Испытания стали на свариваемость

Высокая свариваемость является важнейшим технологическим требованием к судокорпусной стали, так как она обеспечивает получение сварных соединений высокого качества в любых климатических условиях. Даже незначительный дефект сварного шва может привести к хрупкому разрушению и потере работоспособности всей сварной конструкции. Поэтому при испытаниях на свариваемость выявляют горячие и холодные трещины, подваликовые трещины (водородное растрескивание), расслоения, а также оценивают общую и усталостную прочность сварного соединения, хрупкость металла шва и в зоне термического влияния, склонность его к старению.

Сопротивляемость сталей образованию горячих трещин при сварке оценивают по результатам испытаний образцов с приложением внешней нагрузки (машинные методы) и технологических испытаний образцов с естественной жесткостью (ГОСТ 26389—84). Сущность методов состоит в оценке допустимой высокотемпературной деформации металла после сварки до образования трещин под действием внешних сил, создаваемых испытательной машиной, или под действием внутренних напряжений. Методы испытаний сопротивляемости образованию холодных трещин (ГОСТ 26388—84) также делятся на машинные и технологические.

Известно, что склонность к трещинообразованию при сварке в большой степени зависит от химического состава основного металла, присутствия в расплавленном металле водорода, скорости охлаждения металла после сварки и уровня остаточных напряжений в соединении. Химический состав основного металла определяет выбор параметров режима сварки, целесообразность применения предварительного или последующего подогрева материала околошовной зоны, склонность к охрупчиванию в зоне термического влияния вследствие структурных превращений и т. д. Поэтому Правила Регистра СССР устанавливают определенные требования к химическому составу судостроительной стали. Так, для стали нормальной прочности (с пределом текучести не ниже 235 МПа) суммарное содержание углерода и 1/6 содержания марганца не должно превышать 0,4 %, т. е. Сэкв = С + Mn/6, где Сэкв — углеродный эквивалент; С и Mn — количество углерода и марганца, %.

Углеродный эквивалент для сталей повышенной прочности (с пределом текучести 315—390 МПа) определяется по формуле.

Количественные нормы Сэкв устанавливают экспериментально. Однако известно, что если Сэкв≥0,45 %, то сталь следует считать чувствительной к образованию холодных трещин, и ее необходимо сваривать с подогревом, а для многих корпусных конструкций применять нецелесообразно.

Прилегающий к сварному шву участок основного металла, в котором при тепловом воздействии происходят структурные превращения (их характер зависит от максимальной температуры нагрева и скорости охлаждения), называют зоной термического влияния. Структурные превращения в металле зоны термического влияния сопровождаются изменением его твердости и воздействуют на склонность стали к трещинообразованию. Если твердость превышает HV=350-=-400, то это свидетельствует о присутствии в структуре сравнительно твердых и хрупких структурных составляющих (мартенсита, бейнита). Как правило, температура перехода металла зоны термического влияния в хрупкое состояние выше, чем за ее пределами. Поэтому естественно, что в этой зоне возрастает опасность образования холодных трещин под воздействием остаточных растягивающих напряжений после сварки.

В Японии для оценки склонности металла сварного шва к трещинообразованию предложен показатель Рс, учитывающий влияние не только химического состава (включая концентрацию водорода), но также жесткость изготовляемой конструкции.