаційний режим очікувалось, що можливе отри- -мання певних властивостей зварного з’єднз/шя без'допоміжних операцій термообробки.

У зв'язку з цж була поставлена задача розробки технологи ЕПЗ товстолистових вузлів з сталей Сг-Ш-Мо-Си легування. Формулювання цієї задачі передумовою 'вивчення процесів формування литої соті шва, структури, властивостей,, а т&коя опір електронно-променевих з'єднань крихкому та циклічному руйнування при статичиих, циклічних та динамічних навантаженнях . .

. Мета роботи: на підставі вивчення тернодефориаціЯкого циклу, особливостей, формування структури, розподілу доміаок укорінення, методів підвищення службових характеристик зварних з’єднань розробити технологію ЕПЗ, що виключав необхідність піелязварювальної термообробки металоконструкція з високоміцних сталей Сг-К(-Мо-Си легування гавтовщки від 20 до 60 ми, які працюють в умогах циклічних та данам і чних навантажень, . ..

Методи досліджень. Оптиміваціп параметрів режху ЕПЗ вкконува-лаоь на підставі аналітичного та експериментального бкв.чєкня термічних циклів ЕПЗ. . Використовувались прямі експерименти та математичне моделювання процесе їв нагрівання та схолодряення-металу зварного з’єднання. Особливості структуроутворення та зламів вивчались 8

' • . : ' • . • ■ '' і

використанням високотемпературно 1 металографи та ділатсіметричних методів, оптичної та електронної мікроскопії, вторинної іонної мас-спектрометри, хімічного та спектрального аналізів.

Для визначення холодостійкості зварних з’єднань використовувались як 'стандартні методики так і випробування, що базуються на «принципах.механіки‘руйнування. Використані експрес-досліди на модернізованих зразках а надрізом. Зварюваність та стійкість проти утворення тріщин вивчали з використанням технологічних великогабарит-•них проб ДНДІ ТЗ та модернізованих для умов ЕПЗ ліхайських проб.

, Застосовувались комплексні циклічні та динамічні випробування зварних з'єднань на велекогабаритних вузлах’ з використанням методу муарових смуг, ■ .

Наукова новизна. Розроблена технологія однопрохідного ЕПЗ високоміцних сталей Сг-Ш-Ма-Си легування . Визначена перевага застосування режимів КПЗ, що забезпечують формування, вузьких швів та обмежують ріст зерна до 40...80 мкм. У порівнянні з дуговим зварюванням майже у двоє розширюється діапазон припустимих швидкостей охолодження у межах температур мартенситних перетворень з 5...ЗО до 3...50 Ь/с за умов високої технологічної міцності. При цьому в’язкість ме-

• талу ЗТВ реревмцуе О;6 МДж/смЗ та створюються умови рівноміцності зварного-з’єднання без застосування додаткової термообробки, оскільки у зон і сплавлення забезпечуються до 57. структур нижнього бейніту, гребінчастого мартенситу та розгортається самовідпуек мартенситу. • Доведено ,що перегрівання за умов підвищення теиловнесення більш ніж 18 кДді/см2 знижує'твердість металу шва та супроводжується появою дефектів формування через локальну затримку кристалізації, вертикальних та . горизонтальних тріщин. Відбувається втрата ефекту аккомодащі напружень ділянками бейніту, так як його вміст у мартенситі ЗТВ превищуєб X. Має місце такоже зміщення піків концентрації водню з литої зоїіи шва до межі сплавлення за рахунок зменшення сорСційнної ємкості широких, більше ніж .7 мм швів, що з урахуванням росту до 120...130 мкм ровмірів зерна знижує.циклічну міцність зварного з’єднання . ' . ' V.

Доведено, що умови формування найбільш якісних швів створюються у діапазоні питомих тепловііескі в ц/уЬ - 8...18 кДж/см2. Вузька зона термічного впливу та незначна кількість водню у ній призводить' до реалізації механівму контактного нагартування за умов навантаження

аварних з'єднань. .

1 : .. .;.

Доведено, ЩО рІВНОМІЦНІСТЬ З ТОВЩИНОЮ “Ййрюго 'З’едкаЯІІЯ, мінімальні кутові деформації, найбільш сприятливі первинні структури стовбчасто-дендритної та стовбчасто-комірчастої будови досягаються за умов формування швів завширшки від 3 до 5 мм з паралельними поверхнями сплавлення. '

Визначено,що в можливість підвищити у 3-4 рази довговічність' зварних з'єднань, що працюють в умовах динамічних та циклічних навантажень на рівні що дорівнює 0,6...0,7 G^aa рахунок перерозподілу та змєГйлення пікових напружень стиску-або розтяжіння в межах концентраторів шляхом оплавлення підсилення зварного валика скануючим променем електронів. •

Практична цінність. Наслідки виконаних досліджень використані у конструкторських та технологічних розробках при створенні спеціалізованого обладнання та принципової технологи ЕПЗ великогабаритних виробів з сталі Cr-Ni-Mo-Cu легування завтовшки до 60 мм. 3-участю автора технологія пройшла перевірку на ДЗ СЕМ ІЕЗ Ім.З.О.Па-тона АН України та ПО "Семашпредприятие" (м.Северодвинськ) під час виготовленні дослідних конструкцій.

Застосування ЕПЗ при вигоовленні товстостінних, конструкцій відповідального призначення дає можливість значно підвищити потужність випуску продукці і‘ зварювання , зменшити витрати на допоміжні, матеріали та додаткову термообробку . Економічний розрахунок показує , що застосування розробленої технології замість багатоп-рохідного дугового вварювання забезпечує 50Х економію витрат на кожен метр зварного шва .

На захист виносяться: уявлення про особливості перетворення аустеніту в разі застосування висококонцентрованого джерела нагріву; закономірності формування структури 1 властивості зварних з'єднань; принципова технологія зварювання вузлів, які працюють в умовах циклічних 1-динамічних навантажень в повітрі 1 а морській воді; обгрунтування вибору методів оцінки працездатності; способи підвищення експлуатаційної надійності товстолистових зварних з'єднань. ■

Апробація роботи. Основні положення і результати диссертаційної роботи доповідались і обговорювались на YII і YII1 Загальносоюзних конференціях з електроннопроменевого зварювання (Київ, 1980р., Москва, 1982р.) на міжнародній конференції з електронно-променевої технологи (Софія, 1985 p.), на Загальсоюзному семінарі при ЛБНТП "Методи • : • . • З

зварювання висококонцентровашшми джерелами енергії" (Ленінград^ 1380р.), на галузевому семінарі "Електронно-променеве зварювання у судновому машинобудуванні" (Миколаїв, 1385 р.). У загальному вигляді робота обговорювалася на спеціалізованому семінарі ІЕЗ їм.3.0.Патока. '

Публикації. Відповідно до теми дисертації надруковано 1& статей, отримано 3 авторських свідоцтва.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається а вступу, чотирьох розділів, загальних висновків ,.переліку літератури та додатків, вона викладена насторінках, має .ФУ., малюнків , ЛЧ. таблиць. Перелік літератури має/ЙЗ назв.

У вступу обгрунтований вибір теми роботи, доведена 11 акту-

альність та практична цінність, викладені головні положення дисертації, що виносяться на захист. •

У першому розділі наведений аналіз особливостей зварювання плавленням високоміцних сталей, наведений досвід ЕПЯ цього класу сталей. Розглянута працесироможнісгь зварних'з'єднань . Наведені фактори, що впливають на експлуатаційну надійність зварних з’єднань в умовах жорсткого циклічного навантаження та проаналізовані способи підвищення циклічної міцності , сформульована мета та завдання досліджень.. ' • ■

1 другому розділі визначені умови формування якісного шва, ; на-

ведені результати дослідження вмісту газів у шві, розроблені прийоми, . які розширюють технологічні можливості -однопрохідної ЕПЗ. Дослідженні термічні цикли ЕПЗ та.виявленні особливості’структури різних зон а'єднань. . •

ї датьому розділі представлені результати досліджень механічних характері стик зварних з’єднань при:статичних та дина мічних навантаженнях. Визначена поведінка зварних з’єднань у широкому діапазоні циклічних навантажень. На макетах натурних вузлів вивчені оссСлиеості зародження експлуатаційних тріщин. Розроблені технологічні прийоми її)двиїцення працездатності зварних з’єднань.

• : У четвертому розділі наведені головні технологічні прийоми і

рекомендації, яки лягли в основу технологи ЕПЗ, а також описане обладнання, яке дозволяє реали,/вати запропоновану технологію. Наведені результати дослідно-промислового впровадження технологі1.

•1 ' ' ' ' . V . '

стислий зміст реготь 3 використанням високоміцних легованих сталей для виготовлення товстостінних великогабаритних конструкцій , яки працюють у важки;: умовах, загострилась проблема забезпечення рівноміцних до основного металу зварних з’єднань. Вирішити цю проблему можливо застосуванням прогресивних методів зварювання, наприклад, ЕПЗ. Виходячи з цього необхідно більш глибоко вивчити особливості формування структури та фізико-механічні властивості металу електрошюпром 1 невого зварного з’єднання. • '

У.працях Макари А.М., Касаткіна Б.С., Макарова Е.Л., Шоршорова М.Х., Ардентова В.В., Соколова О.Г., Козлова М.В. зверталась увага на те, що сталі цього типу відрізняються високою стійкістю аустеніту, але при дуговому зварюванню товщин більш 20 мм ініціюється ріст зерна. Це приводить до зниження технологічної міцності 1 тому вимагає попереднього та супутнього підігріву до

100...150 °С. .

Особливості структури електронно-променевих зварних з’єднань.

Застосовуючи комплексну методику дослідження впливу термодефор-маційних циклів ЕПЗ на кінетику перетворення аустеніту,' були уточнені відомі з літератури термокінетичні діаграми сталей Сг-Мі-Мо-Си легування та побудована діаграма сталі • 10ХН4МЦ. Внаслідок вісокої стійкості аустеніта розкладання перліту не відбувається.

В межах температур мартенситного перетворення Уо 0,8...15°С/с перетворення за бейнітною кінетикою почілається від температури 420 С, та в межах 390...380°С переходить у перетворення за мартенситною кінетикою (мал.1). Кількість бейніта складає менше як 5 %. Розподи-ляючись. рівномірно мт мартенситними кристалами в межах пакету, бейніт сприяє аккомодацЛ напруг при перетвореннях. З діаграм анізо-термічних перетворень аусте ні ту видно, що за №о менше як 3 0/с в умовах_розвитку бейнітного перетворення відбуваетея зниження твердості металу ЗТВ. Як випливав Із побудованих діаграм (мал.1,мал.2), для забезпечення оптимальних властивостей з'єднання доцільно застосовувати швидкості охолодження в межах від 3°с/с до ЗО...40 “Ь/е.За цих умов бейпітне перетворення випереджає мартенситне’. Така кінетика перетворення аустеніту буде більш сприятлива для утворення структури металу, стійкого проти холодних тріщин. Поруч з мартенситом і бейнітом в структурі ЗТВ и шва міститься залишковий аустеніт в кількості 3...5Ї. .5

Імітація термодеформаційного циклу зварювання на дилатометри^ цих зразках (мал. 1) не враховувала впливу особливостей форш. розмірів шва та ЗТВ, первинной структурі.приитаманній тількі ЕГО. ТоЦ вивчались швидкості охолодження в реальних електроннопроміневих в'єднаннях. Вимірювання швидкостей охолодження робилось при вварю. ванні жорстких проб ВДЦІ тз розміром 2000x1000x60 т на режимах Слизьких до оптимальних. ’ ■

Для визначення тепловнеску та побудування більш широкого діапазону кривих швидскостей охолодження (мал.2) використовували ЭВМ. Результати дослідження особливостей структурі однопрохідних електроннопроміневих з’еднаннь великогабаритних проб натурної товщини дозволили зняти обмеження з верхньой межі диапазону швидкостей охолодження - Уо - 40*0/0, як невиправдано збільшують запас стійкості з'єднань проти холодних тріщин. _____ ___ _____

Мал.1 Термокінетичні діаграми перетво-' рення аустеніту стали 10ХН4ВД ,

побудовані методом: .

—-------------високотемпературної металографи . -- швидкісної дідатометрії. • ,

Аналіз аналітичних и експериментальних кривих охолодження, а /також ; термокінетичних діаграм перетворення аустеніту отави Сг-Ш-Мо-Си легування довів,- що у випадку однопрохідної ЕПЗ швид-

кості нагріва та охолодасепая в області високих температур (}адлг> значно вище наведених на діаграмах, що сприяє обмеженню росту зерна. Завдяїси чому верхня припустимі швидкість охолодження л'о може бути абільяена до 50 °С/с.

1 Мед.2 Діаграма анізотермічного перетво-

. ренвя аустеніту сталії 14ХІЩЦ:

. 2,4,5.8 - разрахункові кряві ЕШЗ

3 - разрахункоЕа крива дугового зварю' ванна під флюсом у режимі:

, Іс-600 А; ІІД«*40 В; Ус-25 м/ч; і;.п.Д.-0,б , ,

' 6 - експериментальна крива ЕПЗ

Доведено, що в області мартенсити перетворенні) швидкості охолодження угговільняяться Смая; 2). Еибір оптимальної питомої,енергії зварювання' забезпечув отримання дрібнопластинчатого відпущенного мартенсита в зварних з’єднаннях. ’

- . - ' ‘ . • 7 .

Дослідження методами електронної мікроскопії та дифракції мета-^ ла ЗТВ, а також шва довели, що мікроструктура складається переважно а гребінчастого дислокаційного мартенситу, відпущеного мартенситу та невеликої кількості до 5 % нижнього бейніту, тобто мартенсит представлений своєю пластичною модифікацією. Це забезпечує максимальний опір холодним тріщинам та передбачав високу циклічну міцність в жорстких умовах експлуатації, тобто гарантує надійність та працездатність зварних вузлів.

Результати дослідження статичної міцності, ударной вязкості,

, твердості,-. технологічної міцності а використанням жорсткої проби, особливостей структури довели, що комплекс вимог, висунутих до зварних з'єднань подібного класу задовольняється за умов Уо > 3°С/с.

При швидкостях охолодження менше ніж 3 С/с зниження холодостійкості викликано порушенням балансу вмісту бейніту та мартенситу з втратою ділянками бейніту властивості аккомодації напружень в композиті відпущеного мартенситу. Верхня межа-діапазону швидкостей охолодження обмежена появою дефектів гідродинамічного походження у ілігдяді раковин та різної довжини порожнин. Вузька зона термичного влиьу 3...4 мм та незначна кількість водню у ній - 0,33...0,67 х10-4 X мао/мм, що нижче критичного вмісту - 3,56...4,б хЮ-4 % мас/мм, сприяє реалізації механізму контактного зміцнення (мал.З).

£НЗ

,10’*

Чіт ЦБ

V

. _ о,е

0,4

12 8 4 0 4 8 12

Расстояние от оси шВа, мм

Мал.З Розподіл водню у швах

рівної ширші и (1111 та Ш2) при тепловнесісах ч/Ь\г: ■

1 12 і?Дж/см2

2-20 кДж/см2

В

Працеспроможність електроннопроменевих авариич з'єднань сталей Сг-Яі-Мо-Си легування та технологічні заходи Д підвищення.

Доведено, що умови формування якісного бездефектного шва ре-лізуються в межах питомого тепловнеску q/vб - 8... 18 кДж/см2. Ко-фіцієнт неоднорідності по твердості розташований у діапазоні від і,9 до 1,2, та ділянка ,що.відповідальна за розміцнення, завширшки -Ід 16 до 70 мкм. В наведеному діапазоні питомих енерговнесків за-азпечуеться збільшення міцності ЗТВ та переплавленого металу на О...16 % в порівнянні з основним металом. '

При зварюванні 'на підвищеннях швидкостях з питомим тешіовнеском /уО менше ніж 8 кДж/см2 ризик виникнення дефектів пов’язаний не з изькою технологічною міцністю, а лише з більшою зірогідністю ПОЯПИ есплавлень у корні вузького та глибокого шва при випадкових агнітних відхиленнях променя. Це має підтвердження при ЕГО сталей 'г-Иі-Мо-Си- системи легування оброблених на дрібне зерно, коли постерігається незначний вплив мартенситної структури на показники дарної в’язкості та опір утворенню холодних тріщин металу шва та ТВ. •

• Для гарантованого проплавлення стику припускається за рахунок ниження швидкості зварювання та збільшення питомого тепловнеску озширення шва. Критична ширина шва визначалась з допомогою мо-ерніаоьаної для умов ЕГО ліхайекої проби, на підставі визначення риіичного темпу пересування: ' • .

бкрит - Вш^иг'об

тобто повинна виконувантися умова Вш^ Вш ;

де §крит - темп розкриття:умовної тріщини в

модах температурного інтервалу крихкості,мм/с;

' Л. - коефіцієнт лінійного розширення ,1/с;

Ви - середня ширина шва, мм.

Вона дорівнює для товщини 40 мм - Він - 2,б...3,0 мм, а для тов-ини 60 мм - Вш - 3,0...5,0 мм. •

Перегрівання прк питомому тепловнеску вище 18 кДж/см2 та розши-енця шва більш ніж б...7 мм знижують твердість металу'шва через ви-орання до ЗО X марганцю. Це призводить при статичному розтягуванні о зміщення місця руйнування зварних зразків в зону ива. У швах от-иманих при швидкостях зварювання менше ніж 0,8 мм/о, ідо мають внач-

З

ну ширину, спостерігається локальна затримка кристалізації, яка сул-роподкуєтся аномальним розширенням частини шва 8 появою вертикальна та поперечних тріщин. Відбувається втрата ефекту акомодації напружень ділянками бейніту у мартенситі, якщо вміст бейніту у ЗГВ перевищує Б X. В цьому разі такок спостерігається зміщення піків концентрації водню а литої зони до межі сплавленя та співпадання їх а пПсами напружень, що з урахуванням зростання зерна до 120...130 мкм у зоні перегріву призводить до зниження циклічної міцності на

10...£0 % .В той ке час перегрівання не призводить до помітного падіння ударної в’язкості та підвищенню критичних температур крихкості. • .

Ударна в’язкість металу шва та ЗТВ зварних з'єднань, отриманих при питомих тепловнееках 8...18 кДж/см2, перевикуе 0,6 ЦДя/см2, ио відповідає вимогам, до вис'уваиться. до зварних з'єднань відповідального призначення. • ‘ ..

У розвиток існуючих методик отримання КСУ вузьких електронопро-меиевих швів нами був запропонований , зразок, '.виконаний у вигляді правильної чотирикутної призми з. надрізом, ао перетинав усі зони шва та основний метал . Та-Ж зразок дозволяє отримати інтегральну оцінку опору швів руйнуванню у разі ударних навантажень, стійко виявляти тріщини у зоні суміжних кристалів, що недосяжні для визначення їх традиційними методами КСУ. У 3- 4 рази скорочуется обсяг дослідів, за рахунок зменшення розсіяння експер і ментальних крапок.

На підставі використання результатів комплексної оцінки холодостійкості та зварюваності розроблені основні положення технології ЕПЗ та визначені діапазоні! основних технологічних параметрів процесу. Доведено, що рівноміцність швів з глибиною та мінімальні кутові деформації забезпечуються да паралельних стінках литої соті.. Властивості металу гава та опір його утворенню тріщин не зміняються При наявності або відсутності осьового кристалиту, слабко залешгь від його ширини, кута зрощення бокових кристалів, тобто первинко! структури. Чітко визначається залежність кристалізаційних структур від швидкості зварювання та потужності електронного променя.

. Отримані зварні з’єднання не мають велкогольчатого мартенситу та руйнуються в'язко. Дослідження їх працеспромозиості довели:

- підвищення рівня руйнуючих напружень на 10...15 % порівняно з основним металом при статичних йавантєженнях; .

10 • • • .

- збереження властивостей стомлюваності ла ріпні основного . металу за умов багатоциклових навантажень;

- порівняно однакові -з основним металом показники в’яэ-

. кості руйнування у лінійно-пружній зоні руйнування та підеи-, щення на 10...20 X показників ударної'в’язкості.

Останнє положення підтверджують результати досліджень зламів: спостерігається в'язкий "чаиечний" злам у центральній частині зразка на ділянці стабільного розповсюдження тріщини'та волокнистий злам , який видно при більших збільшеннях на поверхні мікротріщини.

Дослідження надійності зварних з'єднань виконані за умов мало-циклових іспитів за трьома схемами навантаження - двоосьовий згин, віднульовий згин на повітрі та у морскій воді віднульове роз-тяжіння - у межах 0,7...О,8 с^„ а таком при динамічних випробуваннях натурних зварних з’єднань. Тріщини, що утворюються під час випробувань, розкриваются лише на етаді1 долому та супроводжуються пластичною деформацією певної ділянки.металу шва. Вказане яеищє має місце у разі руйнування по каналах деформацфіі карбидної фази, частково оксидів та нітридів. Падіння опору стомлюваності не спостерігалось, незалежно від наявності ділянок розміциення У зоні відпуеїл. Більше того, завдяки малої хімічної неоднорідності вузьких швів з паралельними стінками та відсутністю насичення воднем зьарного з'єднання має місце більша ніж при дуговому зварюванні ступінь контактного нагар-тування.. Основний вплив на властивості стомлюваності на стадії народження тріщини мають поверхневі концентратори у перехідній зоні -"шоь-основний метал".' Це ствердження набуло підтвердження експериментальним шляхом за методом муарових смуг з наступним розрахунком 'напружено-деформаційнного стану. . ' .

При визначенні . працеспроможності зварних з'єднань у малоцик-довій області еі схемою навантаження "віднульове розтяжіння", де найбільш чітко виявилися особливості руйнування швів, були проведені порівняльні ві пробування зварних вузлів натурної товщини, оброблених аргонодуговим зварюванням, ультразвуковим, вибуховим та електроноп-роменевим способами(мал.4). На підставі сучасних уявлень про стомлюваність металу, вплив небднорідності структур металу ЗТВ, концентраторів напружень, жорсткості закріплення’та маштабового фактору розроблений комплекс заходів підвищення працеопромсжност1 зварних з’єднань. Найбільш технологічним засобом усунення поверхневих кон' • ■ ' • її-

цептраторів напруження визнаний спосіб, що базується на локальному оплавленні підсилення шва скануючим електронним променем малої по-

О- підсилення знято; ®- облицювання з ультразвуковою обробкою;

0- заглажування з присадкою;

\7~ аргонодугова

обробка; •

©- заглажування шву;

□ - непрововар

Ми:,4 Результати випробування на втому оварних зразків, якії пройшли рівні види додаткової обробки.

спосоО до£<еоляї у 3-4 ра™ збільшити довговічність зварних вузлів на рівні навантаженні •» 0,6.. .О.Т’уіаЕДяки тому, що:

- збільшується радіус порехолу від шва до основного металу та знижується коефіцієнт концентрації напружень (оіл)

а 2,в...1,6 до 1,3, сіо практично відповідає основному металу;

- зменшуються напруження розтякіння та зміцнюються зв'язки ' .між зернами у поверхневих шарах основного метЕїлу. ■

Надійність з’єднань сталей, які досліджуються доводиться результатами динамічних досліджень , щитів 1500*1600*40 мм та £600*Г-’500*57 мм з перехрещеними швами. Було визначено, що отримані 8нач<-’нпл иЗсслштноІ та відносної деформації щитів на ЗО...40 % перевищують.відповідні показники щитів з дуговими швами.

•- Розробка технології ЕГІЗ пазових з'єднань.

Найбільш сприятливі‘ умови, що дозволяють запобігти утворений Ж’фоктів у корні шва, перегріванню шва та ЗТВ, що допомагають евакуації імрогазової фази , складаються за умов однопрохідного зварювання горизонтальним електронним променем з повним проваром та формуванням кореневого валика за рахунок для повного провару.. Визначений вплив параметрів вварювання на геометрію шва.

.. Сканування променя дао можливість не ' тільки змінювати форму шва. але й підвищує стійкість та стабільність процесу проплавлення. 12 ' '

їксперіментально доведено, що для горизонтальних швів сприятливими е газгортки типу: "коло" або "зірка”, а для вертикальних - "Еіюперк" ібо "дуга". Для зварних з’єднань завтовшки до 60 мм найбільш ефективна амплітуда сканування променя 0,4...1,3 мм.

■ Захищено авторським сЫдотством. Н 16874(31 нетрадиційний метод іапоОігання ризику утворення несплавлення через некоптрольовані іідхилення електронного променя шляхом зварювання одночасно з двох іоків підготованих кромок У-лодібноІ форми з кутом при верзші Ю...120 град..

Розроблені та пройшли апробацію у заводських умовах засоби усу-, іення' поверхневих концентраторів напружень. Запропонована технологія івмонгу повторними проходами з повним проплавлінням та "косметичною" ібробкою розфокусовечним променем, в тому числі з подачею присадково-'о матеріалу у вигляді дроту. ДрІт‘07НЗМД, аналогічний за складом існцвному металу, застосовувався також для зварювання по зазору та еля проведення ремонтних робіт. Визначені умови отримання гомогенне -•о хімічного складу литої зони шва: : .

- синхронізація швидкості подавання присадки зі евидкістю зварювання; '

• - струменевий перенос металу у зварювальну ванну у районі

. одної третини глибини каналу проплавлення;

. - мінімальний, 10...16 градусів кут між віссю електронного

. < лроменя та присадкового дроту;

Подаваіїня відповідно ьахищенного авторським свідоцтвом N 244855 способу присадочного матеріалу у зварюваний стик дозволило [ровадити зварювання його з припустимим місцевим зазором до 0,5 мм.

Опанування пропонуємо! технології ЕПЗ замість дугового зварш-ання підвищує якість виробів , прискорює виробництво, зменауе витати на зварювальні матеріали, поліпшує умови праці. Економічні розрахунки доводять, що застосування розробленої технологи замість 6а-атопрохідного дугового вварювання забезпечує п'ятдесяти відсоткову консмію витрат на коиєн метр шва. Отримані результати рекомендовані іля використання суднобудівними заводами України. .

. .ЗАГАЛЬНЫ ВИСНОВКИ

■і. Розроблена технологія однопрохідного ЕПЗ високоміцних сталей Сг-Яі-Мо-Си легування . Визначена перевага застосування режимівДПЗ, що забезпечують формування вузьких швів та обмежують ріст верна до

40...80 місм. У порівнянні з луговим зварюванням майже у двоє розширюється діапазон припустимих швидкостей охолодження у межах температур мартенсигних перетворень з Б...ЗО до 3...50*Ь/с за умов високої технологічної міцності. При цьому в’язкість металу ЭТВ перевищує 0,6 МДЖ/омЯ та створюються умови рівноміцності зварного з’єднання без застосування додаткової термообробки, оскільки у зоні сплавлення забезпечується до 5% структур нижнього бейніту,, гребінчастого мартенситу та розгортається сашвідпуск мартенситу. . . . •.

' 2. Доведено ,що перегрівання за умов підвищення тепловнесення більш ніж 18 кДж/см2 знижує тверд їсть металу шва та супроводжується появою дефектів формування через локальну затримку кристалізації, вертикальних, та горизонтальних тріщин. Відбувається втрата ефекту аккомодацп напружень ділянками бейніту, так як його вміст у мартенситі ЗТВ превищує 5 % . Має місце такоже зміщення піків концентрації водню з литої зони шва до межі сплавлення за рахунок зменшення, сорбційнної ємкості широких* більше ніж 7 мм швів, що з урахуванням росту до 120. ..130 мкм розмірів верна внижуе циклічну міцність зварного з'єднання . .

. 3. Доведено; що умови формування найбільш якісних швів створю-

ються у діапазоні питомих тепловнесків ц/чЬ - 8...18 кДж/см2. Вузька зона термічного впливу та незначна кількість водню у ній призводить до реалізації механізму контактного нагартувати за умов навантаження зварних з'єднань. .

' 4. Доведено, що рівноміцність з товщиною зварного з'єднання,, мінімальні кутові, деформації, найбільш .сприятливі первинні структури стовбчасто-дендритної та стовбчасто-комірчастої будови досягаються эа умов формування швів завширшки від 3 до Б мм з паралельними поверхнями сплавлення.

б. Для зварювання вузлів з зазором у стику до 0,5 мм розроблений спосіб ЕПЗ з подаванням присадочного дроту. Синхроні- говане 81 швидкіот» зварювання подавання присадки під кутом у 10...15 град, до осі електронного променя створює умови струминного переносу металу у зварювальну ванну та отримання гомогенного кімічного складу, металу шва. ■ - ' ' :

. 6. Розроблений спосіб підвищення роботоспг можності зварного

з’єднання в умовах динамічних та циклічних навантажень, що базується на оплавленні зварного валика скануючим електронним 'променем. Комітент концентрації напружень Ш знижується з 1,6...2,5 до 1,3, перерозподіляються напруження стиску та розтялішія, зміцнюються ав’йзни між зернами. .

! Основний зміст дисертаційної роботи відбито у таких .

.. . публікаціях: ■ ' .

1.Электроннолучевая сварка кольцевых соединений высокопрочной стали 1ЙХН4М / С.Н.КоШаеенко, В.И.Загорников // Проблемы спец..электрометаллургии. - 1^81. - Вып. 15 - С. 19 -25.

2. Прочность сварных соединений на стали 12Х2Н-1ЫД яри однопроходной УЛО / Материалы VI! Бесс. конф. по ЭЛС. - Киев, ИЄС им-. В.О. ■ Патона, 1Ш1 // О.Н.Ковбаеенко, В.И.Загорников, В.И.Коваленко.

: а. Изучение-влияния термического цикла электроннолучевой сварки-

на структуру соединения высокопрочной стали / В.И.Загорников, ■

B.И.Абдулах // Автомат, сварка. - 1084. - N 4. ■ ■

4. Сопротивление усталости- сварных соединений высокопрочных сталей, полученных ШЮ / В.И.Загорников, С.Н.Ковбасенко //-Овароч. .' іір-ьо. - 1934. - N6.- С. 25 -26.

М,ІЛЩЛІМІІЦШ- ДІ.її»)ІШИГіІ"ІПІДПИСИ'--

>ЯРШ»РГ'|1Ш1ГН1П1!1и<таЯШ<!&ЙаЯДЯ8Д8?ДИа^И№В5^<1а^| I. II....»і о.

. . ЇГ. Электроннолучевая сварка высокопрочных сталей с подачей

присадочной проволоки / С.Н.Коьбасенко, В.И.Загорников, Ю.В.Орса // Межвуа.об.тр. - 1985. - ‘М 68.- 0. . " .

работоспособность олектроннолучевых сварных’ соединений на. высокопрочных с.алях / С.Н.КовСасеноко, В.И.Загорников // Мелщунар. конф. по электроннолучевой технологии. - София. -1986. ■ - С. 183 -18». ' . , . ■ ‘ '

Щг, Влияние фокусировки и локальной развертки пучка на формирование швов при электроннолучевой Ьварке / В.В.Ардеіітов, В.И.Загорников, О.Н.Ковбасенко и др.’// Судоет-роиг. пром - сть. - 1986. - N 1.- -

C. 03-72. ' . _ _____ .

" Особенности усталостных изломов соединений высокопрочных

сталей, выполненных электроннолучевой сваркой '/ С.Н.Ковбасенко, В.И.Загорников // Автомат, сварка. - 1986. - N12. - с. 8 - 11. _•

' ‘ 15

Ш- Ударная вязкость сиарных соединений из сталей 12Х2И4МД и 14ХНЗУД, выполненных электроннолучевой сваркой / В.И.Загорников // 00. науч. трудов N 137. Производство деталей и узлов энергетического оборудования и контроля качества материала. Ы: МЭИ, 1087.

I& Структурные" превращения в высокопрочной стали 12Х2Н41Щ под воздействием термического цикла электронно-лучевой сварки / В.И. Эа-горников, В.Г.Васильев, Л.П. Новикова, Т.А. Корниенко // Автомат, сварка. - N 1. - С.13-16.

14. А.с. 1244855 СССР, ШГЗ В23К 15/00. Способ электронно-лучевой сварки / В.И.Загорников, С.Н.ковбасенко, О.К.Назаренко и др. Не пусл.„ '

I& А.с. 1280786 СССР, ШГЗ В23К 15/00. Способ "электронно-лучевой сварки / В.И.Загорников, С.Н.КовОаеенко, В.И.Шаповал и др. Нэ

публ. ....... . . . ’ .___________

Й, А.с. ЭБКЮбО СССР, ШГЗ В23К 16/00. Образец с надрезом для йспмтапкй сварного соединении нз ударйый изгиб / А.Н. Вннишсий, В.И. Вагорітіадв, Е.И.Истомин и др. . • ’

ОсоРиотий внесок автора. Згідно теми дисертації у співавторстві написані робіт, з них одна - самостійно. В роботі)^} розроблені рекомендації по ЕПЗ високоміцних сталей відносно вибору швидкості сваривания, параметрів розгортки променя, схеми та параметрів процесу подавання гіркоадкового матеріалу, прийомів підвищення працездатності опарного з'єднання. в роботах (1,3,1 ©) автором виконані експериментальні дослідження оцінки впливу термічного циклу на структуру в’єднання, їєхнслог і чиих параметрів Еїіз на формування ввів (1,^, досліджені питання огюру стомленості зварних з'єднань (4) та

ООООЖЇВОС? 1 стомлених вламі^ ($), шипінні -ііііпйдіщшяа...... І»чу

цнфщвунциин гч тіуяа,щі№и.^нвгмйу>^і^шм!>г№і^д-)-