Чтобы сравнить между собой металлы, сварочные мате­риалы и технологические процессы по степени их влияния на воз­никновение горячих трещин при сварке, нужно иметь какие-то кри­терии для оценки технологической прочности металла шва.

Наиболее правильно оценивать технологическую прочность критерием, одновременно учитывающим все три фактора, которыми она определяется:

1) величину ТИХ;

2) величин у п л аст и чес кой деформации, которую испытывает ме­талл в температурном интервале хрупкости;

3) темп деформации.

В производстве же до последнего времени сопротивляемость металла шва возникновению горячих трещин оценивают различ­ными пробами, основанными на использовании влияния какого-то одного или немногих факторов. Так, существуют проверки по изме­нению жесткости свариваемого образца Увеличение жесткости уменьшает формоизменение ен(Т), а следовательно, как видно из вы­ражения (VII. 14), увеличивает деформации в шве при сварке и по­следующем охлаждении — ет(Т). Испытания, проводимые на об­разцах с различной жесткостью, позволяют лишь качественно оце­нить основной металл, сварочные материалы или технологический процесс по степени их влияния на образование горячих трещин. Вместе с тем эти испытания дают возможность судить о производ­ственной пригодности для сварки тех или иных металлов, электро­дов, флюсов и т. д. Например, если при сварке жестких образцов трещины в металле шва не образуются, то и в более благоприятных условиях —- при сварке менее жестких реальных конструкций — они возникать не будут.

Существует ряд методов, которые основаны на изменении ско­рости охлаждения металла шва или темпа деформации в процессе сварки. Так, скорость охлаждения увеличивают, опрыскивая во­дой обратную сторону свариваемого жесткого образца. Для той же цели применяют иногда предварительное охлаждение контрольных свариваемых образцов до температур от —70 до —150 и даже до —250 °С. И эти методы позволяют только качественно оценить свой­ства металла шва.

Научно обоснованная методика количественной оценки проч­ности металла шва при сварке впервые была разработана на ка­федре сварки МВТУ им. Баумана. Здесь в качестве критерия, оце­нивающего сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин, приняты максимальная величина и темп нарастания внут­ренних пластических деформаций, которые металл может выдер­жать в процессе сварки без разрушения.

Испытания проводят по следующей схеме. В канавку образца (рис. 172) наплавляют валик с использованием тех сварочных

определенной А, мм/мин.

Растягивание образца на пинается не одновременно с зажиганием дуги/a р тот мо­мент, когда дуга пройдет среднее сечение^ где сделаны отверстия 07, Служащие кон­центраторами і деформаций. Наличие концентраторов вы­зывает изгиб отдельных вет­вей образца. Зазор между вет­вями увеличивается, в ре­зультате чего, наряду с про­дольным, появляется также поперечное растяжение металла шва. Это дает возможность приблизить условия испытаний к схеме де­формаций, реально возникающей в шве при сварке.

Если при известной скорости перемещения зажимов испыта­тельной машины в темпера­турном интервале хрупкости металл шва разрушился и в нем появилась трещина, то дальнейшая деформация об­разца способствует раскры­тию этой трещины до отчетли­во наблюдаемых размеров.

Когда горячих трещин нет, металл шва деформируется пластично до конца испыта­ний. Таким образом, меняя скорость (темп) перемещения зажимов в разных опытах (при постоянстве всех прочих условий), можно найти кри­тическую скорость растяже­ния образца, превышение ко­торой вызывает появление горячих трещин в металле шва. Эта критическая ско­рость Акр и принята в качест­ве критерия сопротивляемос­ти металла шва образованию горячих трещин при сварке, т. е. является показателем его технологической, прочности,

1 Применяют образцы и другой формы.

Поскольку ТИХ испытываемого металла во всех опытах стается примерно одинаковым, то с изменением скорости растяжения об­разца меняются величины абсолютных и относительны* пласти­ческих деформаций в этой интервале температур. При заданном термическом цикле сварки Т{1) и определенном ТИХ (pud. 173) вели­чина относительной деформации е (/), которую испытывает металл, находящийся в хрупком состоянии, пропорциональна скорости растяжения А. Прямые ег(/), е2(/), е3(/), проходящие через начало координат, иллюстрируют характер изменения деформации во вре­мени при скоростях растяжения соответственно Аг, А2 и А3, причем А, > А, > Аа. Отрезки єіхрі е2хр, езхр — величины относительных пластических деформаций в температурном интервале хрупкости при соответствующих значениях А.

Поскольку наличие концентраторов вызывает поперечные де­формации в образце при его продольном растяжении, трещины, образующиеся во время испытаний, обычно расположены в централь­ной части шва, вдоль его оси.

Удобна, проста и надежна методика Ждановского металлур­гического института. В ее основу положены те же теоретические предпосылки, что и в методике МВТУ, отличие лишь в способе проведения испытаний и в форме образца. Испытания ЖдМИ проводят на цилиндрических или плоских образцах по схемам, показанным на рис. 174, a—г, где 1 — трещина в шве; 2 — элек­трод; 3 — металл шва, находящийся в ТИХ; 4 — образцы; 5 — сварочная ванна.

В задней части кристаллизующейся сварочной ванны непре­рывно образуется и перемещается вслед за дугой слой металла, имеющего двухфазное твердо-жидкое состояние и обладающего низкой пластичностью. Форма этого слоя повторяет очертания задней части сварочной ванны. Заключен он между двумя изотер­мическими поверхностями — Тв(х, у, г) = const и Тк(х, у,г) — = const, соответствующими верхней и нижней границам ТИХ (рис. 175).

При испытании металл шва в процессе кристаллизации непрерывно подвергается поперечным деформациям, из-за чего в шве может образоваться продольная кристаллизационная тре­щина (рис. 175).

Начальную скорость деформации А выбирают настолько боль­шой, чтобы возникновение трещины было гарантированным, а по мере перемещения дуги вдоль образца ее монотонно уменьшают (рис. 176). Возникшая в начале шва трещина развивается вглубь кристаллизующегося металла вслед за перемещающейся дугой. Усилие, необходимое для деформации образцов, в этом случае незначительно, так как шов за дугой полностью разделен про­дольной трещиной, жидкая ван­на деформируется свободно, а со­противление деформации оказы­вает только слой металла, нахо­дящийся в ТИХ.

Так как в процессе сварки скорость деформации А постоян­но уменьшается, то с некоторо­го момента времени t она ста­нет настолько малой, что ме­талл, находящийся в ТИХ, вы­держит такую деформацию без образования трещины. Произой­дет схватывание и начнется пла­стическая деформация упроч­нившегося в результате охлаж­дения металла. Это вызовет резкое увеличение мощности, расходуемой электродвигателем.

Момент схватывания регистри­руется самопишущим прибором по возросшему току в якоре элек­тродвигателя.

Преимущество методики ЖдМИ перед другими отечествен­ными и зарубежными методиками заключается прежде всего в чи­стоте эксперимента, так как испытанию подвергается только тот слой металла шва, свойства которого нас интересуют, и именно в тех условиях, которые весьма близки к реальным. Важно под­черкнуть, что в процессе испытания по методике ЖдМИ основ­ной металл образцов и металл шва, охладившийся ниже ТИХ, деформации не подвергаются и их свойства на результаты испыта­ний не накладываются. Машина для испытаний по методике ЖдМИ не нуждается в мощном приводе, так как нет необходи­мости деформировать основной металл и ранее сваренный ме­талл шва.