Твердость металла шва и зоны термического влияния сварных соединений должна быть

Обновлено: 20.05.2024


ГОСТ 6996-66
(ИСО 4136-89,
ИСО 5173-81,
ИСО 5177-81)

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Welded joints. Methods of mechanical properties determination

МКС 25.160.40
ОКСТУ 0909

Дата введения 1967-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Академией наук УССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 03.03.66 N 4736

Изменение N 4 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 3 от 17.02.93)

За принятие изменения проголосовали национальные органы по стандартизации следующих государств: AZ, AM, BY, GE, KZ, MD, RU, TM, UZ, UA [коды альфа-2 по МК (ИСО 3166) 004]

4. Стандарт полностью соответствует ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

3.6, 4.4, 8.2, 8.4, 8.7, 8.8, 8.9

Настоящий стандарт устанавливает методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла при всех видах сварки металлов и их сплавов.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Стандарт устанавливает методы определения механических свойств при следующих видах испытаний:

а) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на статическое (кратковременное) растяжение;

б) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на ударный изгиб (на надрезанных образцах);

в) испытании металла различных участков сварного соединения на стойкость против механического старения;

г) измерении твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла;

д) испытании сварного соединения на статическое растяжение;

е) испытании сварного соединения на статический изгиб (загиб);

ж) испытании сварного соединения на ударный разрыв.

1.2. Стандарт распространяется на испытания, проводимые при определении качества продукции и сварочных материалов, пригодности способов и режимов сварки, при установлении квалификации сварщиков и показателей свариваемости металлов и сплавов.

1.3. Виды испытаний, типы образца и применение метода предусматривается в стандартах и технических условиях на продукцию, устанавливающих технические требования на нее.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

1.4. Допускается применять образцы и методы испытаний по международным стандартам ИСО 4136, ИСО 5173, ИСО 5177, приведенным в приложениях 1, 2, 3.

(Введен дополнительно, Изм. N 4).

2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

2.1. Образцы для испытаний отбирают из проб, вырезанных непосредственно из контролируемой конструкции или от специально сваренных для проведения испытаний контрольных соединений.

2.2. Если форма сварного соединения исключает возможность изготовления образцов данного типа (детали сложной конфигурации, трубы и др.), то образцы могут быть отобраны от специально сваренных плоских контрольных соединений.

2.3. При выполнении контрольных соединений характер подготовки под сварку, марка и толщина основного металла, марки сварочных материалов, положение шва в пространстве, начальная температура основного металла, режим сварки и термической обработки должны полностью отвечать условиям изготовления контролируемого изделия или особому назначению испытания.

Сварку контрольных соединений, предназначенных для испытания сварочных материалов (электродов, сварочных проволок, присадочных прутков, флюсов и др.), если нет специальных требований, производят с остыванием между наложением отдельных слоев. Температура, до которой должен остывать металл, устанавливается стандартом или другой технической документацией.

(Измененная редакция, Изм. N 2, 3).

2.4. Размеры пластин для изготовления контрольных соединений определяются требованиями, указанными ниже.

2.4.1. Для контрольных соединений, выполняемых дуговой, электрошлаковой и газовой сваркой из плоских элементов, ширина каждой свариваемой пластины, если нет иных указаний в стандартах или другой технической документации, должна быть не менее:

Твердость металла шва и зоны термического влияния сварных соединений должна быть

Оценка качества сварных соединений трубопроводов I-IV категорий (за исключением трубопроводов I категории или работающих при температуре ниже минус 70°С) по результатам ультразвукового контроля должна соответствовать требованиям таблицы 12.5.

Таблица 12.5 - Нормы допустимых дефектов в сварных швах трубопроводов PN 100, выявленных при ультразвуковом контроле

12.3.12 Сварные соединения трубопроводов с PN до 100 по результатам контроля капиллярным (цветным) методом считаются годными, если:

в) наибольший размер каждого индикаторного следа не превышает трехкратные значения норм для ширины (диаметра), приведенные в таблице 12.2 для категории IIIB;

г) суммарная длина всех индикаторных следов на любом участке шва длиной 100 мм не превышает суммарной длины, приведенной в таблице 12.2 для категории IIIB.

Примечание - Округлые индикаторные следы с максимальным размером до 0,5 мм включительно не учитывают независимо от толщины контролируемого металла.

Сварные соединения трубопроводов с PN свыше 100, трубопроводов I категории, трубопроводов, содержащих группу сред А(а) или работающих при температуре ниже минус 70°С, признаются годными, если индикаторные следы дефектов отсутствуют. При этом чувствительность контроля должна соответствовать классу 2 по ГОСТ 18442.

12.3.13 Сварные соединения по результатам магнитопорошкового или магнитографического контроля считаются годными, если отсутствуют протяженные дефекты.

12.3.14 Определение содержания ферритной фазы должно проводиться в сварных соединениях трубопроводов из аустенитных сталей на PN>100 в объеме 100% на сборочных единицах, предназначенных для работы при температуре выше 350°С, а в остальных случаях - по требованию проекта.

12.3.15 Стилоскопированию на наличие основных легирующих элементов подлежат сварные соединения легированных сталей трубопроводов с PN 100 подлежат стилоскопированию в объеме 100%.

12.3.16 Результаты стилоскопирования признаются удовлетворительными, если при контроле подтверждено наличие (отсутствие) и содержание соответствующих химических элементов в наплавленном или в основном металле. При неудовлетворительных результатах стилоскопирования хотя бы одного сварного соединения в случае выборочного контроля стилоскопированию подлежат все сварные швы, выполненные с использованием той же партии сварочных материалов сварщиком, выполнившим данное сварное соединение.

Измерение твердости проводят для сварных соединений трубопроводов, изготовленных из хромокремнемарганцовистых, хромомолибденовых, хромомолибденованадиевых, хромованадиевольфрамовых и хромомолибденованадиевольфрамовых сталей.

Твердость необходимо измерять на каждом термообработанном сварном соединении по центру шва, в зоне термического влияния, по основному металлу. Результаты измерения твердости должны соответствовать требованиям НД. Значения твердости не должны превышать указанных в таблице 12.6. При твердости, превышающей допустимую, сварные соединения должны подвергаться стилоскопированию и при положительных его результатах - повторной термообработке. На сварных соединениях наружным диаметром менее 50 мм твердость не замеряют.

Что такое Твёрдость Металла вала, трубы или сварочного шва после Термообработки

Что такое Твёрдость Металла вала, трубы или сварочного шва после Термообработки

При монтаже, восстановлении и ремонте различных металлоконструкций трубопроводов и оборудования в документации часто прописываются такие требования: после термообработки обеспечить твердость поверхности (или сварочного шва) в пределах 140-240НВ Уважающий себя монтажник или ремонтник должен понимать, что это за показатель, от чего зависит и в каких технологиях нуждается

Что такое Твёрдость Металла вала, трубы или сварочного шва после Термообработки

Что такое твердость металла, как и в каких единицах она измеряется

Всем понятно, что существуют мягкие цветные металлы (за исключением титана) и более твердые сплавы из железа. Наверное, читали как в древности кузнецы хранили секреты термообработки своих кованных мечей. Тогда для закалки горячего меча махали им на скаку лошади ,могли засунуть горячий меч в какого ни будь животного ,а то и раба божьего не пощадить. Сегодня -это технологические процессы термической обработки металлов с использованием специального оборудования с программным обеспечением.
Твердость металла в машиностроении принято измерять в основном двумя методами,названными по имени изобретателей твердомеров. Методы основаны на измерении отпечатков твердого металлического шарика или алмазного наконечника с определенной силой.
1. Твердость по Роквеллу обозначается “НR (А, В, С)”
2. Твердость по Бриннелю обозначается “HB”

таблица перевода параметров твердости НВ и НR

ТАБЛИЦА ЗАМЕРОВ ТВЕРДОСТИ РАЗНЫМИ МЕТОДАМИ

Точные замеры твердости проводят в лабораториях металла. На производстве сегодня используют мобильные электронные приборы определения твердости. Приборы работают по разным принципам (ультразвук, ударный шарик, лазер). К каждому такому прибору необходим определенный навык.

В моей практике бывали случаи, что разные дефектоскописты выдают совершенно разные цифры твердости. Мне как ремонтнику оборудования, приходилось искать истину делая собственноручные измерения собственным прибором.С заказчиком иногда сложно спорить (здесь как с Гаишниками)

В каких случаях и как обеспечивается необходимая определенная твердость металла

Наверняка вам знакомы такие определения плохого качества деталей: Сырой металл, зубья шестерни сырые, мягкие…Сварной стык твердый или мягкий. Твердость металла стальной детали или её верхнего рабочего слоя обеспечивается не только термообработкой но и присутствием в них углерода и легирующих элементов (хром, никель, марганец, вольфрам и т.д.). Твердость стали может изменяться от воздействия высоких температур(от 300°-1500°)- скорости её нагрева и охлаждения.

изменения структуры металла при сварке стали

изменения структуры металла шва и околошовной зоны при дуговой сварке

При сварке (особенно лигированных сталей) в околошовной зоне и в самом шве происходят изменения структуры металла.Что бы нормализовать сварной шов необходимо провести его термообработку.
Заданную твердость получают при таких операциях термической обработки;
Цементация (не от слова цемент, а от обозначения углерода “С” в таблице Менделеева) — это насыщение металла углеродом в какой-то среде для повышения твердости
Закалка
Отпуск
Отжиг
Нормализация
Обработку металла производят с разными скоростями нагрева, выдержки при определенных температурах и охлаждения в различных средах или на воздухе.

Влияние сварки на механические свойства сварных соединений сталей класса 91, устойчивых к ползучести

Влияние сварки на механические свойства сварных соединений сталей класса 91, устойчивых к ползучести

Международная конференция по космосу 2014
12-14 ноября 2014 Исламабад — Пакистан
Мухаммад Хусейн (Muhammad Hussain), ведущий металлург TCR Arabia Company Ltd. Dammam – Саудовская Аравия
М. Шахид Халил (M. Shahid Khalil), Инженерно-механический отдел Инженерно-технологического университета г. Таксила (Taxila) — Пакистан

Введение

• Устойчивая к ползучести сталь, известная как ASME/ASTM класса 91
стала популярной для применения на тепловых электростанциях, работающих на органическом топливе и нефтеперерабатывающих заводах.
• Удовлетворительные характеристики стали P91 критически зависят от получения правильной микроструктуры отпущенной мартенситной стали.
• Высокохромистые мартенситные стали рассматриваются как чудо стали для применения при высоких температурах.
• Контроль параметров сварки и термообработки после сварки имеет решающее значение

Современное использование P(T)91

• Резкое увеличение использования P91 на внутреннем рынке в последние несколько лет.
• Использование в основном для комбинированного производства тепловой и электрической энергии.
• Повышение эффективности при техническом перевооружении, замене оборудования и строительстве новых объектов.

Основные материалы

Процесс сварки


  • Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного (инертного) газа (GTAW).
  • Дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG).
  • Дуговая сварка металлическим (плавящимся) покрытым электродом (SMAW).
  • Дуговая сварка под флюсом (SAW).
  • Дуговая сварка металлическим (плавящимся) электродом в среде защитного газа (GMAW).
  • Дуговая сварка металлическим (плавящимся) электродом в среде инертного газа (МIG).

Сварочные материалы

P91 P92 E911 T23 T24 P122
SMAW Chromet 9B9
E9015-B9
Chromet 92* Chromet 91W
Chromet 10MW		 Chromet 23м
Chromet 23L		 Специальные* Оформление потенциальных патентов
GTAW 9CrMoV
ER90S-B9		 9CrWV* ? 2CrMoWV Специальные*
FCAW Supercore F91 E91T1-B9 Supercore
F92 *		 Cormet
10MW*		 Supercore
F23*		 Не применимо
SAW Chromet M91
9CrMoV EB9		 9CrWV* * * Специальные*

Температура предварительного подогрева и между проходами

  • Температура предварительного подогрева и между проходами должна быть в пределах 200-300°C (390-570°F).
  • Согласно рекомендациям Vallourec & Mannesmann Tubes температура предварительного подогрева и между проходами должна быть в пределах 250°C (480°F).
  • Сварка тонкостенных труб может выполняться при температурах ниже 200°C (390°F).
  • В Японии температура между проходами составляет 170-200°C, чтобы минимизировать риск образования горячих трещин

Подогрев во время сварки

  • Поддерживать постоянно температуру предварительного подогрева.
  • Применять последующий подогрев, если охлаждение частично произошло.

03_05.png

Структура зоны термического влияния (ЗТВ), образующаяся при сварке ферритных сталей. Изменение размеров зерна в условиях равновесия.

Heat affected zone – зона термического влияния

Zone 1: solidified weld – затвердевший шов
Zone 2: unmixed zone + remelted zone (fusion zone) – зона расслоения + зона переплава (зона сплавления)
Zone 3: coarse-grain HAZ – крупнозернистая зона термического влияния
Zone 4: fine-grain HAZ – мелкозернистая зона термического влияния
Zone 5: intercritical HAZ – межкритическая зона термического влияния
Zone 6: tempered HAZ – отпущенная зона термического влияния
Zone 7: unaffected base metal — основной металл, неподвергнутый термическому влиянию
Liquid – жидкий

Требования после сварки (до термообработки после сварки)

Температура предварительного подогрева (200°C мин.) выше температуры окончания мартенситного превращения (Mf).


— Температура окончания мартенситного превращения для сварных соединений из стали Р91 находится в области 120-150°C.

— Содержание никеля в сварочных материалах, как правило, должно быть в диапазоне 0,4-1,0% (в Европе).

— Исследования в OAK Ridge National Laboratory (CША) показали, когда содержание Ni находится у верхнего предела, примерно 18% аустенита остается при температуре 204°C (400°F).

— Согласно спецификации AWS (2005 г) содержание Ni должно быть < 0,8% (ранее было < 1,0%).

После сварки перед термической обработкой следует понизить температуру сварного соединения ниже 80-100°С (если сварное соединение не охлаждается до температуры окружающей среды) для завершения преобразования остаточного аустенита в мартенсит.

— Сварные соединения из P91 до толщины стенки до 80 мм (3,15 дюйма) могут быть охлаждены до комнатной температуры.

— Толстостенные поковки и отливки не должны охлаждаться до температуры ниже 80°C, чтобы избежать образования трещин.

Промежуточная тепловая обработка


• В Европе было отмечено, что твердость P91 в состоянии после сварки обычно составляет примерно 400HV (380HB).

— Примерно на 100HV (95HB) меньше в состоянии после сварки, чем широко используется.

• Таким образом, риск образования холодных трещин меньше для P91.

— Охлаждение до комнатной температуры возможно без промежуточной тепловой обработки.

• Для получения дополнительной гарантии против образования холодных водородных трещин желательно выдержать сварное соединение при температуре 250-300°C в течение 2-3х часов перед охлаждением до температуры окружающей среды.

— Также требуется частичное охлаждение, чтобы обеспечит преобразование оставшегося аустенита.

Коррозионное растрескивание под напряжением в состоянии после сварки

  • Если существует задержка в проведении термообработки после сварки, то сочетание высокой твердости (400-420HV) и остаточных напряжений может потенциально стать причиной коррозионного растрескивания под напряжением.
  • Для борьбы с риском коррозионного растрескивания под напряжением компания Вabcock & Wilcox указывает, что максимальное время после сварки до термообработки должно быть 14 дней.
  • По данным компании Vallourec & Mannesmann Tubes срок хранения до термообработки не должен превышать одной недели.
  • После сварки до термообработки рекомендуется хранение оборудования в помещениях в сухих условиях.
  • Неразрушающий контроль должен выполняться до и после термообработки, чтобы гарантировать отсутствие трещин.

Коррозионное растрескивание под напряжением

03_06.png

Термическая обработка после сварки

  • Термическая обработка после сварки является обязательной независимо от толщины стенки, чтобы снизить твердость, повысить пластичность и прочность шва и зоны термического влияния.
  • Контроль правильности температуры и времени термообработки имеет решающее значение.

Термический цикл сварки и термообработки для P91

03_07.png

  • Температура 750-760°С лучше всего подходит для термообработки стали Р91.
  • Более низкая температура термообработки может привести к большим различиям в твердости между зоной типа IV, крупнозернистой структурой зоны термического влияния и металлом шва, что неблагоприятно влияет на аккумуляцию напряжений в слабой зоне типа IV и снижает сопротивление ползучести.
  • Более высокая температура термообработки может привести к укрупнению осадков и более быстрому восстановлению дислокационной субструктуры, что в свою очередь приводит к снижению твердости и предела ползучести.

Влияние термообработки на твердость

  • Температура термической обработки после сварки — 750°C.
  • Снижает твердость металла шва.
  • Снижает твердость зоны термического влияния.
  • Показывает четкую ориентацию на зону Типа IV.
  • Увеличение времени и температуры термообработки влияет на снижение твердости.
  • Согласно ЕN 1599 температура термообработки после сварки должна быть в пределах 750-770°C.
  • Согласно ASME температура термообработки должна быть 704-760°C (1300-1400°F).
  • Согласно последних изменений ASME разрешает температуру термообработки 730-775°C (1350-1425°F)
    для Р91, Р92 и других сталей с повышенным сопротивлением ползучести, если химический состав металла шва известен, то температура термообработки может быть повышена до:
    790°C (1450°F) для 1.0 800°C (1470°F) для %(Ni+Mn)
  • Согласно AWS (Американское общество сварщиков) температура термообработки должна быть 730-760°C (1346- 1400°F).
  • На практике температура термообработки должна быть значительно выше 730°C в течение разумного предела времени.

Проблемы по сварке – опыт работы

Известно, что образование горячих трещин является обычной проблемой при использовании методов сварки GTAW, SMAW and SAW

    обычно появляются в сварочных кратерах, необходимо зачистить и заполнить кратер.

некоторые пользователи указывают соотношение Mn:S>50 в сварочных материалах, как средство предотвращения горячих трещин.

Холодные водородные трещины не являются значительной проблемой для Р91 в случае наличия предварительного подогрева и контроля содержания водорода

это свидетельствует о хорошей свариваемости стали

примерами являются трещины при охлаждении частично заваренных швов

До термической обработки пластичность и вязкость неотпущенного мартенситного металла шва очень низкая….

риск хрупкого разрушения

склонность к коррозионным трещинам под напряжением, если имеется значительная задержка в проведении термообработки после сварки

Проблемы по сварке – термообработка после сварки

    Неправильные параметры отпуска в течение термообработки

Недогрев при термообработке (твердый и хрупкий шов и зона термического влияния)

Перегрев при термообработке (слабые зоны в швах)

Межкритический подогрев, например, нагрев выше точки Ас1

Неправильного выбора температуры подогрева

Некорректный контроль температуры (термопары установлены в неправильных местах; подогрев газовым резаком)

Чрезмерное время нагрева

Требования к термообработке после сварки:

Оборудование должно обеспечивать точный контроль температуры

термопары должны быть соответствующим образом откалиброваны

термопары должны быть установлены в правильных местах

Различная толщина компонентов создает трудности например, швы приварки труб к коллектору

Перегрев во время термообработки после сварки

  • Слабые зоны в швах трубопроводов
  • Первоначальная микроструктура зоны термического влияния перегрета, демонстрируя некоторое ухудшение отпущенного мартенсита и крупные карбиды
  • после 12000 часов эксплуатации были обнаружены феррит вдоль линии сплавления и явления ползучести в зоне термического влияния

Пределы твердости сварных соединений из P91

  • твердость металла шва после термообработки при температуре 730°C (минимально разрешенной ASME) в течение 2-х часов должна быть 280-290HV (266-276НВ) (Vallourec&Mannesmann data book)
  • относительная слабость зоны типа IV хуже при температуре термообработки 730°C

Типы трещин в сварных соединениях P91

03_11.png


Plan View – Вид сверху
Cross-Section – Поперечное сечение
Base metal – Основной металл
HAZ – Зона термического влияния
Weld metal – Металл сварного шва

Выводы

Устойчивая к ползучести сталь Р91 стала популярной для применения на тепловых электростанциях, работающих на органическом топливе.
Вследствие использования этой стали при высоких температурах она стала рассматриваться как Чудо Сталь.
Эта сталь также используется в нефтехимической промышленности в оборудовании, работающем при высоких температурах, таком как дистилляция, крекинг и гидроочистка.

Читайте также: