автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Влияние технологических факторов на формирование остаточных напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Институт электросварки им. Е. О. Патона

РГо ОД

МИХОДУЙ

1 " ? п

Ольга Леонидовна " " "

УДК 621.791:669.15-194 + + 621.791.052:539.4.014.13

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РОРМИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

05.03.06. Сварка и родственные технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев -2000

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Институте электросварки им. Е.ОЛатона HAH Украины

Научный руководитель: академик HAH Украины,

доктор технических наук, профессор Лобанов Леонид Михайлович Институт электросварки им. Е.О.Патона HAH Украины Заместитель директора

Официальные оппоненты:. академик HAH Украины, профессор,

доктор технических наук Махненко Владимир Иванович Институт электросварки им. Е.О.Патона HAH Украины Заведующий отделом

профессор, доктор технических наук Прохоренко Владимир Михайлович НТУУ "Киевский политехнический институт" Заведующий кафедрой

Ведущее предприятие: Открытое акционерное общество "Украинский

научно - исследовательский институт "Проектстальконструкция" Государственного комитета строительства, архитектуры и жилищной политики Украины, г.Киев.

Защита диссертации состоится "27 " (?$ 2000 г. в 12. часов i заседании специализированного ученого совета Д 26.182.01 при Институт электросварки им. Е.О.Патона HAH Украины, 03150, г. Киев, 150, ул. Боженко, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в институте электросварки i Е.О.Патона HAH Украины, 03150, г. Киев, 150, ул. Боженко, 11

Автореферат разослан _ 2000 года.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета

доктор технических наук

Л.С.Киреев

91 О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена исследованию особенностей формирова-1Я напряженного состояния в соединениях высокопрочных легированных сталей и ггимизации технологических процессов сварки для уменьшения их уровня при из->товлении металлоконструкций.

Актуальность темы. Одним из эффективных направлений снижения метал->емкости и повышения надежности сварных машин, механизмов и инженерных гаружений является рациональное использование низкоуглеродистых легирован-лх высокопрочных (НЛВ) сталей с пределом текучести 600... 1000 МПа. Свойства шлавленного металла в состоянии после сварки, равноценные им по прочности и тдостойкости, обеспечивают швы с бейнитно - мартенситной (БМ) структурой эи различном сочетании легирующих элементов. Однако такие швы отличаются эвышенной склонностью к замедленному разрушению, что вызывает необходи-эсть дополнительного использования менее прочных, но более пластичных швов: с гррито - бейнитной (ФБ) или аустенитной (А) структурами. Это обстоятельство сазывает существенное влияние на протекание фазовых и структурных превраще-т шва, ЗТВ и в конечном итоге, как на образование в них сварочных напряжений, медленное разрушение, так и на прочность и работоспособность в целом конст-,тсций.

В отечественной практике выполнялись отдельные исследования напряженно> состояния соединений НЛВ сталей. Это способствовало проведению в последние >ды работ, направленных на изучение особенностей формирования напряженного ¡стояния соединений НЛВ сталей в зависимости от изменения технологических юцессов сварки. Они были реализованы в рамках ведомственных планов Нацио-шьной академии наук Украины, а также государственных программ Министерства краины по делам науки и технологий: 04.05/03373 "Разработка методов и средств ¡хнической диагностики сварных машиностроительных конструкций на основе ¡пользования голографической интерферометрии и акустической эмиссии" и (.05/04765 "Разработать эффективные средства повышения служебных свойств ¡арных конструкций строительно-дорожной и горно-рудной техники при их изго-шлении и ревитализации на основе усовершенствования процессов сварки и нор-ативных требований к легированным конструкционным сталям".

Все эти исследования были направлены на изыскание рациональных путей шжения уровня остаточных напряжений в сварных соединениях. Дальнейшее раз-1тие работ в таком направлении должно способствовать повышению работоспо-|бности сварй'ых конструкций из легированных высокопрочных сталей (при раз-гчных видах нагружений), а также их сопротивляемости замедленному разруше-по.

Дель работы. Установить оптимальные технологические параметры дуговой арки высокопрочных легированных сталей, обеспечивающих снижение остаточ-.ix напряжений в сварных соединениях на основе исследований протекания в них

фазовых, структурных превращений и термодеформационных процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать особенности протекания структурных и термодеформацис ных процессов в сварных соединениях при изменении химического состава метг ла шва и термических циклов сварки.

2. Исследовать основные закономерности формирования остаточных напр жений в сварных соединениях высокопрочной стали с БМ, ФБ и А швами

3. Оценить влияние особенностей дуговой сварки (способов, погонной эне гии, предварительного подогрева и т.п.) на формирование остаточных напряжен] в сварных соединениях.

4. Сформулировать требования к основным параметрам дуговой сварки в: сокопрочных сталей, обеспечивающих минимальный уровень остаточных напряж ний в сварных соединениях.

Методы исследований: топографический при оценке напряженного состо ния сварных соединений; математические при расчетах остаточных напряжений сварных соединениях, а также распространения в них тепла; оптической металл графии, а также дилатометрический при изучении кинетики и характера структу ных превращений в металле швов и ЗТВ; механических испытаний металла швов ЗТВ при положительной и повышенных (до Т=800°С) температурах; химического спектрального анализа сталей и металла швов.

Научная новизна. На основе результатов исследований кинетики протекай] фазовых и структурных превращений в легированном металле швов и ЗТВ под де ствием термодеформационных процессов разработана методика прогнозирован] распределения остаточных напряжений в сварных соединениях НЛВ сталей.

Установлено, что в процессе нагрева и охлаждения ЗТВ и металла шва НИ сталей в зависимости от состава и особенностей протекания структурных и фазовь превращений существенно повышаются их пределы текучести («в 1,2... 1,5 раза да исследованных составов), а переход в термопластическое состояние происходо при Т>780 °С.

Выявлены общие закономерности формирования остаточных напряжений металле швов высокопрочных сталей. В БМ швах, вследствие воздействия стру: турных превращений, величина остаточных растягивающих напряжений может с< ставлять (0,3...0,5) от их предела текучести. В ФБ и А швах воздействие структу] ных превращений проявляется в меньшей степени, что будет способствовать фо] мированию в них более высокого уровня остаточных напряжений (0,6...0,9) отш сительно их пределов текучести.

Установлено, что в ЗТВ многопроходных сварных соединений толщиной д 20 мм формируются продольные растягивающие напряжения. На уровень этих ш пряжений существенное воздействие оказывает соотношение температур структур ных превращений металла шва и ЗТВ.

Показано, что снижать остаточные напряжения в сварных соединениях лег* рованных сталей представляется возможным при таком выборе режимов сварки

мператур предварительного подогрева, когда сокращается время пребывания ме-лла ЗТВ выше температуры АСз (х" <6,0...6,5 с) и продлевается его пребывание ш температурах структурно - фазовых превращений (W6/5<3,0...4,0 °С/с).

Практическая ценность и реализация научных результатов работы. Оп-:делены пути снижения остаточных напряжений при сварке НЛВ сталей. На этой :нове разработаны способы реализации процессов, при которых в сварных соеди-;ниях обеспечивается минимальный их уровень.

Основные положения разработанных процессов внедрены на Металлургиче-:ом заводе ОАО "Уралмаш" при ремонтной сварке толстолистовых отливок дета-:й из высокопрочных сталей 14Х2ГМРЛ и 14ХГ2НМЛ: шкивов, захватов, эксцен->иков буровых насосов, стрел и ковшей экскаваторов.

Личный вклад соискателя. Диссертация является итогом эксперименталь-ых и теоретических исследований, выполненных лично автором. Предложен и ¡ализован экспериментально - теоретический подход, позволяющий прогнозиро-1ть уровень остаточных напряжений в соединениях легированных сталей. Отрабо-iH метод голографической интерферометрии для оценки уровня остаточных наряжений на поверхности сварных соединений НЛВ сталей. Исследовано распреде-гние остаточных напряжений сварных соединений НЛВ сталей в зависимости от вменения погонных энергий сварки, температур подогрева, а также состава металла [вов. Разработаны рекомендации по выбору технологических процессов сварки, ри которых в сварных соединениях НЛВ сталей обеспечивается минимальный ровень остаточных напряжений, а также получены результаты их апробации. Ана-дз и обобщение полученных результатов осуществлялись автором как лично, так и ри участии других соавторов.

На защиту выносятся:

1. Основные закономерности образования остаточных напряжений в металле [вов и ЗТВ НЛВ сталей под воздействием кинетики протекания фазовых и струк-урных превращений в сварных соединениях, а также термодеформационных про-ессов. ,

2. Представления о характере и величине остаточных напряжений в металле ibob различных композиций, а также ЗТВ бейнитно - мартенситных сталей и влия-ия на этот процесс особенностей протекания в них фазовых и структурных пре-ращений.

3. Закономерности формирования остаточных напряжений в соединениях LJIB сталей в зависимости от выполнения швов с различными составами и структу-ами (БМ, ФБ и А).

4. Основные зависимости формирования остаточных поперечных напряжений ЗТВ сварных соединений НЛВ сталей при изменении параметров режима сварки , также теплофизических свойств металла шва и НЛВ стали.

5. Технологические параметры режимов сварки и температур предварительно-э подогрева НЛВ сталей, при которых в сварных соединениях снижается общий ровень остаточных напряжений.

Апробация работы. Основные результаты диссертационнс

работы докладывались на Международных конференциях: "Сварные конструкцш (Киев, 1995), "Сварка и родственные технологии - в XXI век" (Киев, 1998), "Мехаш ка разрушения материалов и прочность конструкций" (Львов, 1999), а также I научно-техническом семинаре "Сварные конструкции и техническая диагностик! ИЭС им. Е.О.Патона (2000).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четыре глав, общих выводов, списка использованной литературы из 116 наименований приложения. Текстовая часть содержит 119 страниц машинописного текста, таблиц и 64 рисунка.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основнь положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ исследований структуры и свойств НЛВ ст. лей и создания их сварки, методологических аспектов определения остаточных № пряжений в сварных соединениях и основных результатах таких работ. Сформул! рована цель работы и задачи исследований.

Во второй главе изложены исследования влияния теплофизических процессе и структурных превращений на формирование остаточных напряжений в соедиш ниях НЛВ сталей. На основе математического моделирования сделан прогноз о уровне напряжений в сварных соединениях. Отработан топографический метод ш следований остаточных напряжений.

В третьей главе рассмотрено влияние структуры металла швов на формиров; ние напряжений в соединениях НЛВ сталей. В качестве основы исследований ис пользовались однослойные наплавки и многопроходные стыковые соединения БМ, ФБ и А швами, а также комбинированные соединения с различным сочетание] таких швов.

Четвертая глава посвящена исследованию влияния технологических процес сов на основные закономерности формирования остаточных напряжений в сварны соединениях: термических циклов сварки, предварительного подогрева, режимов : состава металла швов. Приведены рекомендации по снижению остаточных напря жений в сварных соединениях.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные трудности при сварке НЛВ сталей связаны с необходимость« обеспечивать свойства швов на уровне основного металла, а также предотвращав замедленное, хрупкое и усталостное разрушение сварных соединений. В решенш проблемы свариваемости таких сталей большой вклад внесли: И.Гривняк Л.И.Гладштейи, В.Н.Земзин, В.П.Ларионов, Б.С.Касаткин, Э.Л.Макаров Л.И.Миходуй, В.Ф.Мусияченко, И.К. Походня, Х.Сузуки, Т.Терасаки и др. Разрабо

шные на базе этих исследований рекомендации по сварке используются эи изготовлении конструкций широкого назначения. Как правило, они предусмат-явают: регламентацию режимов; предварительный, сопутствующий или послесва-эчный подогревы; определенные составы сварочных материалов.

Такая специфика выбора процессов сварки НЛВ сталей оказывает сущест-гнное влияние на протекание фазовых и структурных превращений сварных со-щнений, образование в них сварочных напряжений. Исследования особенностей ормирования напряженного состояния сварных соединений НЛВ сталей преиму-;ественно выполнялись в ИЭС им. Е.О.Патона, НТТУ "Киевский политехнический -¡статут" и на "Уралмашзаводе" (А.К.Гончар, И.М.Жданов, Б.С.Касаткин, .М.Лобанов, В.И.Панов, В-.А.Пивторак, В.И.Труфяков и др.). Все они опирались на гечественную научную школу, которая была основана трудами В.А.Винокурова, .Г.Григорьянца, С.А.Куркина, Л.М.Лобанова, В.И.Махненко, Г.А.Николаева, .О.Окерблома, В.М.Прохоренко, В.М.Сагалевича, И.П.Трочуна и др.

Исследование влияния теплофизическнх процессов и структурных пре-ращений на основные закономерности формирования остаточных напряже-нй в сварных соединениях высокопрочных сталей.

Известно, что остаточные напряжения в сварных соединениях легированных галей формируются в результате сложного взаимодействия нестационарных тем-ературных полей, фазовых превращений и деформирования как металла шва, так и ГВ. Поэтому в настоящих исследованиях применяли экспериментальные методы, эторые позволяют воспроизводить поведение металла при сварке (дилатометриче-<ий, термоциклирование имитационных образцов, высокотемпературные испыта-ия и т.п.). При этом использовали сталь 14ХГ2САФД с с0,2 ^ 600 МПа. Стыковые эединения этой стали (а также стали подобного типа 14ХГН2МДАФБ) толщиной 0. ..30 мм сваривали механизированной сваркой под флюсом различными сочета-иями сварочных материалов, что позволяло получать металл швов с БМ, ФБ и А груктурами.

Было установлено, что режимы сварки оказывают существенное влияние на и нетику охлаждения сварных соединений. Повышение погонной энергии в интер-зле Qcb=10--30 кДж/см приводит к увеличению пребывания ЗТВ металла толщи-ой 28...30 мм при температуре выше АСз в 2,0...2,5 раза. При этом скорость охла-дения ниже Ааизменяется в меньшей степени (на 25...40 %). Предварительный одогрев до 70...250 °С оказывает иное влияние на остывание соединений: на Э...65 % повышает время пребывания ЗТВ при высоких температурах и в 5...8 раз при 800... 100 °С.

Превращение аустенита в интервале скоростей охлаждения W6/5=0,3...100 °С/с роисходит в ферритной (Ф), бейнитной (Б) и мартенситной (М) областях. При мед-гнном (0,3 °С/с) охлаждении происходит Ф и Б превращения. Увеличение скоро-ги охлаждения до 2,7 °С/с приводит к уменьшению доли Ф превращения, развитию и появлению М превращения. Охлаждение легированного металла сопровожда-гся уменьшением его объема. Процесс деформирования усложняется при у а

превращениях, поскольку приводит к увеличению объема кристаллическс решетки. Конечный результат таких процессов (относительная деформация - е,°/ определяется конкретным составом шва и стали, а также особенностями протек ния и диапазоном температур фазовых превращений.

В ЗТВ стали 14ХГ2САФД сокращение объема металла прерывается в диап зоне температур Б-М превращений, которые завершаются при температурах ним 300 °С и приводят к формированию больших структурных деформаций: ес 0,18...0,28 %. Такое изменение структуры влияет на свойства этого участка сварн го соединения. После нагрева и охлаждения при минимальной (\У6/5=3 °С/с) скор' ста охлаждения о0>2 металла ЗТВ увеличивается с 630 до 720 МПа. При У/6/5=20 °С он составляет уже 920 МПа, т.е. почти в 1,5 раза больше, чем в основном металле.

В металле шва типа 08ХН2ГМ в диапазоне исследованных скоростей охлаждения превращение аустенита полностью происходит в БМ области: начало - в ш тервале 600...550 °С, а окончание - при 4Ж..350 °С (рис. 1). Это способствус уменьшению структурных деформаций (ес' = 0,15...0,24 %) по сравнению с осно] ным металлом. Превращение аустенита металла шва типа 08Г2С при небольшг. скоростях (№6/5 < 8,5 °С/с) происходит в феррито -перлитной области, а при бол( высоких значениях У/6/5 - в бейнитной. То обстоятельство, что в этом типе шве объемные превращения завершаются при более высоких температурах по сравн( нию с ранее рассмотренными вариантами, также влияет на величину деформаци (Ее" = 0,15...0,20 %). Это обуславливает меньшую интенсивность повышения зн< чения о0,2 металла исследуемых швов по сравнению с основным металлом. В мета! ле ФБ и БМ швов с \У6/5=2...21 °С/с они соответственно увеличиваются в 1,20 и 1,3

раза.

0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 -1.6

>-<г 'л \ 1 ^^

3

\

т,вс

При повышении темпер; туры основного и наплавленног металла, а также ЗТВ о комнатной до 600 °С значения Оо уменьшаются на 25...30 °/ Наиболее резкое снижение с0 металла шва и ЗТВ сварны соединений (с БМ и Ф. структурами) происходит пр: Т> 600 °С. При температур 750 °С для всех исследованных ва риантов Сто,2 = 90... 130 МПа.

Поэтому при анализ« полученных результатов условно Рис.1. Дилатометрические кривые ЗТВ (сталь принималось, что при Т>780 °(

100 200 300 400 500 600 700 800

14ХГ2САФД) и металла шва разных типов, полученных при \У6/3=8,50С/с: 1- ФП, 2- БМ, 3 -сталь 14ХГ2САФД, 4 - А.

сварные соединения находятся ] пластическом состоянии. Металл шва типа А при температуре

0 С на 60...65 % сохраняет предел текучести.

Эти данные свидетельствуют, что распределение остаточных напряжений в единениях НЛВ сталей может существенно отличаться от соединений малоугле-дистых сталей. Это обусловлено тем, что структурные превращения в ЗТВ и ме-лле швов типов БМ и ФБ приводят к увеличению объемов этих участков сварных единений. Поэтому возникающие на стадии охлаждения растягивающие напряже-1Я могут снижаться или переходить в сжимающие в зависимости от температуры чала превращения, полноты протекания и вызываемых ими объемных изменений.

1 рис. 2 показано изменение структурных напряжений в металле ЗТВ стали ХГ2САФД, а также в металле швов типов БМ и ФБ при различных скоростях ох-ждения.

В продольном направлении с учетом известных представлений при выбран-IX условиях охлаждения в ЗТВ и металле швов различных типов в результате заимодействия" температурных и структурных деформаций возникают остаточ-1е растягивающие напряжения (рис.3).

В швах, претерпевающих структурные превращения, остаточные напряжения дут ниже их пределов текучести. Шов типа А не претерпевает структурных пре-ащений в процессе остывания и не изменяет своих свойств. Поэтому возможная личина остаточных напряжений в А шве примерно равна его пределу текучести.

На формирование остаточных продольных напряжений в ЗТВ сварных со-инений высокопрочных сталей определенное влияние оказывает использование

сгс,МПа

Т)

,1

1

л

У 3 ___

23

ЭЭ

а ,Ш7а

4Ю

200

43

ю

X 0 > «v— — 1— _____ .

1 !

15

20

Ж/5,°С/с

с.2. Влияние скорости охлаждения на шчину напряжений в ЗТВ стали ХГ2САФД (1), а также БМ (2) и ФП швах, обусловленные протеканием в к структурных превращений.

Рис.3. Влияние скорости охлаждения на изменение остаточных растягивающих напряжений: 1 - металл ЗТВ стали 14ХГ2САФД; 2 - металл шва типа БМ; 3 - ФП; 4 - А.

сварочных материалов разных композиций. Прк остывании А шва его объ уменьшается в соответствии с коэффициентом термического расширения. В нём происходят структурные превращения, а значит и изменения объема, обусловлю ные этим процессом. Поэтому продольные напряжения в ЗТВ легированных с лей с А швами по своей величине не будут существенно отличаться от того урс ня, что обозначен кривой 1 на рис.3. Более сложно протекают термодеформацис ные процессы при выполнении швов материалами со структурными преврап ниями. В металле шва типа ФБ они происходят в интервале температур 600...800 и сопровождаются увеличением его объема. Этот период охлаждения металла 3' сопровождается, наоборот, его сокращением, что не будет оказывать существен* го противодействия объемным изменениям в шве. В металле шва типа БМ стрз турные превращения начинаются при более высоких температурах в сравнения основным металлом. Однако в какой-то период времени они протекают практи1 ски одновременно и препятствуют друг другу. Поэтому можно предположить, ч в зависимости от скорости охлаждения ЗТВ и типа металла швов напряжения N гут повышаться, по сравнению с значениями на рис.3. Увеличение может быть I значительным в случае применения ФБ швов и более существенным в соединен ях с БМ швами

Поперечные остаточные напряжения образуются вследствие продольного поперечного сокращений сварных соединений при остывании. Для изготовлен конструкций из высокопрочных сталей характерен вариант многопроходной свар пластин с жесткими закреплениями. В корневых швах таких соединений, не щ терпевающих структурных превращений, обычно формируются сжимающие ост точные напряжения. В последних слоях таких швов напряжения <гу ~ (0,4...0,б)о являются растягивающими. Предположив справедливость этих закономерностей для НЛВ сталей, можно принять, что такой уровень остаточных растягивающих г пряжений сохранится на поверхности А швов и будет более низким на поверхи сти швов типов БМ и ФБ.

При прочих равных условиях соединения с А металлом шва имеют в 1,3... 1 раза более высокий коэффициент линейного расширения в сравнении с швами т пов БМ и ФБ. И это может влиять на формирование остаточных поперечных и пряжений в ЗТВ. В процессе нагрева кромки сварного соединения оказывают сж мающее воздействие на металл шва, который в этот момент находится в жидкс состоянии или имеет достаточно низкий предел текучести. В тех случаях, когда в] полняются швы типов БМ или ФБ, этот процесс происходит достаточно сложи поскольку все участки этих соединений имеют практически одинаковый коэфф циент линейного расширения, а протекание структурных превращений с увелич нием объёма в металле шва и ЗТВ может привести к тому, что в поперечном н правлении металл ЗТВ таких соединений будет находиться под действием сж мающих остаточных напряжений. Иначе происходит формирование напряжений соединениях с А швом. В этом случае наплавленный металл имеет более высою

начения коэффициента линейного расширения в сравнении с окружающими 'частками сварного соединения. При одинаковых скоростях охлаждения усадка метла шва происходит более интенсивно, чем в БМ и ФБ швах, что вызывает юлынее расширение металла ЗТВ. Более высокие растягивающие поперечные деформации в высокотемпературной зоне сварного соединения с А швом согласно гринципу Ле-Шателье могут приводить к тому, что металл ЗТВ, непосредственно фимыкающий к металлу шва типа А, также будет находиться под воздействием »статочных растягивающих напряжений. Уровень этих напряжений и протяжен-гость такой зоны будут определяться режимами сварки и особенностями соедине-

[ия.

Экспериментальное определение остаточных напряжений в соединениях вы-окопрочных сталей осуществлялось методом голографической интерферометрии. Трименительно к сварным соединениям НЛВ сталей отрабатывался режим записи олограмм при фиксации изображений на фотопластинки ПФГ и пленки аморфных ;ысокомолекулярных полупроводников для каждого конкретного образца и мощно-ти лазера 15 мВт и 50 мВт. Подбирались условия записи, когда контраст полос был [аилучшим; уточнялись схемы разметки образцов; твердость опор голографическо-о модуля; режим травления поверхности исследуемых образцов. Подбирались та-:ие способы дозированного изъятия материала, которые вносили бы минимальную югрешность в результаты замеров. Обработка и расчет величины остаточных наряжений осуществлялись с помощью методики, предложенной Л.М.Лобановым и (.А.Пивтораком. Исследования показали, что погрешность замеров составляет 0 % от величины предела текучести.

Влияние структуры металла швов на формирование остаточных напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей .

Для оценки влияния особенностей состава швов на формирование остаточных апряжений использовались сварочные материалы (проволоки, электроды и флю-ы), которые обеспечивают получение швов с БМ (Св-07ХНЗГМФТЮ, АН-43, ЛП-2), ФБ (Св-08А, АН-43, УОНИ-ДЗ/45) и А (Св-08Х20Н9Г7Т, АН-22М, ЭА-81/15) структурами. В качестве объекта исследований использовались пластины из гали 14ХГ2САФД и стыковые соединения стали 14ХГН2МДАФБ. Во всех образах наиболее высокий уровень остаточных напряжений формируется в центральной асти наплавок и швов, минимальный - по их краям. Уровни максимальных напря-;ений в соединениях высокопрочных сталей существенно отличаются между со-ой в зависимости от типа металла швов, а также особенностей процессов сварки.

Использование БМ материалов при выполнении однопроходных наплавок (а 1кже стыковых соединений, выполненных за 3...4 слоя) приводит к образованию в варных соединениях сложного напряженного состояния.

Вследствие протекания в БМ швах структурных превращений при 00....400°С, в них формируются растягивающие напряжения стх и сту, величины ко-эрых в однослойных наплавках не превышают (0,2...0,5)со,2 соответствующих [вов (рис.4,а). Остаточные напряжения в многопроходных швах на 30...40 % пре-

вышает тот уровень, что был зафиксирован в соединениях однопроходными швами.Остаточные напряжения на этом рисунке показаны тольк для средней части пластин (где расположены металл шва и ЗТВ исследованных сс единений). Часть эпюр в основном металле не показана.

В металле ЗТВ соединений с БМ швами в продольном направлении такж образуются растягивающие напряжения. Их величина в зависимости от режимо сварки может существенно изменяться. В поперечном направлении в металле ЗТВ однослойньми наплавками формируются сжимающие напряжения сту —100..-50 МПа. В многопроходных соединениях распределение остаточных напряжений ЗТВ отличается от ранее рассмотренного технологического варианта. В ней н расстоянии 4...7 мм от границы сплавления возникают остаточные растягивающи напряжения сту (близкие по своей величине к тем, что наблюдаются в соседни участках металла шва). Затем они так же, как и в соединениях с однослойной не плавкой переходят в сжимающие. ,

€Гц,МПа

Рис.4. Распределение остаточных продольных (сх) и поперечных (оу напряжений в однопроходных наплавках на стали 14ХГ2САФД с БМ (а), ФБ (б) и Р (в) швами при ручной электродуговой (1) и механизированной сварке под флюсоа

В соединениях с ФБ швами характер напряженного состояния

не отличается от того, что наблюдался в соединениях, выполненных БМ материалами (рис.4,б). В продольном и поперечном направлениях металл шва находится под действием растягивающих остаточных напряжений. Их величина может достигать (0,6...0,8) (То,2 соответствующих швов: стх»180...420 МПа, Су~100...200 МПа.

В продольном направлении металл ЗТВ таких соединений находится под воздействием остаточных растягивающих напряжений. Однако их общая величина в сравнении с соединениями, с БМ швами ниже почти в 1,4 раза. Это обусловлено протеканием структурных превращений в ФБ швах при более высоких температурах и меньшей степенью влияния на протекание термодеформационных процессов в ЗТВ. В поперечном направлении в ЗТВ однослойных наплавок также возникают остаточные сжимающие напряжения (ау=-80.. .-390 МПа).

Металл шва и ЗТВ сварных соединений с однопроходными аустенитными швами в продольном и поперечном направлениях находится под воздействием растягивающих напряжений (рис.4,в). В поперечном направлении распределение напряжений весьма неоднородно. В соединениях, выполненных ручной электродуговой сваркой, их уровень составляет су «60... 140 МПа. При автоматической сварке под флюсом они значительно выше (сту «280...370 МПа). Большее количество расплавленного металла при автоматической сварке затрудняет протекание пластических деформаций в процессе охлаждения таких соединений и способствует повышению поперечных растягивающих напряжений в металле шва и ЗТВ.

Выполнение комбинированных сварных соединений с разными типами швов является одним из технологических приемов, который предназначен для повышения технологической прочности сварных соединений высокопрочных сталей. Полученные данные свидетельствуют, что в продольном и поперечном направлениях по всей длине таких образцов швы находятся под действием растягивающих остаточных напряжений. Их общий уровень в зависимости от технологических вариантов сварки составляет (0,44...0,72)сто>2 основного металла. В наибольшей мере влияние специфики составоз корневых шеов и условии протекания при этом термодеформационных процессов сказалось на формировании остаточных напряжений в металле ЗТВ.

Наиболее низкий уровень остаточных продольных напряжений (стх=300 МПа) наблюдается в ЗТВ сварных соединений, корневые швы которых выполнены аустенитными сварочными материалами (А+БМ). Исследования показывают, что состав корневых швов оказывает определяющее влияние и на формирование напряжений сту в металле ЗТВ. В соединениях, корневой шов которых выполнен А материалами, ЗТВ находится в растянутом состоянии, подобно тем соединениям, которые полностью выполнялись А материалами.

В то же время ЗТВ сварных соединений, корневые проходы которых выполнялись ФП и БМ материалами, в поперечном направлении преимущественно находится под действием остаточных сжимающих напряжений. В отличие от соединений с однослойными наплавками, в жестко закрепленных многопроходных соеди-

нениях в поперечном направлении участки ЗТВ, прилегающие к металл} швов, на расстоянии » 2...3 мм также находятся в растянутом состоянии. Это может быть обусловлено: жесткостью закрепления, а также тем, что в таких соединениях в металле БМ шва и БМ стали в какой - то период времени структурные превращения и пластические деформации происходят практически одновременно (к многократно).

Влияние технологических процессов на формирование остаточных напряжений в сварных соединениях и выбор основных параметров сварки конструкций из высокопрочных сталей.

Использование в качестве основного технологического варианта БМ швов каь правило предусматривает четкую регламентацию процессов сварки. Определении: роли каждого из параметров могут быть посвящены специальные исследования. В настоящей работе рассматриваются некоторые из них, которые могут оказать существенное влияние на технологическую прочность сварных соединений: термические циклы сварки и предварительный подогрев.

Термические циклы сварки. Основные исследования выполнялись на пластинах из стали 14ХГ2САФД. В канавках вдоль оси этих образцов автоматической сваркой под флюсом, а также ручной электродуговой выполнялись однослойные наплавки, на различных тепловложениях (соответственно 0Св =10...30 кДж/см к 10... 18 кДж/см). при этом использовались сварочные материалы, обеспечивающие получение БМ швов.

Наиболее низкий и равномерный уровень напряжений наблюдается в сварных соединениях, выполненных при минимальном тепловложении (<Зсв'~Ю кДж/см). В этом случае металл шва в продольном направлении находится под воздействием растягивающих напряжений стх«180...200 МПа. Повышение Скв приводит к увеличению растягивающих напряжений в сварных соединениях. В металле швов они увеличились почти в 1,7 раза. В металле ЗТВ это увеличение напряжений ох еще больше (в 3,9 раза), что по-видимому, обусловлено увеличением длительности пребывания металла ЗТВ при высоких температурах. Все эти закономерности сохраняются и в поперечном направлении сварных соединений.

Такая разница во влиянии Осв на остаточные напряжения может быть обусловлена различным объемом и характером структурных превращений, а также шириной зоны пластических деформаций. У высокопрочных сталей в сравнении с низкоуглеродистыми сталями она несколько уже.

Результаты выполненных исследований свидетельствуют о необходимости ограничения режимов сварки НЛВ сталей (С>св^18...20 кДж/см).

Предварительный подогрев. В соответствии с описанным выше подходом, на пластинах из стали 14ХГ2САФД автоматической сваркой под флюсом и ручной электродуговой выполнялись однослойные БМ наплавки на одинаковом тепловложении (Осв~Ю кДж/см). Подогрев пластин осуществлялся стандартными свароч-

ными горелками: по обе стороны от канавки до достижения необходимой его величины (70,130 и 250 °С).

Результаты исследований свидетельствуют о неоднозначном влиянии предварительного подогрева и особенностях структурных превращений сварных соединений на формирование поля остаточных напряжений HJIB сталей. При выбранных условиях подогрева во всех образцах повышаются растягивающие напряжения ах- В металле швов такое увеличение составляет 20.. .70 %.

В ЗТВ соединений, выполненных ручной электродуговой сваркой, подогрев до 130 °С способствовал незначительному повышению напряжений (на 11... 18%). При автоматической сварке под флюсом он в большей степени способствует повышению растягивающих напряжений в металле ЗТВ: соответственно на 60 и 120 % при подогреве до 130 и 250 °С. Такая разница в его влиянии обусловлена разным временем пребывания металла ЗТВ в диапазоне температур 800... 100 °С и отличиями в скоростях охлаждения в этом диапазоне температур. В случае ручной электродуговой сварки они носят более медленный характер в сравнении с автоматической сваркой под флюсом. В поперечном направлении относительно оси шва подогрев также способствует повышению уровня напряжений: растягивающих в металле швов и сжимающих в ЗТВ.

С точки зрения обеспечения минимального уровня остаточных напряжений в соединениях НЛВ сталей температура их предварительного подогрева не должна превышать 70... 130 °С.

Многопроходная сварка стыковых соединений. Изготовление конструкций из высокопрочных сталей во многих случаях предусматривает многопроходную сварку стыковых соединений узлов и крупных секций. При этом в зависимости от условий и места проведения таких работ возможно использование различных материалов и технологических процессов. Для имитации таких условий были подготовлены стыковые образцы из стали 14ХГН2МДАФБ размером 450 х 450 х 30 мм с V-образной разделкой кромок. Стабильность их размеров достигалась за счет использования специальных технологических приемов (выводных планок, сборочно - сварочных специальных приспособлений).

Распределение остаточных продольных напряжений в таких соединениях существенно не отличается от того, что наблюдалось при выполнении однопроходных наплавок. Напряжения БМ швов и ЗТВ соединений, выполненных на большом тепловложении составляют стх «570...610 МПа, что близко к а0,г стали. В этом случае под действием высоких растягивающих напряжений находятся значительные участки соединения по обе стороны от металла шва (»43...45 мм). В соединениях, выполненных на ограниченных тепловложениях характер распределения остаточных напряжений сохранился. Однако значительно снизился их уровень: ах «200...380 МПа в швах и стх '»300...450 МПа в ЗТВ и сократилась ширина этого участка (»33... 34 мм).

В поперечном направлении металл швов и ЗТВ этих соединений находится под действием растягивающих напряжений <7у. Их величина составляет 420. ..430 и

170...180 МПа для различных тепловложений (соответственно Qcb~33 и »10 кДж/см). Однако, ширина таких участков ЗТВ соединений в зависимости от технологических вариантов (погонной энергии сварки и порядка наложения швов) колеблется от 5...6 до 8...9 мм. За этими участками (на удалении от шва) напряжения, как и в варианте однослойной наплавки, переходят в сжимающие. Величина этих напряжений достаточно близка к уровню растягивающих напряжений близлежащих швов. В данном случае полученные данные объясняются на основе использования принципа Ле-Шателье. Однако, учитывая, что теплофизические свойства БМ и ФБ швов значительно ниже в сравнении с А швами, то и действие принципа в данном случае проявляется в меньшей степени.

Рекомендации по снижению остаточных напряжений в сварных соединениях НЛВ сталей. В процессе изготовления конструкций из НЛВ сталей обеспечивать минимальный уровень остаточных напряжений в сварных соединениях представляется возможным за счет оптимального выбора сварочных материалов, погонных энергий сварки, температур предварительного подогрева, последовательности наложения швов а также конструктивной формы разделки кромок.

При изготовлении конструкций из НЛВ сталей в качестве основного технологического варианта предусматривается использование легированных материалов, обеспечивающих получение БМ швов с равноценными основному металлу свойствами. Для повышения сопротивляемости многопроходных швов образованию холодных трещин корневые проходы таких соединений могут выполняться материалами, обеспечивающим получение ФБ или А швов. Более предпочтительно в таких случаях выполнение А швов (при условии дальнейшего усовершенствования технологических процессов сварки).

Режимы сварки НЛВ сталей не должны выходить за пределы рекомендуемых параметров в зависимости от толщины металла и температуры подогрева. Необходимо ограничивать их верхние уровни при различных процессах сварки: QCb ^ 18...20 кДж/см при механизированной сварке под флюсом и QCB ' S 13...14 кДж/см при механизированной сварке в защитных газах и ручной электродуговой.

Предварительный подогрев (до 70... 130 °С) соединений должен осуществляться стандартными нагревательными устройствами. При этом ширина зоны нагрева должна быть не менее 80... 100 мм по обе стороны от места наложения шва. Продолжительность нагрева соединений должна составлять 1,5 - 2,0 мин на 1 мм толщины металла с момента достижения им необходимой температуры.

Стыковые соединения высокопрочных сталей целесообразно подготавливать со скосом кромок (V -образным или X - образным в зависимости от толщины металла), которая должна заполняться многопроходной сваркой. Первые (корневые) проходы таких соединений целесообразно выполнять "мягкими швами". При последующем заполнении разделки кромок БМ металлом следует избегать использования в верхнем слое швов большого сечения (шириной >13... 14 мм).

Результаты исследований были опробованы и внедрены при ремонтно-восстановительной сварке металлоконструкций буровой и горнорудной техники из

высокопрочных сталей 14Х2ГМРЛ и 14ХГ2НМЛ с пределом текучести 500 -500 МПа (шкивы, захваты, эксцентрики буровых насосов и т.п.)- Контроль сварных соединений свидетельствовал об отсутствии в них каких - либо дефектов, а результаты их испытаний свидетельствуют о том, что они после восстановления полностью отвечают предъявленным к ним техническим требованиям.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе результатов исследований кинетики протекания фазовых и структурных превращений в легированном металле швов и ЗТВ под действием тер-иодеформационных процессов, учета основных закономерностей формирования напряжений, а также использования расчётных методов определено влияние техно-тогических процессов дуговой сварки на распределение остаточных напряжений в сварных соединениях НЛВ сталей с сто,2 ^ 600 МПа. Полученные результаты позво-1яют прогнозировать значения их распределение в зависимости от типа металла шва БМ, ФП и А) и скорости охлаждения (при комбинированном воздействии погонной энергии сварки и предварительного подогрева).

2. Использование швов с различными структурами (БМ, ФБ и А) позволяет эегулировать уровень остаточных напряжений в сварных соединениях НЛВ сталей. Металл многослойных швов, выполненных такими сварочными материалами на ограниченных тепловложениях, в продольном и поперечном направлениях находится юд действием остаточных -растягивающих напряжений. Однако вследствие проте-шния структурных превращений при температурах 500...300 °С, величина про-хольных напряжений в швах, выполненных БМ материалами, может составлять Тх~(0,3...0,5) от его предела текучести. При использовании материалов других систем легирования (и следовательно изменении условий протекания в них структурой превращений) они будут несколько выше относительно соответствующих пределов текучести : ах'~(0,6...0,8) ст0,2 в ФП швах и ах"«(0,8...0,9) ст0,2 в А швах.

В поперечном направлении уровень остаточных напряжений в таких швах маю зависит от особенностей их структур и обычно составляет сту» 180...300 МПа.

3. В ЗТВ многопроходных соединений, выполненных БМ швами, также формируются остаточные растягивающие напряжения величиной стх«(0,4...0,6) ст0,2 ос-ювного металла. Для швов других систем легирования условия формирования на-фяжений в ЗТВ более благоприятны, что и обуславливает снижение их уровня в ¡равнении с основным технологическим вариантом. При использовании ФП мате-шалов структурные превращения в швах происходят при более высоких температу->ах (Т« 800...600 °С), что способствует снижению общего уровня остаточных на-гряжений стх в ЗТВ почти в 1,4 раза. В ЗТВ соединений с А швами их уровень нахо-(ится в диапазоне величин стх=Ю0...200 МПа.

Характер формирования поперечных напряжений в ЗТВ зависит от особенно-тей выполнения сварных соединений и характера их закрепления. В соединениях однослойной наплавкой, выполненной БМ и ФП материалами они как правило -жимающие, а в случае использования А материалов - растягивающие. В ЗТВ жест-

ко закреплённых многопроходных соединений, выполненных всеми трем) типами швов, остаточные напряжения - растягивающие. Их уровень сопоставим < напряжениями соседствующих участков металла шва. Ширина этой зоны (и З..Л мм) зависит от технологических факторов (режимы сварки, количество швов и т.д.).

4. Повышение погонной энергии при сварке высокопрочных сталей способст вует увеличению растягивающих напряжений всех участков сварных соединений Наиболее интенсивно этот процесс происходит в ЗТВ, где в зависимости от условш сварки они могут достигать уровня предела текучести основного металла.

Для обеспечения минимальной величины остаточных напряжений погонньк энергии не должно превышать С)св<20 кДж/см. При этом целесообразно выбирап такие соотношения силы тока, напряжения дуги и скорости сварки, когда при прочих равных условиях сокращается время пребывания металла шва и ЗТВ выше температур Асз (т"<6,0...6,5 с).

5. Предварительный подогрев способствует формированию благоприятны)! структур металла ЗТВ и диффузии из сварного соединения водорода. С точки зрения формирования остаточных напряжений в соединениях высокопрочных сталей его влияние неоднозначно. Применительно к условиям проведенных испытаний, ое способствует незначительному повышению уровня растягивающих напряжений прк таких режимах сварки. Наиболее благоприятным для подогрева следует считать температуры подогрева высокопрочных сталей 70...130 °С. Повышение температуры предварительного подогрева до 250 °С способствует значительному повышению величины остаточных напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей.

6. На характер формирования остаточных напряжений в многопроходных стыковых соединениях определяющее влияние оказывает как технология сварки корневых проходов, так и техника выполнения швов в последнем, замыкающем слое таких соединений. Выбор материалов (БМ, ФП или А) и режимов сварки при выполнении корневых проходов обуславливает распределение напряжений в таких соединениях при последующем их заполнении бейнитно - мартенситными швами. В то же время количество и порядок наложения швов в последнем слое определяет величину и знак напряжений на поверхности многопроходных соединений.

7. По результатам проведенных исследований разработаны рекомендации по снижению остаточных напряжений в сварных конструкциях высокопрочных сталей за счет выбора материалов сварных швов регламентации тепловложений при сварке и температур предварительного подогрева, а также оптимизации порядка заполнения разделок кромок многопроходных стыковых соединений. Основные результаты этих работ нашли применение при изготовлении конструкций тяжёлого машиностроения из высокопрочных сталей на ОАО "Уралмаш".

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Влияние особенностей технологии сварки под флюсом на напряженное состояние сварных соединений высокопрочной стали /Л.М.Лобанов, Л.И.Миходуй, В.АЛивторак, О.Л.Миходуй и др. // Автомат, сварка.-!995.9.-С.21-23.

2. Effect of weld metal type on the stressed state of high-strength steel velded joints /L.M. Lobanov, L.I. Mikhoduj, V.A. Pivtorak, O.L. Mikhoduj and other// 'receedings of the International Conference "Welded Structures", Kyiv, Ukraine, 18-22 September, 1995, p. 87 - 95.

3. Неразрушающий голографический контроль элементов сотовых конструк-щй из композиционных материалов/В.А.Пивторак, В.Г.Тихий, Г.В.Черкашин, 1В.Киянец, О.Л.Миходуй//Международная конференция "Сварные конструкции", Сиев, 18 - 22 сент.1995 г., Тезисы докладов, с.60 - 61.

4. Влияние погонной энергии сварки и температуры предварительного юдогрева на остаточные напряжения в сварных соединениях высокопрочных ¡талей/ Л.И.Миходуй, В.А.Пивторак, О.Л.Миходуй, В.Д.Позняков// Международная сонференция "Сварные конструкции", Киев, 18-22 сент.1995 г., Тезисы докладов, :.29 - 30.

5. Особенности замедленного разрушения металла швов высокопрочных ста-гей /Л.И.Миходуй, С.Л. Жданов, A.A. Сергиенко, О.Л.Миходуй и др. // Автомат, ¡варка,-1997.-№ 9.-С.9 - 13.

6. Определение остаточных напряжений с использованием трехмерного >ешения задачи Кирша/ В.А.Пивторак, П.Д.Кротенко, С.Г.Андрущенко, З.Л.Миходуй, В.НЛехов, К.А.Королев//Международная конференция "Сварка и юдственные технологии - в XXI век". Тезисы докладов. 1998г., с. 91 - 92.

7.Влияние режимов ручной электродуговой сварки на формирование остаточ-1ых напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей/В.Д.Позняков, З.Л.Миходуй// Международная конференция "Сварка и родственные технологии - в CXI век". Тезисы докладов. 1998г., с. 97.

8. Особенности протекания термодеформационных процессов при дуговой ¡варке высокопрочных сталей /Л.М.Лобанов, Л.И.Миходуй, В.Г. Васильев, В.Д. Поляков, О.Л.Миходуй и др.// Автомат, сварка,-1999.-№ 3.-C.3-11.

9. Лобанов Л.М., М1ходуй Л.1., М1ходуй О.Л. Залишков1 напруження в зварних ¡'еднаннях внсокомщних сталей//Мехашка руйнування i мщтсть конструкций випуск 2): В 3-х т.: /ГЕд заг. Ред. Панасюка В.В.-Льв1в: Каменяр, 1999.-т1.-С.21 - 30.

М1ХОДУИ О.Л. Вплив технолопчних фактор1в на формування залишкових тпружень в зварих з'еднаннях високомщних сталей.-Рукопис.

Дисертащя на здобуття вченогоступеня кандидата техшчних наук за пещальшстю 05.03.06.-"3варювання та спорщнеш технологи".-1нститут лектрозварювання ¡м. С.О.Патона HAH УкраТни, Kh'íb, 2000.

Дисерташя присвячена дослщженню характера розпод1лу залишкових [апружень в зварних з'еднаннях та опттпзацп npoueciß зварювання для меньшення íx р1вня в конструкциях низьковуглецевих легованих бейштно-гартенситних сталей з границею текучосп >600 МПа.

Досл1джено вплив теплоф!зичних процес1в та структурних перетворень на aKOHOMipHOCTi формування залишкових напружень в зварних з"еднаннях.

Розроблений експериментально- розрахунковий пщхщ, що дозволяе

прогнозувати характер проткання температурних деформащй в металах шв1в та ЗТВ та оцшювати i'x вплив на законолнрноси формування залишкових напружень в зварних з"еднаннях. Вцщрацьований голограф1чний метод дослщжень залишкових напружень в з"еднаннях високомщних сталей.

Розглянуто вплив структури металу цшв (бейштно-мартенситних, ферр^то-перл1тних та аустештних) на формування в них залишкових напружень. 1стотний вплив на р1вень цих напружень здшснюе сп1вв1Дношення температур структурних перетворень металу шву та ЗТВ.

Дослщжено вплив параметр! в режим1в зварювання та температур попереднього nwirpiey на формування залишкових напружень. Розроблет основш положения технолопчних процешв, за яких в зварних з"еднаннях високомщних сталей забезпечуеться мшмальний р1вень залишкових напружень.

Ключов1 слова: дугове зварювання, високомщш сташ, бейштно-мартенситш перетворення, голограф1чна штерферометр1я, терм1чний цикл, onipHicTb з"еднань уповшьненому руйнуванню

MIKHODUJ O.L. Effect of technological factors on the formation of residual stresses in high-strength steel welded joints.- Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences on specialty : 05.03.06. «Welding and allied technologies».

The work is dealing with the investigation of a nature of distribution of residual stresses in welded joints and optimizing the processes of welding for reducing their level in structures made from low-carbon alloyed bainitic-martensitic steels of >600 MPa yield strength.

The effect of thermophysical processes and structural transformations on the regularities of formation of residual stresses in welded joints is studied. An experimental-calculation approach has been developed which can predict the mode of proceeding the temperature deformations in weld metals and HAZ and evaluate their influence on the laws of formation of residual stresses in welded joints. Prediction of a mode of formation of residual stresses in welded joints was made depending on the composition and peculiarities of phase transformations in the deposited metal and also specific features of technological processes of welding. The holographic method of examination of residual stresses in high-strength steel joints was optimized.

The effect of structure of weld metals (bainitic-martensitic, ferritic-bainitic and austenitic) on the formation of residual tensile stresses in them are considered. It is shown that in longitudinal direction the HAZ of welded joints is also located under the action of tensile stresses. The ratio of temperatures of structural transformations in weld metal and HAZ greatly influence the level of these stresses.

The effect of welding condition parameters and preheating temperatures on the formation of residual stresses was studied. The main principles of technological processes

îave been developed which provide the minimum level of residual stresses in high-strength steel welded joints.

Keywords: arc welding, high-strength steels, bainitic-martensitic transfer-nations, residual stresses, holographic interferometry, thermal cycle, resistance of oints to a delayed fracture.

МИХОДУИ O.JI. Влияние технологических факторов на формирование остаточных напряжений в сварных соединениях высокопрочных сталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по шециальности: 05.03.06.-"Сварка и родственные технологии". - Институт электро-;варки им. Е.О.Патона HAH Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена исследованию характера распределения остаточных напряжений в сварных соединениях и оптимизации процессов сварки для уменьшена их уровня в конструкциях их низкоуглеродистых легированных бейнитно - мар-генситных сталей с пределом текучести >600 МПа.

Исследовано влияние теплофизических процессов и структурных превращено! на закономерности формирования остаточных напряжений в сварных соединениях. Разработан экспериментально - расчетный подход, который позволяет прогно-шровать характер протекания температурных деформаций в металлах швов и ЗТВ и уценивать их влияние на закономерности формирования остаточных напряжений в :варных соединениях. На основе его использования проведен анализ характера формирования остаточных напряжений в соединениях высокопрочных сталей в зависимости от состава и особенностей фазовых превращений в наплавленном метал-ie, а также специфики технологических процессов сварки. Установлено, что в процессе нагрева и охлаждения ЗТВ и металла шва НЛВ сталей в зависимости от состава и характера протекания структурных и фазовых превращений существенно повышаются их пределы текучести («в 1,2... 1,5 раза для исследованных составов), а тереход в термопластическое состояние происходит при Т>780 °С. Отработан голо--рафический метод определения остаточных напряжений в соединениях высоко-трочных сталей.

Рассмотрено влияние структуры металла швов на формирование в них остаточных растягивающих напряжений. В бейнитно - мартенситных швах, вследствие влияния структурных превращений, величина остаточных напряжений может со-ггавлять (0,3...0,5) стод. В феррито - бейнитных и аустенитных швах воздействие (того фактора сказывается в меньшей степени. И это способствует формированию в 1их более высокого уровня напряжений: (0,6...0,9) от их пределов текучести. В фодольном направлении ЗТВ сварных соединений также находятся под воздейст-)ием растягивающих напряжений. На уровень этих напряжений существенное воз-(ействие оказывает соотношение температур структурных превращений металла пва и ЗТВ.

Изучено влияние технологических процессов на формирование остаточных [апряжений. Показано, что параметры режимов сварки и температур предваритель-

ного подогрева позволяют существенно регулировать уровень остаточных напря жений в сварных соединениях. Сформулированы основные подходы к их выбору Разработаны основные технологические процессы, при которых в сварных соеди нениях высокопрочных сталей обеспечивается минимальный уровень остаточны> напряжений.

Ключевые слова: дуговая сварка, высокопрочные стали, бейнитно - мартен ситные превращения, остаточные напряжения, голографическая интерферометрия термический цикл, сопротивляемость соединений замедленному разрушению.