Исследование микроструктуры сварных соединений стали 12Х18Н10Т

В исходной структуре аустенитной стали 12Х18Н10Т ферритная фаза присутствует в виде отдельных строчек и тонкого слоя по границам аустенитных зёрен (Рис. 34).

Рис. 34. Микроструктура стали 12Х18Н10Т, ×200.

Граница ЗТВ со швом типична для сварных соединений стали 12Х18Н10Т: аустенитные зёрна размером 20-50 мкм, феррит и карбиды Cr₂₃С₆ в виде отдельных частиц и цепочек по границам зёрен, рис. 35. Это связано с тем, что нагрев металла основы достигал температур до 1100^оС. Это вызвало интенсивное выделение карбидной фазы по границам зёрен. Аустенитная сталь с такими выделениями по границам зёрен имеет высокую склонность к МКК.

Микроструктура металла сварного шва соединения стали 12Х18Н10Т, выполненного в режиме постоянного тока, имеет столбчатое строение с ориентированием кристаллитов в направлении теплоотвода. По границам зерен расположены δ – феррит и карбиды (Рис. 35, а). Зерна достигают значительных размеров в длину, во многих случаях образуя транскристаллиты. В центральной части сварного шва и ближе к обратному валику зерна достигают размеров: ширина - 19 ÷ 20 мкм, длина - 400 ÷ 500 мкм. На границе ЗТВ со швом зёрна аустенита имеют размеры 20 - 50 мкм.

В сварных швах неразъемных соединений, выполненных с применением импульсного изменения энергетических параметров режима, формируется мелкозернистая структура. Размеры зерен составляют 3 - 8 мкм (Рис. 35, б). Это происходит из-за интенсивного перемешивания и диспергирования металла сварочной ванны вследствие низкочастотной пульсации дуги, уменьшения теплосодержания расплава сварочной ванны и увеличения скорости ее кристаллизации.

Рис. 35. Микроструктура сварных шов: а) выполненных в режиме постоянного тока; б) с импульсным изменением энергетических параметров режима, Х200.

Средний размер зерен ЗТВ в 2-2,5 раза меньше, чем в шве, сформированном на постоянном токе, где средний размер структурных элементов составляет 10-20 мкм . Это происходит вследствие действия импульсного источника нагрева, изменяющего газодинамическое давление дуги на металл сварочной ванны, что приводит активизации его движения в расплаве, интенсивному перемешиванию и существенному снижению ее теплосодержания. Это приводит к увеличению скорости кристаллизации металла и образованию большого количества новых центров кристаллизации. Размеры ЗТВ в сварных соединениях, изготовленных в режиме импульсного изменения энергетических параметров режима, значительно меньше чем у образцов, сваренных в режиме постоянного тока.

Таблица 6

Распределение зёрен по размерам в объёме металла сварных швов

Примечание: числитель – размеры зерен для образцов, сваренных в режиме постоянного тока, знаменатель - размеры зерен для образцов, сваренных в режиме импульсного изменения энергетических параметров режима.

Результаты стереометрического анализа структур швов сварных соединений представлены в таблице 6.

Средний размер зёрен после РЭДС постоянным током составляет 11 мкм, модулированным током - 6.5 мкм. Сравнительный анализ размеров зерен, приведенный в таблице 6, показал, что для образцов, сваренных в режиме постоянного тока, характерен значительный разброс их размеров в центральной части шва: 5-14 мкм. По-видимому, это связано с неравновесными условиями кристаллизации сварочной ванны, что обусловливают химическую и структурную неоднородности металла сварного шва. Последнее обстоятельство должно очень сильно повлиять на прочностные и эксплуатационные характеристики сварных соединений из аустенитных марок сталей.

18.6. Методика исследования и свойства сварных соединений низколегированных сталей. Исследования свойств сварных соединений осуществлялись на образцах по схеме, приведенной на рис. 36. Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 1 Н вдоль трех слоев шва – корневого, заполняющего и облицовочного от середины шва через зону термического влияния в основу.

Рис. 36. Схема проведения структурных исследований сварного соединения сталей: 1 и 2 - в сварном шве, 3 - в ЗТВ, 4 - на уровне корневого слоя, 5 - на уровне заполняющего слоя, 3 - на уровне облицовочного слоя.

Механические испытания прочности сварных соединений из сталей проводили при статическом нагружении растяжением на установке типа «Инстрон». Образцы для механических испытаний в виде двусторонних лопаток были вырезаны поперек сварного соединения расположением щва посередине рабочей части образцов (ГОСТ 1497-73). Испытания образцов на ударную вязкость при температуре 20 °С проводили на маятниковом копре типа МК-30А. Концентратор в форме V-образного надреза был нанесен по сварному шву (ГОСТ 9454-78).

Измерения микротвердости позволили оценить прочностную однородность швов после обоих режимов сварки. После импульсного режима видоизменяется распределение микротвердости по сравнению со стационарным (Рис. 6). Уровень микротвердости в сварном шве выше, чем после стационарного режима. Существенно повышается его пластичность (относительное удлинение возрастает в среднем на 20 %), что подтверждается результатами механических испытаний (таблица 7).

Таблица 7

Механические свойства сварных соединений 10Г2С

При механических испытаниях сварных соединений, полученных при ис­пользовании обоих режимов, разрушение образцов из исследованных видов сталей происходит, обычно, по основному металлу, что свидетельствует о выполнении основного условия получения материалов зон соединений прочнее материала основы (Приложение 1).

Установлено, что прочность и пластичность сварных соединений сталей сильно зависят от наличия даже единичных сварочных дефектов. Они приводят к снижению в 1,5 - 2 раза пластичности сварных соединений (Рис. 7). Сварные соединения с более однородной структурой имеют и более однородное распределение механических свойств, что препятствует возникновению участков разупрочнения в околошовной зоне и повышает стойкость к возникновению и распространению трещин в сварном соединении в целом. Повышение свойств связано также с повышением однородности распределения Mn и Si в шве и ЗТВ, снижением их угара.

%,Вес

Гц

Рис. 37. Влияние частоты импульсов тока на содержание элементов в сварном шве соединения стали 17Г1СУ.

Отсутствие заметного угара Mn после импульсного режима объясняется снижением тепловложений при мелкокапельном переносе электродного металла в сварочную ванну при формировании шва.

Рис. 38. Влияние частоты импульсов тока на ударную вязкость сварных соединений стали 17Г1СУ.

После импульсного режима сварки такие сварные соединения обладают более высокой прочностью при эксплуатации. Влияние частоты импульсов тока на содержание элементов в сварном шве соединения стали 17Г1СУ и ударную вязкость показано на рисунках 37 и 38. В результате, после импульсного режима сварки такие сварные соединения обладают более высокой прочностью при эксплуатации.

Структурные исследования состояния поверхности образцов после стационарного режима сварки показали, что металл был подвержен, как опасной межкристаллитной, так и питтинговой коррозии.

	а		б
	в		г

Рис. 39. Характер коррозионного разрушения в зоне сварных соединений, полученных: - на стационарных режимах (а – шов, б – переходная зона); - в режиме APT (в – шов, г – переходная зона).

Коррозионная картина свидетельствует о том, что в ЗТВ сварного соединения стали 10Г2С после стационарного режима сварки имеет область повышенного коррозионного разрушения (Рис. 39). Анализ пока­зал, что межкристаллитная коррозия поразила основной металл на площади до ~ 40%. Структурные исследования состояния поверхности образцов после импульсного режима сварки показали, что сварные соединения подвержены менее опасной питтинговой коррозии Металл поражен на площади ~ 25%.

В целом проведенные исследования показали, что при использова­нии импульсного режима сварки меняется механизм корро­зионного разрушения в соляной кислоте сварных соединений из низколегиро­ванной стали 10Г2С: вместо межкристаллитной коррозии, свойственной соеди­не­нию после стационарного режима, протекает питтинговая коррозия. Это свя­зано с более равномерным распре­делением элементов в сварном шве и снижением выгорания в процессе сварки.

Поиск по сайту: