Формирование и эволюция градиентных структурно-фазовых состояний и механических свойств толстых сварных швов

• Автор: Гагауз, Владимир Пантелеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 155 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. ТОЛСТЫЕ СВАРНЫЕ ШВЫ, ИХ ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И СТРУКТУРА

1.1. Особенности выполнения сварных швов кожуха доменной печи

1.2. Основные закономерности материаловедения сварных соединений.

1.2.1 Металлургические процессы в сварочной ванне при электрошла-ковом способе сварки

1.2.2. Структурные и фазовые превращения в сталях при электрошла-

ковой сварке

1.3. Типичные дефекты и неблагоприятные явления при электрошла-ковой сварке

1.3.1. Горячие трещины

1.3.2. Холодные трещины
1.3.3. Слоистые трещины
1.3.4. Трещины повторного нагрева
1.3.5. Поры, газовые пузыри, неметаллические включения, непровары..
1.3.6. Структурно-механическая неоднородность
1.3.7. Отпускная хрупкость и хрупкость в условиях ползучести
1.3.8. Водородное охрупчивание
1.4. Надежность, деградация и неразрушающий контроль сварных соединений
1.5. Заключение
2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Методики механических испытаний и измерения скорости ультразвука
2.2. Оптическая микроскопия
2.3. Растровая электронная микроскопия
2.4. Просвечивающая дифракционная электронная микроскопия
3. ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВАРНЫХ ШВОВ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Зависимость механических свойств от способа сварки и времени эксплуатации
3.2. Зависимость скорости ультразвука от способа сварки и времени
эксплуатации
Заключение по главе
4. МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА СВАРНОГО ШВА
4.1. Структурно-фазовое состояние стали перед сваркой
4.2. Структура, формирующаяся при кристаллизации зоны расплава
4.2.1. Структура центральной области сварного шва
4.2.2. Структура промежуточной области сварного шва
4.2.3. Структура переходной области сварного шва
4.3. Сварной шов как типичный пример градиентной структуры
4.4. Эволюция структуры сварного шва с течением времени эксплуата- 84 ции
4.5. Влияние технологии сварки на структуру и фазовый состав сварного шва
4.5.1. Горизонтальное и вертикальное изготовление шва (ЭДС, без
флюса, ручная, толщина шва 30 мм)
4.5.2. Автоматическая (вертикальная) и ручная (горизонтальная) сварка (ЭШС, толщина шва 40 мм)
4.6. Фрактография поверхности разрушения
Заключение по главе
5. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СВАРНОГО ШВА
5.1. Фазовый состав сварного шва
5.2. Дислокационная субструктура сварного шва
5.3. Дальнодействующие поля напряжений
5.4. Влияние способа сварки на дислокационную субструктуру и фазовый состав сварного шва
5.5. Влияние времени эксплуатации изделия на дислокационную субструктуру и фазовый состав сварного шва
Заключение по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях невозможно представить себе технический прогресс практически во всех отраслях промышленности без использования сварки. Такой способ соединения металлов позволяет сравнительно просто его автоматизировать и механизировать, коренным образом изменить производство и монтаж крупных конструкций, машин и сооружений. На монтажных площадках стало возможным соединять сваркой детали большой толщины, также как кожухи доменных печей, воздухонагревателей, другие толстостенные сосуды. Отпала необходимость в строительстве мощных цехов для создания и механической обработки таких крупных изделий как станины мощных прессов и т.д.
Современная технология испытывает множество различных способов сварки, которые опережают развитие средств и методов контроля. Исследования влияния типов и режимов сварки на форму шва, ширину околошовной зоны и закономерности кристаллизации металла лежат в основе выбора оптимальных характеристик.
Любой применяемый способ сварки имеет свои достоинства и недостатки. Так, сварные соединения, выполненные таким прогрессивным способом как электрошлаковый, необходимо подвергать последующей термической обработке для уменьшения остаточных напряжений, что влечет за собой разработку целого комплекса мероприятий.
Задачи увеличения качества сварных соединений, их надежности были и остаются актуальными. Их решение основывается на знание протекающих процессов, определяющих формирование и свойства сварных швов.
Структурно-фазовое состояние материала швов формируют тепловые, диффузионные, металлургические, металловедческие и др.процессы. При эксплуатации меняются механические свойства, структура и фазовый состав материала швов. Знание этих закономерностей открывает пути формирования высоких свойств сварных соединений и их надежной службы.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для выполнения поставленных экспериментальных задач были проведены механические испытания образцов сварных соединений, исследование зеренной структуры металла шва и зоны термического влияния с использованием оптической микроскопии, прецизионные структурные исследования подсистемы дефектов и границ различного рода, а также изучение напряженного состояния материала акустическим методом.
2Л. Методики механических испытаний и измерения скорости
ультразвука
Механические испытания на квазистатическое активное растяжение проводились на плоских образцах типа «двойная лопатка». Сварной шов располагался по нормали к продольной оси образца. Размеры рабочей части образца приведены ниже в главе 3.
Растяжение производилось на универсальной испытательной машине «Instron 1185», жесткость которой составляла 1000 кН. Это позволяло при расчете относительных удлинений не учитывать деформацию нагружающего устройства. Такое оборудование дает возможность определять величину относительной деформации 8 без нанесения меток, используя начальную длину рабочей части объекта, по крайней мере, до момента формирования шейки разрушения, то есть, в условиях квазиравномерного растяжения. Скорость перемещения подвижного захвата машины составляла vm = 1 мм/мин, что обеспечивало среднюю скорость деформации ё = l,7xlO'V». Деформационная кривая записывалась на графопостроителе, затем оцифровывалась и автоматически перестраивалась в координаты (cr-s) или (s-e) с использованием стандартной программы «Origin5,0». Здесь о - условное напряжение, 8 - условная деформация, s = су(1+е) - истинное напряжение , а е = ln(l+s) - истинная деформация. Определение механических характеристик: условного Оо,2 или физического от пределов текучести, временного сопротивления разру-