Испытание на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке

ГОСТ 26389-84 регламентирует машинные и технологические методы испытаний на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке плавлением.

Сущность методов состоит в высокотемпературной деформации металла в процессе сварки до образования трещин под действием внешних сил, создаваемых испытательной машиной (машинные методы), или под действием внутренних сил от усадки шва и формоизменения свариваемых элементов (технологические методы).

При машинных методах испытуемый металл шва и зоны сплавления деформируют приложением внешней нагрузки для определения сравнительно-количественных показателей: критического темпа и критической скорости растяжения, при которых образуются трещины.

Технологические методы испытаний предусматривают изготовление из испытуемого металла типовых сварных узлов, конструкция и технология сварки которых обусловливает повышенные значения темпа высокотемпературных деформаций, приводящих к образованию трещин. Сравнительно-количественную оценку сопротивляемости металла шва и зоны сплавления образованию трещин производят условными показателями: критической скоростью сварки и коэффициентами ширины образца, периодичности трещин, площади трещин и длины трещин.

Холодные трещины – это локальные хрупкие разрушения материала сварного соединения, возникающие под действием собственных сварочных напряжений после полного затвердевания шва в период окончания охлаждения или последующего вылеживания сварной конструкции в течение нескольких суток. Такие трещины имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления. Холодные трещины чаще всего возникают в зоне термического влияния и, как правило, ориентированы параллельно оси шва или перпендикулярно к ней. Холодные трещины не всегда выходят на поверхность: они могут быть закрытыми и иметь небольшую протяженность.

К образованию холодных трещин склонны углеродистые и легированные стали, титановые и алюминиевые сплавы.

Считают, что стали не склонны к образованию холодных трещин при углеродном эквиваленте С_Э < 0,45 % и склонны при С_Э > 0,45 %. Установлено, что холодные трещины не образуются при сварке закаливающихся сталей, если HRС<36, НВ<341 и содержание мартенсита не превышает 60 %.

ПАЯЕМОСТЬ

Паяемость – это свойство материала образовывать паяное соединение с требуемой прочностью, пластичностью, герметичностью, электропроводностью, коррозионной стойкостью и т.д. при заданном режиме пайки (ГОСТ 17325-79).

Под режимом пайки понимают совокупность параметров и условий, при которых осуществляют пайку: температуру пайки, время выдержки при этой температуре, скорость нагрева и охлаждения, способ пайки, припой, флюс (газовую среду), давление на соединяемые заготовки и др. (ГОСТ 17325-79).

На паяемость оказывает влияние совокупность факторов:

1) физико-химические свойства паяемого металла и припоя, определяющие характер их взаимодействия, воздействие флюсующих сред на припой и паяемый металл, условия и характер кристаллизации при пайке.

2) технологические факторы – подготовка поверхности и сборка изделий перед пайкой, способ удаления окисной пленки, режим пайки, обработка паяных соединений и др.

3) конструктивным факторы – тип паяного соединения, геометрические параметры и расположение паяных соединений в изделии.

Материалы для обеспечения паяемости

а) Припои

Паяемость материалов существенно зависит от используемого припоя, к которому предъявляют следующие требования:

– температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления соединяемых материалов;

– припой должен обладать хорошей жидкотекучестью, смачивать поверхности соединяемых материалов, растекаться по ним, проникать в узкие зазоры;

– припой не должен в значительной степени снижать прочность (статическую и вибрационную) и пластичность соединяемых материалов, а также способствовать их хрупкому разрушению;

– с паяемыми материалами припой не должен образовывать соединений, склонных к коррозии;

– коэффициенты линейного расширения припоя и соединяемых материалов не должны резко отличаться во избежание образования остаточных напряжений и трещин в паяном соединении.

Помимо общих требований, к припоям в зависимости от их использования предъявляют ряд специфических требований, например, по электропроводности, теплопроводности, коррозионной стойкости в специальных средах, деформации в горячем и холодном состояниях и др.

В зависимости от температуры полного расплавления Т_пл (температуры ликвидуса) припои подразделяют на:

– особолегкоплавкие (Т_пл< 145 °С),

– легкоплавкие (145 °С< Т_пл < 450 °С),

– среднеплавкие (450 °С< Т_пл< 1100 °С),

– высокоплавкие (1100 °С< Т_пл< 1850 °С)

– тугоплавкие (Т_пл >1850 °С).

Припои для низкотемпературной (мягкой) пайки изготовляют на основе олова, свинца, висмута, цинка, кадмия и индия (особолегкоплавкие и легкоплавкие припои).

Припои для высокотемпературной (твердой) пайки содержат медь, серебро, никель, кобальт, железо, алюминий и др. (среднеплавкие, высокоплавкие и тугоплавкие припои).

По международному стандарту ISO 3677 (ГОСТ 19248-90) установлено новоеобозначение припоев.

Условное обозначение состоит из трех частей. Первая часть содержит букву В (Brasing), означающую припой. Вторая часть содержит группу символов – химических элементов припоя. Первым в группе символов указывают основной элемент припоя, определяющий его основные свойства. Затем указывают численное значение его массовой доли в процентах. Остальные химические символы указывают в порядке убывания массовой доли элементов. В случае, если в припое два или более элементов имеют одну и ту же массовую долю, их указывают в порядке понижения атомного номера.

Элементы припоя, массовая доля которых составляет меньше 2 %, не указывают, кроме элементов, оказывающих существенное влияние на свойства припоя, драгоценных и редких металлов, если они не являются примесями.

В обозначении указывают не более шести химических элементов.

Третья часть содержит значение температуры начала и конца плавления. Для эвтектических сплавов указывают только температуру плавления.

Пример: Припой, содержащий 63 % никеля (основной элемент), 16 % вольфрама, 10 % хрома, 3,8 % железа, 3,2 % кремния, 2,5 % бора, 0,5 % углерода, 0,6 % фосфора, 0,1 % марганца и 0,2 % кобальта с температурой начала плавления 970 °С и конца плавления 1105 °С: