Обеспечение технологической прочности при сварке стали

При наличии в сварном соединении большой энергии упругой деформации, после начального периода замедленного развития холодная трещина растет мгновенно (взрывообразно) и со значительным звуковым и механическим эффектом распространяется на все сечение соединения.
4. Поверхность излома холодных трещин блестящая, без следов высокотемпературного окисления (как у горячих трещин).
5. Траектория холодных трещин более прямолинейная, не извилистая как у горячих трещин. На рисунке 13 видно, что холодная трещина проходит прямолинейно как по границам зерен, так и по зерну. Горячие трещины проходят только по границам зерен, поэтому они более извилистые.




Рисунок 13.

Методы определения сопротивляемости образованию холодных трещин.

Для определения сопротивляемости металла сварных соединений холодным трещинам применяют расчетный и экспериментальный методы.
При расчетном методе применяются параметрические уравнения, полученные статистической обработкой экспериментальных данных.
В настоящее время применительно к низколегированным сталям используются следующие параметрические уравнения. Расчет значения эквивалента углерода Сэкв (согласно ГОСТ 27772-88).

где С, Mn и др. — символы элементов и их содержание, %.
Стали, у которых Сэкв > 0,35%, считаются потенциальносклонными к образованию трещин. Сэкв — обобщенный параметр состава стали, характеризующий ее прокаливаемость. При Сэкв > 0,40% во время сварки появляется возможность образования закалочных структур в металле сварного соединения, что при условии насыщения металла водородом и высоких сварочных напряжениях может привести к образованию холодных трещин. Значение Сэкв вне связи с этими условиями не может служить показателем сопротивляемости сварного соединения трещинам.
Расчет параметра трещинообразования Рw (по Ито-Бессио), %.

где Нгл — концентрация диффузионного водорода в металле шва, установленного глицериновым методом, мл/100 г, Нгл = 0,64Нмис – 0,93 (Нмис — концентрация водорода, установленная с помощью ртутного метода Международного института сварки (МИС) или хроматографического метода);
K ≈ 685·δ — коэффициент интенсивности жесткости сварного соединения применительно к технологической сварочной пробе «Тэккен», Н/мм2 (δ- толщина металла, мм).
Параметр Рω применим для низколегированных сталей с содержанием углерода 0,07...0,22%, пределом текучести 500...700 МПа, погонной энергией сварки q/V = 15...20 кДж/см.
Если Pω > 0,286%, то сварные соединения потенциально склонны к образованию холодных трещин.
Экспериментальные (прямые) способы оценки склонности сталей к холодным трещинам включают сварочные технологические пробы и специализированные механические испытания сварных соединений.
Пробы представляют собой сварные образцы, конструкция и технология сварки которых вызывают интенсивное развитие одного или нескольких основных факторов, обуславливающих образование трещин. По назначению пробы разделяют на лабораторные и отраслевые. Лабораторные пробы дают сравнительную оценку материалов безотносительно к их применению для изготовления какого-либо сварных конструкций. Пробы отраслевого назначения оценивают материалы в условиях, максимально приближенных к конструктивным, технологическим и климатическим условиям изготовления сварных конструкций определенного вида. С их помощью окончательно выбирают материалы и технологию, обеспечивающие отсутствие трещин при изготовлении конструкций.
Метод специализированных механических испытаний основан на замедленном разрушении сварных образцов внешними постоянными длительно действующими нагрузками. Серию образцов нагружают различными по значеню нагрузками непосредственно после окончания сварки и выдерживают их под нагрузкой в течение 20-24 ч. За сравнительный количественный показатель сопротивляемости металла холодным трещинам принимают минимальное растягивающее напряжение от внешней нагрузки при котором начинают образовываться трещины.

Способы повышения сопротивляемости образованию холодных трещин.

Методы повышения сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин можно разделить на 3 основных: конструктивные, металлургические и технологические.
Конструкторские:
- правильный выбор основного металла конструкции не склонного или мало склонного к холодным трещинам.
НУ стали С(0,25%

25 Чем больше содержание легирующих элементов, тем больше
25Х склонность этих сталей к закалке и образованию холодных
25ХГ трещин
25ХГС
- правильное проектирование сварной конструкции, обеспечивающее низкий уровень (ост.

Металлургические:
- применение НУ сварочной проволоки исключает образование холодных трещин в металле шва.
- при сварке легированных сталей бейнитного и бейнитно-мартенситного классов надо ограничивать содержание водорода.
- при сварке закаливающихся сталей без подогрева и отпуска после сварки применяют аустенитный вариант сварки




Рисунок 14.

А - аустенитный металл шва, не склонен к холодным трещинам, пластичный, воспринимает остаточное растягивающее напряжение, холодных трещин нет ни в металле шва ни в ОШЗ.

Технологические:
- применение высококонцентрированных источников энергии (лазер, электронный луч, плазма)
Эти способы обеспечивают низкий уровень (ост и малую зону закалки.
ЭЛС – электронно лучевая сварка
ЗТВ – зона термического влияния
- выбор режимов и условий сварки, обеспечивающих Wохл меньше допустимой.
WохлЧто бы уменьшить Wохл
увеличить qи = (иJсвUд
уменьшить скорость сварки Vсв
- увеличить Т0 (подогрев);
При уменьшении Wохл меньше происходит закалка, меньше образуется мартенсита. При подогреве уменьшается (ост (т.к. (ост возник при неравномерном нагреве и охлаждении металла)
- применение отпуска после сварки;
Отпуск уменьшает (ост, обеспечивает распад мартенсита tотп < tкр.
- применение термомеханической обработки после сварки (горячей проковки, прокатки) (ост уменьшается: 150 ( Тпрок ( 450 оС или 200 ( Тпрок ( 500 оС .


















Обеспечение технологической прочности при сварке стали 10Г2Б.

Для обеспечения технологической прочности при сварке деталей из низколегированной конструкционной стали 10Г2Б требуется подбор режима сварки так, чтобы не было закалочных структур и сильного перегрева металла, что достигается установкой пониженного сварочного тока и применением электродов меньшего диаметра (по сравнению с низкоуглеродистыми сталями).
Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются:
- диаметр электрода;
- сила сварочного тока;
- род и полярность сварочного тока;
- напряжение электрической дуги;
- скорость сварки.
Для выполнения сварного шва применим сварочный инвентор.
В зависимости от толщины свариваемого листа выбираем электрод типа 50А УОНИИ 13/55 диаметром 4,0 мм (для низкоуглеродистых сталей – 5,0 мм).
Род сварочного тока – постоянный.
Полярность сварочного тока – обратная.
Сила сварочного тока выбирается в зависимости от диаметра электрода 4,0 мм – IСВ = 160 А (на 10-15% чем для сварки низкоуглеродистых сталей).
Площадь наплавленного металла:

где К = 7 мм – катет шва принимаем равным толщине основного металла.

Максимальное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать F1 = 30 - 40 мм2.
Число проходов: n = FT/ F1 = 24,5/30 < 1 Принимаем – один проход.
Напряжение электрической дуги для всех типов электродов, применяемых при ручной дуговой сварке низколегированных сталей от 22 до 28 В.
Принимаем напряжение электрической дуги – U = 25В.
Скорость сварки:

где =9,5 г/Ач - коэффициент наплавки для электрода типа 50А УОНИИ 13/55;
= 7,8 г/см3 – плотность металла электрода.

Результаты определения режимов сварки:
- диаметр электрода - dэ = 4,0 мм;
- сила сварочного тока - IСВ = 160 А;
- род и полярность сварочного тока – постоянный обратной полярности;
- напряжение электрической дуги - U = 25В;
- скорость сварки = 0,318 м/ч.













Выводы.

В представленной курсовой работе по теме «Обеспечение технологической прочности при сварке стали 10Г2Б» определено понятие технологической прочности металла сварного соединения, ее показатели и методы определения. В разделах «Технологическая прочность в процессе первичной кристаллизации (горячие трещины)» и «Технологическая прочность в процессе фазовых и структурных превращений в твёрдом состоянии (холодные трещины)» описаны основные факторы появления горячих и холодных трещин при сварке, методы определения сопротивляемости появлению горячих и холодных трещин и способы ее повышения.
Выполнен расчет режимов сварки для заданного способа сварки и типа сварного шва, а также указаны меры, принимаемые для повышения сопротивляемости появлению горячих и холодных трещин при сварке стали 10Г2Б.















Литература

1. Сварка в машиностроении. Справочник. Т.3 Под ред. В.А. Винокурова - М.: Машиностроение, 1979. -567 с.
2. Конищев Б.П. Теория сварочных процессов. Нижний Новгород, 2011 – 24 с.
3. Волченко В.Н., Ямпольский В.М., Винокуров В.А. Теория сварочных процессов. Под ред. В.В. Фролова – М.: Высшая школа. 1988 – 559 с.
4. Петров Г.л. Тумарев А.С. Теория сварочных процессов.- М.: Высшая школа, 1977 – 392 с.
5. http://weldzone.info/technology/control/764-goryachie-treshhiny19















3








3




Выполнил:

Проверил:

Vр,
мм/мин

nобр

1 2 3 4 5 6 7 8

12

Vкр1=14

15

18

24

Vр, мм/мин
(180 скоростей)

Vсв

В

30

30

60

60

- нет горячих трещин
- есть горячие трещины

25

Св-08

[С]=0,12 – 0,14 %

25

(пр

С, %

горячие трещины

нет горячих
трещин

4

1,3

Н

В

В

L

30

30

Св-08

Св-08



30

Т0 = 100-400 (С

Т, оС

С, %

горячие трещины

нет горячих
трещин

400

100

холодная
трещина

горячая
трещина

30ХГСН2А

ЭА-395/9; НИАТ-5; ЦТ-10

А


Инв. № подл.





Подп. и дата



Взам. инв. №



Инв. № дубл.





Подп. и дата



Инв. № подл.





Подп. и дата



Взам. инв. №



Инв. № дубл.





Подп. и дата



Измт

№ докум.

Подп.

Дата

Лист























ЧУ 5.05.0001 34ПМ




Лист

Инв. № подл.





Подп. и дата



Взам. инв. №



Инв. № дубл.





Подп. и дата



Утв.

Н. контр.

Руков.

Провер.

Разраб.































Изм

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

























Листов

33


Лист

2

Лит.










Обеспечение технологической прочности при сварке стали 10Г2Б
Курсовая работа

Инв. № подл.





Подп. и дата



Взам. инв. №



Инв. № дубл.





Подп. и дата



Изм

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

























2-2014



Лист