ИЗ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

В зависимости от длительности работы сварные конструкции можно разделить на группы:

1. Кратковременного действия (узлы ракет и ракетных двигателей), работающие несколько минут.

2. Среднего действия (узлы самолетов и т. п.), работающие сотни часов.

3. Длительной службы (паропроводы, турбины, химическая аппаратура), работающие 10...20 лет.

Как правило, чем выше температура, давление и другие параметры, тем короче срок службы конструкций.

В сварных конструкциях из легированных сталей под действием длительных нагревов наблюдаются следующие формы нестабильности структуры:

– сфероидизация перлита и коагуляция (укрупнение) частиц карбидной фазы;

– графитизация (только в сталях перлитного класса, не содержащих хром);

– образование новых и перерождение старых фаз (химических соединений);

– перераспределение легирующих элементов между твердым раствором и карбидной фазой.

В условиях работы атомных электростанций добавляется и действие нейтронного облучения и агрессивной среды.

При работе в условиях ползучести и малоцикловой усталости наблюдается:

1. Внутризеренная деформация, когда пластическая деформация происходит путем сдвига внутри зерна. Такая деформация наблюдается при значительных скоростях ползучести, больших напряжениях и сравнительно коротком времени его действия. При этом возникают значительная пластическая деформация и вязкое разрушение.

2. Межзеренная деформация, при которой образование и развитие трещин происходит по границам зерен. Такой вид деформаций наблюдается при малых скоростях ползучести (малые s и высокие Т). При этом происходит хрупкое разрушение.

Вследствие упругопластического скольжения зерен по границам, ориентированным в направлении нормальных напряжений, под действием s происходит релаксация касательных напряжений t и накопление нормальных напряжений на поперечных границах.

Мартенситные превращения (как и понижение Т) исключают развитие упругопластической деформации в прилегающих участках металла. Поэтому вершины зерен, в которых сходятся скользящие границы и прилегающие к ним поперечные, являются наиболее вероятными местами очагов разрушения.

В этих условиях проявляется несовершенство сварных соединений, обусловленное самим процессом сварки.

К этим несовершенствам относятся:

– неоднородность структуры и свойств металла по зонам сварного соединения (наличие хрупких участков закалочного и иного происхождения, малопрочных прослоек и т. п.);

– концентраторы напряжений, обусловленные формой шва и сварного узла;

– наличие концентратов в виде допустимых технологических дефектов шва (шлаковые включения, газовые поры и т. п.);

– наличие остаточных сварочных напряжений.

Для устранения или уменьшения таких несовершенств сварных соединений необходимо:

1. Совершенствовать проектно-технологическую проработку сварной конструкции.

2. Применять более технологичные и чистые материалы, например сталь ЭШП, ВДП.

3. Применять прогрессивные способы сварки, позволяющие получать сварные соединения (швы) требуемой чистоты, свойств, сплошности и геометрической формы,

4. Совершенствовать методы нагрева для термообработки сварных соединений в строго заданных режимах,

5. Совершенствовать методы и средства неразрушающего контроля для сооружаемых и эксплуатируемых сварных конструкций.

6. Совершенствовать организацию сварочных работ и повышать технологическую дисциплину их изготовления.

В настоящее время в промышленности применяется свыше 2500 марок сталей и сплавов и нет единой технологии их сварки.

Один и тот же материал можно использовать и в реактивном двигателе, и в химическом аппарате, и если в первом случае необходимо обеспечивать жаропрочность, то во втором – коррозионную стойкость. Технология сварки различна и зависит от условий эксплуатации.

Задачей инженера-технолога является разработка технологии сварки специальных сталей и сплавов с учетом условий эксплуатации и требований к сварному соединению.

Контрольные вопросы к главе 2

1. Какие формы нестабильности структуры наблюдаются в сталях под действием длительных нагревов?

2. Когда в сталях наблюдается межзеренная деформация?

3. Какими несовершенствами характеризуется сварное соединение?