Методы оценки свариваемости металлов реферат

Обновлено: 04.07.2024

В качестве основного материала для изготовления изделия "Задний борт" применим конструкционную среднеуглеродистую качественную сталь – сталь 35 ГОСТ 1577-93, так как сварочный узел сложной формы. Сталь 35 склонна к образованию трещин, поэтому рекомендуется производить сварку с предварительным и сопутствующим подогревом до 100-250°С.

Таблица № 2 - Химический состав

Таблица № 3 - Механические свойства

При работе с этим материалом необходимо произвести оценку свариваемости металла.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающее требованиям, обусловленным конструкции и эксплуатации изделия.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод. С увеличением количества углерода в стали повышается ее прочность и твердость, уменьшается пластичность и вязкость. Марганец и кремний повышают прочность и твердость, и способствует закаливанию стали.

По свариваемости стали условно подразделяются на 4 группы:

а) I - хорошосвариваемые, стали с эквивалентным содержанием углерода С_экв.≤ 0,25%

б) II - удовлетворительно свариваемые, стали с эквивалентным содержанием С_экв.≥ 0,25-0,35%

в) III - ограниченно свариваемые, стали с эквивалентным содержанием С_экв.≥ 0,35-0,45%

г) IV -плохо свариваемые, стали с эквивалентным содержанием С_экв.≥ 0,45%.

Эквивалентное содержания углерода определяется по формуле:

С_эк. = С + Mn/20 + Ni/15 [2]стр.258 (1)

где, С, Мn, Ni - химические элементы, %.

Определяем эквивалентное содержание углерода для 09Г2С:

Сэ = С + [2]стр.258 (4)

Принятые числовые значения символов:

Сэ %.

1.3 Обоснование способа сварки и выбор сварочных материалов

Для изготовления сварных конструкций применяют сварку плавлением и давлением. Следовательно, для изделия "Задний борт" приемлема сварка плавлением: ручная дуговая сварка, электрошлаковая сварка, электронно-лучевая сварка, полуавтоматическая сварка в среде защитных газов и под слоем флюса, автоматическая сварка.

Ручная дуговая сварка имеет технологические свойства, обеспечивающие быстрое зажигание устойчивое горение и малую чувствительность к изменению длины дуги в определенных пределах, быстрое зажигание дуги после погашения, нужное проплавление основного металла. Но для сварки данной конструкции не рекомендуется, т.к. в процессе сварки в металле шва образуются большое количество вредных веществ из-за плохой защиты сварочной ванны и большого расхода сварочного материала (огарок и др.).

Полуавтоматическую сварку под слоем флюса учитывая данную конструкцию применять не целесообразно.

Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа наиболее применимая для данной конструкции. В качестве защитного газа используем углекислый газ (СО₂).

Сущность данного способа сварки электрическая дуга и расплавленный металл, защищенный от влияния кислорода и азота зона защитного газа.

Преимущества полуавтоматической сварки в среде углекислого газа:

1. простота процесса сварки;

2. возможность выполнения швов в различных пространственных положениях;

3 механизация процесса за счет автоматической подачи сварочной проволоки в зону расплавления основного металла;

4. небольшой объем шлаков, позволяющей получить швы высокого качества;

5. возможность соединения металлов различных толщин;

6. повышение производительности труда;

Защита сварочной ванны осуществляется углекислым газом, который в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Углекислый газ, предназначенный для сварки должен соответствовать ГОСТ 8050-85. Этот газ дешевле, например, чем гелий, аргон, и другие, обеспечивает хорошую защиту шва. Углекислый газ выпускается двух сортов в зависимости от чистоты.

І сорт- содержание углекислого газа не менее 99,5%

ІІ сорт- содержание углекислого газа не менее 90%.

Наиболее подходящий сорт для сварки данного изделия - І, где СО₂ =99%, получается шов хорошего качества и меньше потерь на разбрызгивание.

Сварку в СО₂ обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности плавящимся электродом. Сварочный ток и диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и расположения шва в пространстве. Величина сварочного тока определяет глубину проплавления и производительность процесса сварки.

При полуавтоматической сварке в среде защитных газов применяются сварочная проволока и защитный газ.

В зависимости от назначения применяется проволока сварочная сплошного сечения и порошковая, наплавочная сплошного сечения. По виду поверхности низкоуглеродистая и легированная проволока подразделяется на неомедненную и омедненную. Проволока может изготавливаться из стали, выплавленной электрошлаковым или вакуумно-дуговым переплавом или вакуумно-индукционных печах.

Проволока сварочная, применяемая при сварке в углекислом газе должна соответствовать ГОСТ 2246-70. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, ржавчины, окалины, масла и других загрязнений, не должна иметь резких перегибов во избежание заедания ее в спирали гибкого шланга держателя.

Рассмотрим характеристики сварочной проволоки Св 08Г2С ГОСТ 2246-70. Ее применяют для изготовления конструкции из низколегированных сталей с повышенными требованиями к металлу шва по ударной вязкости при отрицательной температуре.

Таблица № 4 - Химический состав наплавленного металла

Хим.элемент	С %	Si %	Mn %	Мо %	S %	P %
Содержание	0,12	0,75	1,9	0,65	0,07	0,027

Таблица № 5 - Механический состав металла шва

Проволоку Св 08Г2С ГОСТ2246-70 применяют также для сварки конструкции из легированной стали повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву 690-980 МПа, сварка может производиться во всех пространственных положениях.

Рассмотрим также сварочную проволоку Св-12Х13 ГОСТ3456-70. Ее применяют для сварки конструкций из хромистых сталей и наплавке уплотнительных поверхностей стальной арматуры.

Таблица № 6 - Химический состав наплавленного металла

С	Si	Mn	Mo	Ni	Cr	S	P
0,13	0,62	0,86	-	0,42	12,2	0,013	0,023

Таблица № 7 - Механические свойства металла шва

Из выше предложенных проволок применяем сварочную проволоку Св 08Г2С потому что данная проволока применяется для сварки конструкции из легированной стали повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву 690-980 МПа, сварка может производится во всех пространственных положениях. Также Мn и Si положительно влияют на свойства металла шва - компенсируют дополнительное окисление металла при сварке и образованию пор.

Раздел: Промышленность, производство
Количество знаков с пробелами: 41362
Количество таблиц: 10
Количество изображений: 5

От правильного выбора металла для сварных конструкций в значительной
мере зависят их эксплуатационная надежность и экономичность. В настоящее
время сварные конструкции в основном изготовляют из углеродистых и
низколегированных сталей, а также из алюминиевых и титановых сплавов.
Ниже изложены краткие характеристики металлов различных классов и
рекомендации по их выбору для изготовления сварных изделий.

Конструкционные стали выплавляют в мартеновских печах или конверторах. В
зависимости от степени раскисления они могут быть кипящими, спокойными и
полуспокойными.

Значительная часть мягких углеродистых сталей являются кипящими. При их
разливке, вследствие быстрого охлаждения, у стенок изложницы образуется
наружный слой (корка) почти чистого железа. В процессе охлаждения и
дальнейшего затвердевания жидкого металла происходит выделение газов,
приводящее к образованию пузырей под затвердевшей наружной коркой. В
сердцевине такого слитка скапливаются ликвирующие примеси — фосфор, сера
и углерод. После прокатки слитков кипящей стали отчетливо различаются
чистая наружная зона и внутренняя ликвационная зона, в которой
наблюдаются участки с повышенным содержанием серы и фосфора, так
называемые сульфидные строчки.

Спокойные стали затвердевают без кипения, что обусловлено введением в их
состав элементов-раскислителей.

Важной особенностью спокойной стали является ее однородное строение.
Вредные примеси — сера и фосфор распределяются в ней более равномерно,
чем в кипящей стали. Вследствие раскисления и одновременного частичного
связывания азота спокойные стали менее чувствительны к хрупкому излому,
чем кипящие. Присадкой достаточного количества алюминия, который наряду
с кислородом связывает также азот, удается значительно снизить их
восприимчивость к старению. Образующиеся при этом мелкодисперсные
нитриды приводят, одновременно к уменьшению размера зерен и тем самым к
уменьшению склонности стали к хладноломкости.

В полуспотйной стали добавлено такое количество раскисли-телей, при
котором газов выделяется меньше, чем при затвердевании кипящей стали.
Благодаря меньшей степени загрязнения ликвирующими примесями головной
части слитка при полуспокойной стали обеспечивается несколько больший
выход годного металла, чем при кипящей стали. Слитки полуспокойной стали
имеют меньшую химическую неоднородность, чем кипящей.

В связи с этим следует расширять применение полуспокойных сталей.
Исследования показали, что полуспокойную низкоуглеродистую сталь СтЗпс
(группы Б и В по ГОСТ 380—71) в листовом, фасонном и полосовом прокате
толщиной до 10 мм включительно и в сортовом (круг, квадрат, арматура)
размером до 16 мм можно применять для сварных конструкций наравне со
спокойной сталью без каких-либо ограничений по температурным условиям
эксплуатации и виду нагрузок. Прокат больших толщин из полуспокойной
стали рекомендуется использовать в сварных конструкциях при любых
нагрузках, но с некоторыми ограничениями по температуре эксплуатации. С
целью снятия этих ограничений взамен толстого проката из спокойной стали
ВСтЗ следует применять сталь ВСтЗГпс (ГОСТ 380—71) с повышенным
содержанием марганца (до 1,1%). Это обеспечивает высокие механические
свойства и ударную вязкость сварных соединений.

Основное количество стали выплавляют мартеновским способом. В последнее
время находят широкое применение конверторные стали. Конверторные
процессы выплавки стали имеют несколько разновидностей. Бессемеровскую и
томасовскую конверторные стали выплавляют с продувкой воздухом, они
характеризуются повышенным содержанием азота (0,01—0,02%). В томасовской
стали также много фосфора (0,05—0,07%). Высокое содержание этих примесей
отрицательно сказывается на стойкости металла против перехода в хрупкое
состояние и стойкости против старения. Поэтому стали, выплавленные этими
способами, не применяют для сварных конструкций. В настоящее время
развивается производство сталей в конверторах с основной футеровкой и
продувкой кислородом сверху. При этом содержание азота в готовом прокате
не превышает 0,008%.

Низкоуглеродистые кислородно-конверторные стали в состоянии поставки
практически равноценны выплавленным в мартеновских печах. По
динамической (вибрационной и ударной) прочности сварные соединения из
такой стали, выполненные под флюсом, в углекислом газе и штучными
электродами, также не отличаются от изготовленных из мартенситной стали.
Эти основные положительные показатели служебных свойств конверторных
сталей позволяют рекомендовать их применение для сварных конструкций
наравне с мартеновскими. В связи с этим в ГОСТ 380—71 способ выплавки
сталей (мартеновский или конверторный) не указывается и решается
металлургическими заводами в зависимости от производственных
возможностей.

Низколегированные стали повышенной прочности поставляются по ГОСТ
5058—65 и 5520—69, а также по различным техническим условиям. Повышение
предела прочности и текучести углеродистой стали обеспечивается только
увеличением концентрации углерода, что ухудшает свариваемость. Нередко в
швах конструкций из стали с повышенным содержанием углерода (свыше 0,3%)
возникают кристаллизационные трещины, которые в процессе эксплуатации
могут развиваться и быть причиной разрушения.

В связи с этим вместо сталей с повышенным содержанием углерода ВСт4,
БСт5, 30, 40 и других целесообразно во многих случаях применять
низколегированные стали повышенной прочности с содержанием до 0,18—0,20%
С. Требуемые высокие прочностные характеристики таких сталей
обеспечиваются за счет их дополнительного легирования другими
элементами. Стойкость против хрупкого разрушения сварных конструкций из
сталей с повышенным содержанием углерода ниже, чем из низкоуглеродистых
и низколегированных. Низколегированные стали целесообразно применять в
строительных конструкциях, краностроении, вагоностроении,
локомотивостроении, судостроении и т. п.

предел текучести стали ВСтЗ составляет всего 23—24 кгс/мм2.
Низколегированные стали должны удовлетворять специальным требованиям по
ударной вязкости при нормальной и низких температурах, зависящим от
условий эксплуатации.

В последние годы все более широкое применение находят стали с пределом
текучести свыше 60 кгс/мм2 и временным сопротивлением до 100 кгс/мм2.
Они характеризуются повышенной концентрацией марганца, содержат молибден
(до 0,6%) и бор (0,002— 0,006%). Как правило, эти стали имеют бейнитную
структуру и поставляются в термообработанном состоянии (закалка и
отпуск). Конструкции из бейнитных сталей весьма стойки против хрупкого
разрушения.

В Советском Союзе к этому типу принадлежат стали 14ХМНДФР и 14Х2ГМР.
Разработана технология их ручной дуговой, полуавтоматической и
автоматической сварки. Эти стали находят применение в экскаваторах,
шахтных подъемниках, резервуарах для хранения горючих веществ, напорных
гидроприводах и т. п.

Алюминиевые сплавы все шире применяют в качестве заменителя стали
благодаря следующим преимуществам (табл. 4-1): более высокой удельной
прочности (отношение временного сопротивления к объемной массе); высоким
механическим свойствам, в частности ударной вязкости при низких и весьма
низких температурах; более высокой стойкости против коррозии.

Таблица 4-1. Относительная удельная прочность при растяжении алюминиевых
сплавов по сравнению со сталями

Удельная прочность алюминиевых сплавов значительно выше, чем сталей, и
особенно низкоуглеродистой стали СтЗ. Весьма важной особенностью
алюминиевых сплавов является их высокая технологичность при обработке
прессованием, прокаткой и ковкой. При проектировании имеется возможность
выбирать наиболее эффективные и рациональные профили проката (рис. 4-1),
обеспечивающие дополнительную экономию металла и снижение трудоемкости.
При этом резко сокращаются объем сварочных работ и количество
наплавленного металла.

Рис. 4-1. Профили из алюминиевых сплавов

Для ответственных сварных конструкций могут быть рекомендованы
алюминиево-магниевые сплавы АМг, АМгЗ, АМг5В, АМгб, АМг61 с пределом
прочности соответственно 14, 20, 26, 32 и 34 кгс/мм2. При сварке этих
сплавов околошовная зона практически не разупрочняется. Более прочные
дюралюминиевые термо-обрабатываемые сплавы для сварных конструкций
применять пока нецелесообразно, так как при сварке прочность околошовной
зоны снижается. Восстановить полностью прочность путем естественного
старения не удается. К недостаткам алюминиевых сплавов можно отнести
сравнительно низкий модуль упругости (в 3 раза меньше, чем у стали) и
более высокий коэффициент температурного расширения. Этим обусловлены
большие деформации при сварке.

На рис. 4-2 приведены кривые значения ударной вязкости, полученные при
испытании алюминиевого сплава АМгб, низкоуглеродистой стали ВСтЗкп и
низколегированной стали 15ГФ. Характерно, что с понижением температуры
ударная вязкость алюминия почти не снижается.

Рис. 4-2. Ударная вязкость металлов:

Исследования статической прочности различных типов сварных соединений из
алюминиевого сплава АМгб показали, что несмотря на значительную
концентрацию напряжений, вызываемую накладками, статическая прочность
сварных соединений с понижением температуры до —60° С не отличается от
прочности при нормальной температуре. Приближения предела текучести к
пределу прочности с понижением температуры практически не наблюдается,
что свидетельствует о малой склонности сплава к переходу в хрупкое
состояние. Испытания сварных соединений на ударную прочность при
различных температурах также подтвердили преимущества алюминиевого
сплава перед низкоуглеродистой и низколегированными сталями.

При усталостных испытаниях сварных соединений установлена повышенная
чувствительность алюминиевых сплавов к концентрации напряжений. Однако
при обеспечении плавного перехода от шва к основному металлу прочность
сварных соединений при переменных нагрузках практически такая же, как и
самого сплава.

Из изложенного видны значительные преимущества алюми-ниево-магниевых
сплавов перед низкоуглеродистой сталью и сталями повышенной прочности.
Меньший эффект получается при применении алюминиевых сплавов в
конструкциях вместо сталей высокой прочности с пределом текучести 50—60
кгс/мм2 и более. Однако эти стали пока еще очень мало используются.
Таким образом, имеются все основания широко применять алюминиевые сплавы
для сварных конструкций, в частности, эксплуатирующихся в северных
районах, где температура может быть ниже —50° С.

Титан и его сплавы среди новых конструкционных материалов занимают
значительное место. Титан и его сплавы обладают сравнительно малой
плотностью и поэтому могут быть отнесены к числу легких металлов.

Чистый титан не находит широкого применения, так как обладает небольшой
прочностью — около 25 кгс/мм2. В отличие от чистого технический титан
содержит ряд примесей, из которых важнейшими являются азот, кислород,
водород, а также углерод. Эти примеси повышают прочность, однако
несколько снижают пластичность металла. Такой титан с временным
сопротивлением 40—55 кгс/мм2 и относительным удлинением 20—30% находит
применение в качестве конструкционного материала. При повышенных
температурах прочность технического титана падает, однако даже при
температуре 500° С все еще достигает 30 кгс/мм2.

Холодная обработка оказывает большое влияние на механические свойства
титана: она снижает пластичность и повышает прочность и твердость
металла. Так, 10%-ное обжатие приводит к повышению временного
сопротивления на 20—25% и снижению относительного удлинения при разрыве
на 25—30%.

Титан и его сплавы обладают замечательными свойствами. Они сочетают
большую прочность при нормальной и высоких температурах с весьма большой
коррозионной стойкостью. Благодаря этому они являются ценнейшим
конструкционным материалом в авиационной промышленности, судостроении,
химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

Титан, так же как и алюминий, весьма чувствителен к концентрации
напряжений. Поэтому при работе сварной конструкции в условиях переменных
нагрузок следует обеспечивать плавный переход от шва к основному
металлу. Это достигается путем механической обработки либо оплавления
кромок аргоно-дуговой горелкой.

Источник: Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением.
Под ред. акад. Б.Е. Патона. М., Машиностроение, 1974

Процесс сварки – это комплекс нескольких одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в околошовных участках, плавление, металлургические процессы, кристаллизация металла шва и взаимная кристаллизация металлов в зоне сплавления. Под свариваемостью, следовательно, необходимо понимать отношение металлов к этим основным процессам.

Свариваемость металлов рассматривают с технологической и с физической точек зрения.

Тепловое воздействие на металл в околошовных участках и процесс плавления определяются способом сварки, его режимами.

Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение.

Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляется выбранным способом сварки, а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость.

Свариваемые металлы могут иметь как одинаковые, так и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные сточки зрения химического состава и свойств металлы, во втором случае – разнородные.

Все однородные металлы обладают физической свариваемостью.

Свойства разнородных металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью.

Влияние легирующих элементов и примесей

К легирующим элементам относят: хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, а также марганец и кремний при определенном их содержании.

Хром в низкоуглеродистых сталях содержится в пределах до 0,3%, в конструкционных 0,7-3,5%, в хромистых 12-18%, в хромоникелевых 9-35%. При сварке хром образует карбиды хрома, ухудшающие коррозийную стойкость стали и резко повышающие твердость в зонах термического влияния; содействует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки.

Металлы. Свойства металлов

. электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов. Химические свойства металлов. Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко . следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру. По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: .

Молибден в стали ограничивается 0,15-0,8%. Он увеличивает несущую способность стали при ударных нагрузках и высоких температурах, измельчает зерно. Он способствует образованию трещин в наплавленном металле и в зонах термического влияния; при сварке активно окисляется и выгорает.

Ванадий в специальных сталях содержится в пределах 0,2-0,8%, в штамповых сталях 1-1,5%. Он способствует закаливаемости стали, чем затрудняет сварку. В процессе сварки активно окисляется и выгорает.

Вольфрам в инструментальных и штамповых сталях содержится в пределах от 0,8 до 18%. Вольфрам резко увеличивает твердость стали и её работоспособность при высоких температурах (красностойкость), но затрудняет процесс сварки, так как сильно окисляется.

Титан и ниобий вводят в нержавеющие и жаропрочные стали для повышения коррозийных свойств (0,5-1,0%).

При сварке нержавеющих сталей типа Х18Н9 ниобий способствует образованию горячих трещин.

Углерод – одна из наиболее важных примесей, определяющая прочность, вязкость, закаливаемость и особенно свариваемость стали. Содержание углерода в обычных конструкционных сталях в пределах до 0,25% не ухудшает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость стали резко ухудшается, так как в зонах термического влияния образуются структуры закалки, приводящие к трещинам. Повышенное содержание углерода в присадочном материале вызывает при сварке пористость металла шва.

Технические факторы, влияющие на свариваемость

Такие особенности сварки, как высокая температура нагрева, малый объем сварочной ванны, специфичность атмосферы над сварочной ванной, а также форма и конструкция свариваемых деталей, в ряде случаев обусловливают нежелательные последствия:

резкое отличие химического состава, механических свойств и структуры металла шва от химического состава, структуры и свойств основного металла;
изменение структуры и свойств основного металла в зоне термического влияния;
возникновение в сварных конструкциях значительных напряжений, способствующих в ряде случаев образованию трещин;
образование в процессе сварки тугоплавких, трудноудаляемых окислов, затрудняющих протекание процесса, загрязняющих металл шва и понижающих его качество;
образование пористости и газовых раковин в наплавленном металле, нарушающих плотность и прочность сварного соединения.

При различных способах сварки наблюдается заметное окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входят:

определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от способа сварки;
оценка структуры и механических свойств околошовной зоны;
оценка склонности сталей к образованию тещин;
оценка получаемых при сварке окислов металлов и плотности сварного соединения.

Существующие способы определения технологической свариваемости можно разделить на две группы.

Первая группа – прямые способы, когда свариваемость определяется сваркой образцов определенной формы.

Вторая группа – косвенные способы, когда сварочный процесс заменяют другими процессами, характер воздействия которых на металл имитирует влияние сварочного процесса, например термическая обработка при температурах, близких к температурам сварочного процесса.

Первая группа способов дает прямой ответ не вопрос о предпочтительности того или иного способа сварки, о трудностях, возникающих при сварке выбранным способом, о рациональном режиме сварки и т.п.

Вторая группа способов, имитирующих сварочные процессы, не может дать прямого ответа на все вопросы, связанные с практическим осуществлением сварки. Косвенные способы рассматривают только как предварительные лабораторные испытания.

Классификация сталей по свариваемости.

Краткие рекомендации по технологии сварки

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая группа – хорошо сваривающиеся; вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся; третья группа – ограниченно сваривающиеся; четвертая группа – плохо сваривающиеся.

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей, – склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относятся в основном стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном нагреве, а также в предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию тещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергаются обработке после сварки.

К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Примеры похожих учебных работ

Реферат сварка металлов

. того и другого (ГОСТ 2601-84). Различают два вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением. Сущность сварки состоит в том, что металл по кромкам свариваемых частей оплавляется под действием теплоты .

Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её классификация, прогрессивные .

. газе, диффузная и другие. Фундаментальные исследования по разработке новых процессов и технологии сварки проводятся в ряде научно-исследовательских организациях, ВУЗах и крупных предприятиях судостроительной, авиационной, нефтехимической, .

Процессы сварки металлов плавлением

. её за один этап-нагрев сварочным пламенем, в отличие от сварки давлением. Классификация электрической дуговой сварки. сварку плавлением электрической сварки Электрическую сварку плавлением в зависимости от характера источников нагрева и расплавления .

Карбонилы и хлориды металлов VIII В группы, их свойства и применение

. топлив на основе соединений карбонила марганца начали вытеснять токсичный тетраэтилсвинец. карбонил метал газовый осаждение Глава 1. Карбонилы металлов и их строение Карбонилы металлов Мх(СО)у имеют связь металл - углерод и поэтому .

Технологический процесс газовой сварки стыковых соединений труб с поворотом на

. нормы и правила контроля сварных соединений трубопроводов, условия их выбраковки и ремонта. Цель письменной экзаменационной работы: изучить и описать технологический процесс газовой сварки стыковых соединений труб с поворотом на 90. .

Сварка полуавтоматом в среде СО

. в металле под действием термического цикла сварки. Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы сварки, способы сварки, технологическую последовательность выполнения работ, обеспечивающие получение требоваемого сварного соединения. .

Свариваемость — свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Следовательно, свариваемость зависит, с одной стороны, от особенностей материала, технологии сварки и конструктивного оформления соединений, а с другой — от необходимых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Последние определяются техническими требованиями, предъявляемыми к таким конструкциям.

Свариваемость материалов считается достаточной, если требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, и недостаточной, если не обеспечивается минимальный уровень хотя бы одного из эксплуатационных свойств сварного соединения. Различают свариваемость физическую и технологическую.

Физическая свариваемость определяет принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений, что особенно важно при сварке разнородных материалов.

Технологическая свариваемость представляет собой реакцию материала на сварочный термодеформационный цикл и металлургическое воздействие сварки, которая оценивается, например, посредством сравнения механических свойств металла сварного соединения с одноименными свойствами основного металла.

При оценке свариваемости учитывают также стойкость металла к образованию трещин и его специальные свойства (коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах, сопротивление хрупкому разрушению).

Свариваемость углеродистых сталей определяется, в первую очередь, содержанием в них углерода. Под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность с использованием обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное основному металлу, без трещин в металле шва и снижения пластичности в околошовной зоне. При этом металлы шва и околошовной зоны должны быть стойкими к переходу в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкции и наличии концентраторов напряжений, обусловленных формой сварного узла.

Свариваемость материала оценивается посредством сравнения его свойств со свойствами ранее применявшихся материалов или основного металла. Свариваемость признают удовлетворительной, если результаты испытаний различных свойств сварного соединения соответствует нормативам, установленным техническими условиями на данную продукцию.

Стойкость металла сварного соединения к образованию горячих трещин — это наиболее важный показатель свариваемости, так как при сварке сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации под действием возникающих при затвердевании растягивающих напряжений возможно появление горячих трещин, являющихся весьма серьезным дефектом.

Стойкость металла сварного соединения к образованию холодных трещин — это также очень важный показатель свариваемости, поскольку под действием сварочного нагрева изменяется структура основного металла. При этом в околошовной зоне закаливаемых сплавов в результате фазовых превращений образуются хрупкие структуры типа мартенситных, что может привести к появлению холодных трещин.

Процессы, происходящие в металле сварного соединения, могут вызвать хрупкие разрушения сварной конструкции. Причинами таких разрушений могут быть конструктивные недостатки, наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефектов сварных соединений (раковин, пор, шлаковых включений, подрезов по краю швов), микротрещин и полостей.

Склонность металла сварного соединения к хрупкому разрушению — это также достаточно важный показатель свариваемости. Оценивают ее посредством специальных испытаний по сравнению со склонностью к хрупкому разрушению основного металла, зоны термического влияния и металла сварного шва. Считается, что лучшей свариваемостью обладают те металлы, сварные соединения которых не отличаются по склонности к хрупкому разрушению от основного металла.

Методы определения показателей свариваемости материалов подразделяются на прямые — при использовании которых выполняют сварку образцов заданной формы по выбранной технологии, и косвенные — основанные на замене сварочного процесса имитирующим его процессом.

Определение стойкости металла к образованию горячих трещин. Стойкость сварного соединения металла к образования горячих трещин определяют по результатам следующих испытаний:

машинных испытаний, основанных на принудительном деформировании образцов, подвергнутых сварочному нагреву, в температурном интервале возникновения горячих трещин;
технологических испытаний, или сварки проб, при проведении которых условия деформирования в температурном интервале образования горячих трещин регулируют выбором формы и размеров образцов, а также последовательности выполнения сварных швов и режимов сварки.

Машинные испытания заключаются в испытаниях образцов, проплавляемых сварочной дугой, на растяжение и изгиб, а образцов, нагреваемых по сварочному циклу, — на растяжение. Для машинных испытаний применяют специальные установки.

Процедура машинных испытаний включает в себя сварку серии образцов с одновременным деформированием шва при разной скорости перемещения активного захвата и определение критической скорости деформирования, вызывающей появление горячих трещин в нескольких образцах.

Технологические испытания основываются на положении о том, что металл, в котором не возникает трещин в искусственно созданных жестких условиях (что достигается выбором форм и размеров специальных технологических проб и типов их закрепления), не должен разрушаться и в реальных изделиях. При сварке кристаллизующийся металл подвергается деформации вследствие усадки шва и формоизменения технологических проб. Специальная конструкция и технология сварки проб обусловливают повышенные темпы высокотемпературной деформации.

Технологические пробы можно условно подразделить на два класса: количественные и качественные.

К количественным относятся технологические пробы, в которых образование горячих трещин можно связать с каким-либо конструктивным параметром (размерами пробы, глубиной или расположением надрезов и др.) или параметром режима сварки (скорость, температура подогрева). Сравнив такие пробы, можно выделить сплавы с меньшим и бо́льшим сопротивлением образованию горячих трещин.

Качественные технологические пробы предусматривают выполнение сварных швов на образцах постоянной формы в строго заданной последовательности и при соблюдении определенных режимов сварки. Сопротивление металла шва образованию горячих трещин оценивают в этом случае по их наличию или отсутствию на поверхности проб и шлифов или в изломах сварных швов. Качественные пробы не позволяют оценить количественно стойкость сплавов к образованию горячих трещин и предназначены лишь для отбраковки плохо сваривающихся сплавов.

Для определения стойкости металла к образованию горячих трещин используют различные виды проб.

Составная тонколистовая проба содержит несколько пластин разной ширины, соединенных с одной стороны прихватками. Сварку производят в направлении расширения пластин. При этом в местах пересечения стыков пластин сварным швом образуются горячие трещины. Показателем стойкости металла шва к образованию горячих трещин служит минимальная (критическая) ширина пластины, при сварке которой горячие трещины не возникают: чем меньше критическая ширина пластины, тем больше стойкость металла шва.

Проба ИМЕТ из тонколистового металла представляет собой пластину с постоянными размерами и надрезом, параллельным ее короткой стороне. Пластину проплавляют вольфрамовым электродом в струе аргона или электронным лучом таким образом, чтобы ось шва проходила через вершину надреза. Вероятность появления трещины от надреза зависит от его положения на пластине: чем больше длина шва до надреза, тем выше стойкость металла шва к образованию горячих трещин.

Крестовидная тонколистовая проба применяется для определения склонности к образованию горячих трещин главным образом алюминиевых и магниевых сплавов. Две прямоугольные пластины сваривают друг с другом четырьмя валиковыми швами в определенных последовательности и направлениях. Критерием наличия склонности к появлению горячих трещин служит отношение длины швов с трещинами к общей длине швов.

Кольцевая сегментная проба для испытания листов большой толщины состоит из четырех заготовок с шлифованными торцевыми поверхностями, свариваемых друг с другом с двух сторон. Размеры такой пробы после сборки составляют 90 × 90 × 25 мм. На ее верхней стороне протачивают кольцевую канавку. При испытании пробу сваривают по канавке по ходу часовой стрелки. После ее охлаждения до температуры ниже 50 °С выполняют замыкающий шов. Горячие трещины образуются в местах стыка заготовок и распространяются вдоль сварного шва. Критерием стойкости металла шва к образованию горячих трещин служит процентное отношение суммарной длины образовавшихся трещин к длине шва.

Пробу с канавками изготовляют из пластин толщиной более

40 мм. При толщине пластины менее 60 мм ее приваривают к жесткой плите по флангам швом с катетом 20 мм, а канавки располагают с шагом 100 мм. При толщине пластины более 60 мм канавки выполняют с двух сторон образца, а пластины сваривают по канавкам с минимальной скоростью. Склонность к образованию горячих трещин в этом случае определяют по отношению суммарной длины образовавшихся трещин или их площади соответственно к длине или площади поперечного сечения шва, а также по коэффициенту периодичности — числу трещин на единице длины шва. При отсутствии горячих трещин в швах, выполненных на рекомендованных для анализа режимах сварки, переходят к сварке более узких образцов либо к сварке с повышенной скоростью.

Способы оценки склонности металла к образованию холодных трещин. Все способы оценки склонности (стойкости, сопротивления) металла сварного соединения к образованию холодных трещин подразделяются следующим образом. По операции оценки различают косвенные и прямые способы, по форме представления показателей — количественные, полуколичественные и качественные, по варианту использования результатов оценки — сравнительные и прикладные.

Косвенные способы позволяют оценить склонность сварного соединения к образованию холодных трещин посредством расчета без непосредственного испытания материалов.

Прямые способы оценки склонности к образованию холодных трещин предусматривают сварку технологических проб и проведение специализированных испытаний сварных соединений или основного материала, подлежащего сварке, в условиях, имитирующих сварочные.

Количественные способы оценки склонности к образованию холодных трещин обеспечивают получение числового значения показателя, связанного с изменением одного из факторов, обеспечивающих контроль этого процесса.

Качественные способы не обеспечивают количественной оценки склонности к образованию холодных трещин и по существу служат для отбраковки материалов.

Способы оценки, которые могут использоваться только для сопоставления материалов и технологических вариантов сварки в целях выбора лучших из них, относятся к сравнительным.

Способы, позволяющие оценить стойкость реальных сварных конструкций к образованию холодных трещин, относятся к прикладным.

По тем же признакам подразделяются и технологические пробы. Пробы отраслевого назначения, или прикладные, позволяют оценить склонность материалов к образованию холодных трещин в условиях, максимально приближенных к технологическим и климатическим условиям изготовления реальных сварных конструкций.

Крестовая проба состоит из трех пластин, собранных в крестовидное соединение. Все поверхности касания этих пластин предварительно шлифуются для обеспечения хорошего контакта. На пробе выполняют четыре угловых шва длиной 160 мм в определенной последовательности. Температура пробы перед сваркой очередного шва не должна превышать (28 ± 3)°С. Через 48 ч после сварки для снятия напряжений производится двухчасовой отжиг пробы при температуре 595 … 650 °С. Пробу разрезают на поперечные темплеты для изготовления микрошлифов и выявления трещин в околошовной зоне. Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если на двух первых темплетах не обнаружено ни одной трещины.

Лихайская модифицированная проба состоит из образцов с прорезями, завариваемыми на разных режимах при различных температурах предварительного подогрева. При этом начало и концы прорезей образцов (по 2 … 3 мм) оставляют незаплавленными. Наличие трещин на поверхности сварного соединения, в корне шва и поперечном сечении выявляют через 24 ч после окончания сварки. Для оценки склонности материала к образованию холодных трещин определяют процентную долю разрушений сварных соединений в зависимости от скорости охлаждения металла с температурой 300 °С или от продолжительности его охлаждения в температурном интервале 800 … 300 °С. Скорость охлаждения, при превышении которой разрушение швов заметно усиливается, принимается в качестве критерия оценки сопротивления материала образованию холодных трещин. Также оценку можно производить и по критическому времени охлаждения материала или по минимальной температуре предварительного нагрева, необходимой для устранения холодных трещин.

Оценка влияния термического цикла сварки на изменение структуры и свойств свариваемых металлов. Предварительную оценку в этом случае выполняют по методикам, предусматривающим нагрев и охлаждение образцов по программе с заданными скоростями и механические испытания на любом этапе термической обработки. Такие испытания позволяют имитировать сварочные термические циклы любого участка сварного соединения и выявлять их воздействие на структуру и свойства металла. Для этой же цели используют и специальные технологические пробы, например валиковую. Для такой пробы на пластины металла толщиной 14 … 30 мм наплавляют валики на режимах с разной погонной энергией. Из пластин вырезают поперечные образцы для определения структуры и твердости, а также для испытаний на ударный и статический изгиб.

Расчетная оценка свариваемости конструкционных сталей по химическому составу выполняется следующим образом. Технологическая свариваемость металлов и их сплавов зависит от ряда факторов: их химической активности, степени легирования, содержания примесей и особенностей структуры. Чем выше химическая активность металла, тем больше его склонность к взаимодействию с окружающей средой и в первую очередь к окислению, а следовательно, требуется более эффективная его защита и металлургическая обработка при сварке. Защита расплавленных сталей и сплавов на основе железа от взаимодействия с воздухом обеспечивается с помощью электродных покрытий, флюсов и инертных газов.

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод: при увеличении содержания углерода и ряда других легирующих элементов их свариваемость ухудшается.

Ориентировочным количественным показателем свариваемости стали является эквивалент углерода, рассчитываемый по формуле

С_экв = С + Мn/6 + Si/24 (1)

в которой содержание углерода и легирующих элементов выражено в процентах.

В зависимости от эквивалента углерода (и связанной с этой величиной склонности материала к закалке и образованию трещин) все конструкционные стали подразделяются на четыре группы соответственно с хорошей, удовлетворительной, ограниченной и плохой свариваемостью.

Стали с С_экв 0,45 % плохо свариваются. Они весьма склонны к закалке и возникновению холодных трещин. При сварке необходим их подогрев и применение специальных технологических приемов, а после сварки требуется термическая обработка.

Читайте также: