Сварка легированных сталей реферат
Обновлено: 08.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
1. Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей
Свариваемость таких сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов и ухудшается с ростом содержания углерода и легирующих компонентов. Стали кремнемарганцевой группы 15ГС, 18Г2С и 25Г2С сваривают электродами типа Э60А марки УОНИ-13/65. Перед сваркой кромки тщательно зачищают от грязи, ржавчины и окалины. Сварку выполняют предельно короткой дугой. Изделие перед сваркой подогревают до температуры 200 °С, электроды перед сваркой прокаливают при 400 °С в течение одного часа.
Кремнемарганцемедистые стали 10Г2СД, 10ХГСНД, 15ХСНД и 12ХГ сваривают электродами типа Э50А марки УОНИ-13/55. Изделие перед сваркой не подогревают.
2. Сварка легированной машиностроительной стали
Хромистая сталь 15ХМ сваривается электродами УОНИ-13/85 предельно короткой дугой без подогрева и последующей термической обработки.
Хромомолибденовая сталь 15ХМ сваривается электродами ЦЛ-14 с предварительным подогревом изделия до 250 - 300°С и последующим высоким отпуском при 710°С. Сталь марки 30ХМ сваривается электродами ЦЛ-30-63 с предварительным подогревом изделия до 350°С и последующим отпуском при 600°С.
Таблица 1. Технологические характеристики электродов для сварки некоторых легированных сталей
3. Сварка теплоустойчивых сталей
К теплоустойчивым сталям относятся 12 MX; 20МХЛ; 34ХМ; 20ХЗМВФ; 20ХМФ; 20ХМФЛ; 12Х1М1Ф; 15ХМФКР; 12Х2МФБ;Х5М; 15Х5МФА; Х5ВФ; 06X13; Х17; 1X13 и др.
Изделия из сталей 12МХ и 20МХЛ, работающие при температуре до 550°С, свариваются электродами ЦЛ-14. Сварку выполняют с предварительным подогревом изделия до 250 -300°С для стали 20МХЛ и до 200°С - для стали 12МХ. После сварки рекомендуется высокий отпуск при температуре 710°С. Сталь 12МХ можно сваривать также электродами ГЛ-14, если изделие работает при температуре до 520°С. Подогрев и отпуск такие же, что и при применении электродов ЦЛ-14.
Изделия из сталей 34ХМ и 20ХЗМВФ, работающие при температуре до 470°С, сваривают электродами ЦЛ-30-63. Сварку выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом изделия до 350°С для стали 34ХМ и до 400 - 450°С - для стали 20ХЗМВФ. Сварные соединения подвергаются отпуску: сталь 34ХМ - при температуре 600°С, сталь 20ХЗМВФ - при температуре 680°С.
Изделия из сталей 20ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, работающие при температуре до 570°С, сваривают электродами ЦЛ-20-63. Сварка выполняется короткой дугой с предварительным и сопутствующим подогревом изделия до 300 -350 °С. После сварки рекомендуется высокий отпуск при 700 -740°С в течение 3 ч.
Изделия из сталей 15ХМФКР и 12Х2МФБ, работающие при температуре до 600°С, сваривают электродами ЦЛ-26М-63. Сварку выполняют короткой дугой с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 350-400°С, а после сварки выполняют высокий отпуск при температуре 740 - 760 °С.
Изделия из сталей Х5М и 15Х5МФА, работающие в агрессивных средах при температуре до 450°С, сваривают электродами ЦЛ-17-63 с предварительным и сопутствующим подогревом до 300 - 450°С и с последующим высоким отпуском после сварки при температуре 760°С в течение 3 ч. Изделия из сталей Х5ВФ, 06X13 и X17 сваривают электродами СЛ-16.
Технологические данные электродов для сварки теплоустойчивых сталей приведены в табл. 2.
Таблица 2. Технологические характеристики электродов для сварки теплоустойчивых сталей
4. Сварка высоколегированных коррозионностойкпх, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов . К сварным соединениям высоколегированных сталей и сплавов кроме требований по пределу прочности, а также пластичности предъявляются и другие требования, которые определяются назначением конструкции и свойствами свариваемого металла. Эти требования следующие:
для коррозионностойких (нержавеющих) сталей - возможность противостоять межкристаллитной, общей жидкостной, ножевой коррозии под напряжением;
для окалиностойких сталей и сплавов - способность противостоять окалинообразованию и межкристаллитной газовой коррозии;
для жаропрочных сталей и сплавов - обеспечение длительной прочности, сопротивляемости ползучести, стабильности микроструктуры, стойкости против хрупкости при длительном воздействии высоких температур и нагрузок и малой чувствительности к надрезу и окалиностойкости.
Основными трудностями при сварке высоколегированных сталей и сплавов являются: обеспечение стойкости сварных соединений против образования кристаллизационных трещин, коррозионной стойкости, а также сохранения свойств соединений под действием рабочих температур и напряжений.
5. Сварка коррозйонностойких сталей
К коррозионностойким сталям относятся ОХ18НЮ, ОХ18НЮТ, Х18Н10Т, Х18Н9, Х18Н9Т, ОХ18Н12Т, ОХ18Н12Б, 1Х21Н5Т, ГХ16Н13Б, Х18Н12Т и др.
Стали ОХ18НЮТ, OX18HIO и Х18Н10Т сваривают электродами ОЗЛ-14, если к металлу шва предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии. Сварка этими электродами обеспечивает в сварном шве содержание ферритной фазы 6-10%.
Стали Х18Н9, Х18Н9Т сваривают электродами ОЗЛ-8, если к металлу шва не предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии или если сварное соединение будет эксплуатироваться при температуре до 350°С (при отсутствии агрессивных сред - при температуре от 253 до 800°С). Содержание ферритной фазы в сзарных швах колеблется от 3,5 до 8,5%.
Стали Х18Н10Т, Х18Н9Т, ОХ18Н12Т, ОХ18Н12Б, 1Х21Н5Т 1Х16Н13Б свариваются электродами ЦЛ-11, если к сварному шву предъявляются жесткие требования стойкости против межкристаллитной коррозии. Содержание ферритной фазы в сварных швах обеспечивается от 2,5 до 7%.
Сталь Х18Н12Т сваривают электродами ЦТ-15-1 (корневой шов), сварное соединение будет эксплуатироваться при температуре 600 - 650°С и высоком давлении. Содержание ферритной фазы в сварных швах колеблется от 5,5 до 9%.
Стали Х18Н10Т, Х18Н9Т сваривают электродами ЗИО-З, если сварные швы будут эксплуатироваться при температуре до 560°С или если к металлу шва будут предъявлены требования стойкости против межкристаллитной коррозии. Содержание ферритной фазы в сварном шве регламентируется от 2,5 до 5 %. Технологические свойства электродов для сварки коррозионностойких сталей приведены в табл. 3.
Таблица 3. Технологические характеристики электродов для сварки коррозионностойких сталей
6. Сварка жаростойких сталей .
К ним относятся Х25Т, Х28, Х23Н18, Х23Н13, Х20Н14С2, Х25Н20С2 и др.Стали Х25Т и Х28 сваривают электродами 03JI-6, если сварные изделия будут эксплуатироваться при температуре 1150°С (без циклических резких изменений и в средах, не содержащих сернистый газ). Сварку выполняют короткой дугой. Кромки подготавливают под сварку только механическим способом. Содержание ферритной фазы регламентируется от 2,5 до 10%.
Стали Х23Н18, Х25Т и Х28 сваривают электродами ЦЛ-25, если сварные изделия будут эксплуатироваться при температуре выше 850°С. Сварку выполняют валиками, имеющими ширину не более трех диаметров электрода. Кратеры заплавляют частыми короткими замыканиями. Содержание ферритной фазы регламентируется от 3 до 9%.
Стали Х25Т, Х28, Х23Н13, Х23Н18, находящиеся в эксплуатации при температуре 900-1100°С, сваривают электродами ОЗЛ-4. Сварку выполняют предельно короткой дугой. Кромки обрабатывают под сварку только механическим способом. Содержание ферритной фазы регламентируется от 2,5 до 8%.
Стали Х23Н18, Х23Н13, находящиеся в эксплуатации в окислительных и науглероживающих средах при температуре 900- 1050°С, сваривают электродами ОЗЛ-9А. При сварке этих сталей особенно необходимо следить за недопустимостью появления трещин в кратерах. Ферритная фаза отсутствует и ГОСТом не нормируется. Сварные швы недостаточно стойки против межкристаллитной коррозии.
Стали Х20Ы14С2, Х25Н20С2, работающие при температуре до 1050°С, сваривают электродами ГС-1 (первый слой). Жаростойкость наплавленного металла до 1150°С.
Стали Х20Н14С2, Х25Н20С2, работающие при температуре 900-1100°С, сваривают электродами ОЗЛ-5. Кромки подготовляют под сварку только механическим способом. Сварные швы устойчивы против образования горячих трещин. Сталь Х20Н14С2, находящуюся в эксплуатации при температуре 900-1100°С, можно также сваривать электродами ЦТ-17 при наложении швов небольшой ширины - не более 3 диаметров электрода. Технологические характеристики электродов для сварки жаростойких сталей приведены в табл. 4.
Таблица 4. Технологические характеристики электродов для сварки жаростойких сталей
Таблица 5. Технологические характеристики электродов для сварки жаропрочных сталей и сплавов
7. Сварка жаропрочных сталей и сплавов . К сталям этой группы относятся 1Х16Н14В2БР, 1Х16Н16В2МЕР, 1Х14Н14В2М, 4Х14Н14В2М, 1Х16Н13М2Б, 1Х14Н14В2М, Х18Н12Т, Х23Н13, Х23Н18, ХН35ВТ и др.
Стали 1Х16Н14В2БР и 1Х16Н16В2МБР сваривают электродами ЦТ-16-1. Кратеры заваривают короткими замыканиями электродов. Эти же стали сваривают электродами ЦТ-16, если изделия эксплуатируются при температуре до 700°С.
Стали 1Х14Н14В2М и 4Х14Н14В2М, работающие в условиях температуры до 600°С, сваривают электродами ЦТ-1. Сварные швы устойчивы против образования горячих трещин.
Стали 1Х16Н13М2Б, 1Х14Н14В2М и Х18Н12Т, работающие в условиях температуры до 620°С, сваривают электродами ЦТ-7. Горячие трещины в сварных швах устраняются достижением ферритной фазы от 2 до 5 %. После сварки применяют отжиг при 750- 800 °С в течение 10 ч.
Стали Х23Н13, Х23Н18, работающие в условиях температуры до 1050°С, сваривают электродами 03Л-9. Огневая подготовка кромок под сварку не допускается. При многослойной сварке швы необходимо выполнять электродами 03Л-9 через слой, наплавленный электродами 03Л-4, 03Л-5, 03Л-6 и ГС-1. Сплавы на железо-никелевой основе ХН35ВТ свариваются электродами КТИ-7-62.
Технологические характеристики электродов для сварки жаропрочных сталей и сплавов приведены в табл. 5.
Таблица 5. Технологические характеристики электродов для сварки жаропрочных сталей и сплавов
Высоколегированными сталями считают сплавы на основе железа с суммарным содержанием легирующих элементов свыше 10% при содержании железа в них более 45%. Если содержание железа меньше этой величины, то материалы считаются специальными сплавами. Основные легирующие элементы сплавов и сталей этой группы - хром, никель, марганец, кремний, кобальт, вольфрам, ванадий, молибден, титан, бор и др.
Прикрепленные файлы: 1 файл
СВАРКА ВЫСОКО ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.docx
СВАРКА ВЫСОКО ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Высоколегированными сталями считают сплавы на основе железа с суммарным
содержанием легирующих элементов свыше 10% при содержании железа в них
более 45%. Если содержание железа меньше этой величины, то материалы
считаются специальными сплавами. Основные легирующие элементы сплавов и
сталей этой группы - хром, никель, марганец, кремний, кобальт, вольфрам,
ванадий, молибден, титан, бор и др.
Высоколегированные стали и сплавы обладают специфическими свойствами:
высокой коррозийной стойкостью, хладостойкостью, жаропрочностью,
жаростойкостью, сопротивлением ползучести при нагреве и др. Жаростойкость
(окалиностойкость) - свойство металлов и сплавов хорошо противостоять при
высоких температурах химическому воздействию, в частности окислению на
воздухе и в другой газовой среде. Жаропрочностью - способность материалов
при высоких температурах выдерживать без разрушения химические нагрузки.
Высоколегированные стали и сплавы - важнейшие конструкционные материалы,
применяемые в производстве оборудования, работающего в широком диапазоне
температур. Газовых или жидких средах, для химической промышленности, а
также авиации и энергетики.
Свариваемость сталей. В зависимости от содержания основных легирующих
элементов стали различаются на хромистые, хромоникелевые,
хромомарганцевые, хромомарганцевоазотистые и т. д. По структуре
высоколегированные стали разделяются на мартенситные,
мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитно- мартенситные,
аустенитно-ферритные и аустенитные.
Высоколегированные сплавы делят на две группы: сплавы на железоникелевой
(суммарное содержание железа и никеля более 65%) и никелевой (содержание
никеля более 55%) основах. Они имеют стабильную аустенитную структуру.
Хромистые стали имеют различную структуру в зависимости от содержания
хрома и углерода. При содержании в стали хрома 12…13% и углерода более
0,06…0,08% сталь относят к мартенситному классу; при содержании хрома
13…16% - мартенситно-ферритному; при содержании хрома более 16% - к
ферритному классу. Введение в стали других элементов изменяет её структуру
и может привести к переходу из одного класса в другой.
Стали с содержанием хрома 10,5…12% при легировании молибденом, вольфрамом,
ниобием и ванадием обладают повышенным сопротивлением высокотемпературной
ползучести и поэтому их используют как жаропрочные при температурах до
6000С. Термическая обработка и температуры эксплуатации могут вызвать
изменения в структуре стали и сделать её хрупкой. При некоторых видах
термического воздействия хромистые ферритные стали приобретают склонность
к межкристаллитной коррозии. Охрупчивание и снижение коррозийной стойкости
связано с выделением карбида хрома и других хрупких фаз по границам зёрен
и обеднением хромом твёрдого раствора в областях, прилегающих к границам
При сварке сталей мартенистого и мартенситно-ферритного класса в металле
сварного соединения образуются закалочные мартенситные структуры, имеющие
высокую твёрдость и малую пластичность. При определенных условиях это
может привести к появлению холодных трещин. Образование трещин исключается
предварительным и сопутствующим подогревами до температуры 200…4500С,
снижением в металле шва водорода и применением последующего высокого
При невозможности по каким-либо причинам осуществить подогрев и
последующую термическую обработку применяют сварочные материалы. Дающие
металл шва с аустенитной структурой.
Проблема сварки ферритных сталей - укрупнение зерна в околошовной зоне и в
металле сварного шва при повышении погонной энергии сварки и уменьшении
концентрации источника сварочной теплоты. По этой причине становится
нежелательным применение сопутствующего или предварительного прогрева и
последующего отпуска для предотвращения появления холодных трещин. Сплавы
и стали классифицируют по системе легирования, структурному классу,
свойствам и служебному назначению. По системе легирования их делят на два
основных типа: хромоникелевые и хромомагниевые. Существуют также
хромоникельмолибденовые и хромоникельмарганцевые стали. В зависимости от
структуры, получаемой при охлаждении на воздухе, различают следующие
классы сталей: аустенитно-мартенситные, аустенитно-ферритные, аустенитные.
Сплавы на железоникелевой (при содержании более 30%) и никелевой основах
по структуре являются стабильно аустенитными и не имеют структурных
изменений при охлаждении на воздухе. В настоящее время используют также
боридные аустенитные стали и сплавы, основная структура которых - аустенит
с включениями боридной фазы.
При сварке аустенитных сталей и сплавов в металле шва и околошовной зоне
могут возникнуть горячие трещины. Для их предупреждения существуют
несколько способов. Один из них - создание в шве двухфазной структуры,
способствующей измельчению зерна в металле шва и уменьшению ликвации. В
большинстве случаев для этого в структуре шва достаточно иметь 2…3%
первичного d-феррита, что обеспечивается легированием шва
ферритообразующими элементами (титаном, молибденом, кремнием и др.).
Двухфазная структура в стабильно аустенитных сталях и сплавах может быть
создана за счёт выделения в металле шва карбидов или боридов. Для
получения аустенитно-карбидной структуры шов легирую углеродом и
карбидообразующими элементами - ниобием или титаном. Однако углерод резко
повышает склонность швов к межкристаллической коррозии. Поэтому этот
способ применим только при сварке жаропрочных и жаростойких сталей.
Получение аустенитно-боридной структуры достигается легированием шва
0,2…0,7% бора. При больших содержаниях бора в швах могут появиться
холодные трещины, для предупреждения которых требуется предварительный или
сопутствующий подогрев до температуры 250… 3000С.
При сварке чисто аустенитных сплавов в них ограничивают содержание вредных
примесей (серы, фосфора, висмута) и других элементов, образующих
легкоплавкие эвтектики (кремния, титана, алюминия и ниобия). Положительное
действие оказывают легирование этих сплавов молибденом, вольфрамом,
танталом и замена части никеля марганцем.
Измельчение структуры швов высоколегированных сталей и сплавов достигается
также использованием для сварки фторидных флюсов и электродов с
фторитсто-кальциевым покрытием. Большое внимание обращают на технику и
режим сварки, определяющие форму шва и характер кристаллизации его
металла. Уменьшение коэффициента формы шва, малые зазоры между кромками
повышают вероятность появления горячих трещин. Сварка электродными
проволоками малого диаметра (до 2 мм) и умеренные режимы сварки повышают
стойкость швов к горячи трещинам.
От состава и структуры и металлургического способа получения стали зависит
появление трещин в околошовной зоне в процессе длительной эксплуатации при
температурах 550…7700С (так называемых локальных разрушений).
При работе изделий в интервале температур от 350 до 5000С в ферритных и
аустенитно-ферритных швах, содержащих 15…20% сложнолегированного феррита,
может появиться 475-градусная, или тепловая, хрупкость. Она не
сопровождается заметными структурными изменениями. Предотвращение
охрупчивания швов подобного типа достигается ограничением в металле
феррита. Выдержка аустенитных аустенитно-ферритных сталей при температурах
550…8750С приводит к охрупчиванию в результате выпадения s-фазы,
представляющей собой интерметаллид. Предупреждение того вида охрупчивания
достигается закалкой с температуры 1050… 11000С, а в двухфазных
аустенитно-ферритных сталях - ограничение содержания первичного феррита
Необходимо отметить, что из-за высокого коэффициента теплового расширения
высоколегированных сталей значительно возрастает суммарная пластическая
деформация металла шва и околошовной зоны. В результате самонаклёпа
жёстких соединений (при сварке многослойных швов) количество феррита в
металле может повышаться. При длительной эксплуатации сварное соединение
стареет в результате выделения по границам зёрен карбидов и
интерметаллидов. Для уменьшения старения следует снижать содержание в
металле углерода. Этому же служит термическая обработка с нагревом выше
температура распада карбидов и интерметаллидов (выше 900…9500С).
Большинство высоколегированных сталей и сплавов широко используются как
корозийностойкие материалы. Однако под действием агрессивной среды в
сварных соединениях могут наблюдаться различные виды коррозийного
разрушения, связанные с перераспределением хрома. Под действием хрома. Под
действием критических температур (500…8000С) по границам зёрен выделяются
карбиды, обогащённые хромом. Одновременно происходит обеднение хромом
приграничных слоёв зёрен. Которое ведёт к потере стойкости к действию
агрессивной среды и проявлению межкристаллитной коррозии. Межкристаллитная
коррозия наблюдается в металле шва, околошовной зоны или в узкой зоне на
границе сплавления (ножевая коррозия). Появление ножевой коррозии может
быть связано с условиями нагрева при сварке или эксплуатации изделия в
интервале критических температур при сварке многослойных или
перекрещивающихся швов, при смене электрода и т. д. снижает коррозийную
стойкость сварных соединений.
Предупреждение склонности сплавов к межкристаллитной коррозии достигается:
снижением содержания углерода и легированием сильными карбидообразующими
элементами - титаном, ниобием, имеющими большее сродство к углероду, чем
хром. Обычно должны выдерживаться соотношения Ti>5(C - 0.02) и Nb>10C;
формирование двухфазной аустенитно- ферритной структуры с содержанием
феррита до 20…25%;
Термической обработкой (закалка для сталей Х18Н10 с температуры
1050…11000С или стабилизирующий отжиг в течение 2…3 ч при температурах
700…7800С - для хромистых сталей). При нагреве под закалку карбиды
растворяются, при быстром охлаждении углерод фиксируется в твёрдом
растворе (аустените). Однако повторный нагрев может снова вызвать
межкристаллитную коррозию шва. При стабилизирующем отжиге происходит более
полное выпадение карбидов и выравнивание концентрации хрома по объёму
Предотвращение ножевой коррозии обеспечивается приёмами, снижающими
перегрев металла в околошовной зоне (сварка короткой дугой, ускоренное
охлаждение и др.).
Для уменьшения общей коррозии следует применять технику и технологию
сварки, при которых металл шва не отличается по химическому составу от
Коррозийное растрескивание наблюдается в сварных соединениях на
аустенитных сталях при совместном действии агрессивной среды и
растягивающих напряжений. Снижение уровня остаточных растягивающих
напряжений и образование двухфазной аустенитно-ферритной или
аустенитно-боридной структуры - главные способы борьбы с этим видом
разрушения сварных соединений.
Высокая коррозийная стойкость сталей при повышенных температурах в газовых
средах (жаростойкость) определяется возможностью образования и сохранения
на их поверхности плотных и прочных плёнок оксидов. Это достигается их
легированием кремнием и алюминием. Требуемую жаростойкость металла шва
обычно получают за счёт максимального сближения химических составов шва и
Общие технологические приёмы при сварке. Высоколегированные стали и сплавы
сваривают следующими способами сварки: ручной дуговой покрытыми
электродами, дуговой под флюсом, в защитных газах плавящимся и не
плавящимся электродом, электрошлаковой сваркой. Применяют также сварку
лучом лазера и электронно-лучевую сварку.
Теплофизические и химические свойства высоколегированных сталей и сплавов
Среднелегированной называется сталь, в которой суммарное содержание легирующих компонентов составляет от 2,5 до 10% (кроме углерода). Для изготовления сварных конструкций применяют конструкционные среднелегированные стали, содержащие до 0,5% углерода, среднелегированные жаропрочные стали, содержащие не более 0,25% углерода и до 5% хрома в качестве обязательного легирующего элемента. Главной и общей характеристикой среднелегированных сталей являются механические свойства. Среднелегированные стали имеют временное сопротивление от 600 до 2000 МПа, что значительно превышает временное сопротивление обычных углеродистых конструкционных сталей. При высоких прочностных свойствах среднелегированные стали после термообработки не только не уступают по пластичности и вязкости, но в ряде случаев превосходят такой пластичный материал, как низкоуглеродистая сталь.
Оглавление
Сварка среднелегированных сталей……………………………………….3
Холодная листовая штамповка……………………………………. 4
Оборудование листовой штамповки……………………………………. 10
Файлы: 1 файл
Реферат Сварка.docx
- Среднелегированной называется сталь, в которой суммарное содержание легирующих компонентов составляет от 2,5 до 10% (кроме углерода). Для изготовления сварных конструкций применяют конструкционные среднелегированные стали, содержащие до 0,5% углерода, среднелегированные жаропрочные стали, содержащие не более 0,25% углерода и до 5% хрома в качестве обязательного легирующего элемента. Главной и общей характеристикой среднелегированных сталей являются механические свойства. Среднелегированные стали имеют временное сопротивление от 600 до 2000 МПа, что значительно превышает временное сопротивление обычных углеродистых конструкционных сталей. При высоких прочностных свойствах среднелегированные стали после термообработки не только не уступают по пластичности и вязкости, но в ряде случаев превосходят такой пластичный материал, как низкоуглеродистая сталь.
Склонность среднелегированных сталей к закалке и высокие механические свойства основного металла создают ряд трудностей при сварке этих сталей.
Низкая сопротивляемость металла околошовной зоны способствует образованию холодных трещин, что обусловлено особенностями структурных превращений в этой зоне. Наряду с этим необходимо предотвратить появление кристаллизационных трещин в металле шва снижением в нем содержания серы, углерода и легированием марганцем и хромом. Следующая трудность заключается в получении металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом с механическими свойствами, близкими к свойствам основного металла. В ряде случаев возникают серьезные затруднения с обеспечением надлежащих прочностных и пластических свойств в околошовной зоне и зоне сплавления. Совершенно особые трудности появляются, когда сварные соединения нельзя подвергнуть термообработке. При этом необходимо правильно выбрать режим сварки и сварочные материалы.
Наиболее серьезным затруднением является предотвращение образования холодных трещин.
Для этого рекомендуется осуществлять ряд дополнительных мер: – применять «методы сварки и сварочные материалы, обеспечивающие однородность металла шва и основного по химическому составу и структуре; – снижать содержание водорода в основном металле и особенно в металле шва за счет замены переменного тока постоянным, что позволяет уменьшать содержание водорода в 1,5—2 раза и в ряде случаев полностью исключать возникновение трещин; – использовать оптимальные режимы сварки, резко повышающие стойкость сварных соединений против появления холодных трещин, а в ряде случаев полностью устраняющих возможность их возникновения; – подвергать термообработке сварные соединения сразу же после окончания сварки (своевременная термическая обработка может полностью устранить опасность образования холодных трещин); – применять сварку с предварительной наплавкой на кромки разделки слоя аустенитного или ферритного металла, не закаливающегося при сварке.
2. Процессы холодной листовой штамповки получили широкое применение в различных отраслях промышленности, благодаря высокой производительности и экономической эффективности. Холодная листовая штамповка является одним из наиболее прогрессивных технологических методов производства; она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов давлением. Изготовление деталей методами листовой штамповки позволяет: получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки затруднительно; получать детали с достаточно высокой точностью размеров, преимущественно без последующей механической обработки; экономно использовать материал; применять автоматизацию и механизацию при высокой производительности оборудования. Разработка технологического процесса штамповки и проектирования штампов неразрывно связаны между собой. В листовой штамповке, для изготовления деталей, возможно применение методов комбинированной штамповки, одновременно сочетающей две или несколько отдельных операций. Основным прогрессивным конструктивным показателем, характеризующим эффективность применения листовой штамповки, является снижение массы при увеличении прочности и жесткости, штампованных из листа деталей по сравнению с литыми, коваными или обработанными из сортового проката.
2.1 Холодное выдавливание
Способы холодного выдавливания:
1. При прямом выдавливании (рис.1, а) металл вытекает в отверстие, расположенное в донной части матрицы 2, в направлении, совпадающим с направлением движения пуансона 1 относительно матрицы. Так можно получать детали типа стержней с утолщениями. Зазор между пуансоном и цилиндрической частью матрицы должен быть достаточно мал для того, чтобы металл не вытекал в него.
Если на торце пуансона (рис.1, б) имеется стержень, перекрывающий отверстие матрицы до начала выдавливания, то металл выдавливается в кольцевую щель между стержнем и отверстием матрицы. В этом случае прямым выдавливанием можно получать детали типа трубки с фланцем.
2. При обратном выдавливании направление течения металла противоположно движению пуансона относительно матрицы. Наиболее часто встречающейся схемой обратного выдавливания является схема, при которой металл может вытекать в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей (рис.1, в). По такой схеме изготовляют полые детали типа туб (корпуса тюбиков), экранов радиоламп и др.
Реже применяют схему обратного выдавливания, при которой металл выдавливается в отверстие в пуансоне, для получения деталей типа стержня с фланцем (рис.1, г).
3. При боковом выдавливании металл вытекает в отверстие боковой части матрицы в направлении, не совпадающем с направлением движения пуансона (рис. 1, д). Таким образом можно получить детали типа тройников, крестовин и т.п. В этом случае, чтобы обеспечить удаление заготовки после штамповки, матрицу выполняют состоящей из двух половинок с плоскостью разъема, совпадающей с плоскостью, в которой расположены осевые линии заготовки и получаемого отростка.
4. Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным течением металла по нескольким направлениям и может быть осуществлено по нескольким из ранее рассмотренных схем холодного выдавливания (рис.1, е).
2.2 Сущность процесса
В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученные прокаткой лист, полоску или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при холодной штамповке обычно не более 10 мм и лишь в сравнительно редких случаях – более 20 мм. Детали из заготовок толщиной более 20 мм штампуют с нагревом до ковочных температур (горячая листовая штамповка), что позволяет значительно уменьшить усилие деформирования по сравнению с холодной штамповкой. Холодная листовая штамповка получила более широкое применение, чем горячая.
Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от доли грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолета, ракеты).
Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.
Листовую штамповку широко применяют при различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, самолето-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и другие.
К преимуществам листовой штамповки относится возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности получения деталей и жесткости; достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием; сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30-40 тысяч деталей в смену с одной машины); хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.
При листовой штамповке пластические деформации получают лишь часть заготовки. Операцией листовой штамповки называется процесс пластической деформации, обеспечивающий характерное изменение формы определенного участка заготовки. Различают формоизменяющие операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и разделительные операции, в которых этап пластического деформирования обязательно завершается разрушением.
При проектировании технологического процесса изготовления деталей листовой штамповкой основной задачей является выбор наиболее рациональных операций и последовательности их применения, позволяющих получить детали с заданными служебными свойствами при минимальной себестоимости и хороших условиях труда.
Операции листовой штамповки
Рассмотрим основные разделительные и формоизменяющие операции листовой штамповки.
Отрезка – отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных машинах – ножницах и в штампах. Отрезку чаще применяют как заготовительную операцию для разделения листа на полосы заданной ширины. Основные типы ножниц – ножницы с поступательным движением режущих кромок ножа и вращательным движением режущих кромок – дисковые ножницы. Для уменьшения усилия резания режущие кромки в ножницах с поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1-5° (гильотинные ножницы). Лист подают до упора, определяющего ширину отрезаемой полосы В. Длина отрезаемой полосы L не должна превышать длины ножей.
При отрезке на дисковых ножницах длина отрезаемой полосы не ограничивается инструментом, вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение, но и подачу заготовки действием сил трения. Прямолинейность линии отрезки на дисковых ножницах обеспечивается соприкосновением разделяемых частей заготовки с плоскими поверхностями ножа и тем, что режущие кромки ножей заходят одна за другую. Для обеспечения захвата и подачи заготовки диаметр ножей должен быть больше толщины заготовки в 30-70 раз (увеличиваясь с уменьшением коэффициента трения).
При вырубке и пробивке характер деформирования заготовки одинаков. Эти операции отличаются только назначением. Вырубкой оформляют наружный контур детали, а пробивкой – внутренний контур.
Вырубку и пробивку обычно осуществляют металлическими пуансоном и матрицей. Пуансон вдавливает часть заготовки в отверстие матрицы. В начальной стадии деформирования происходит врезание режущих кромок в заготовку и смещение одной части заготовки относительно другой без видимого разрушения.
При определенной глубине внедрения режущих кромок в заготовку у режущих кромок зарождаются трещины, быстро проникающие в толщу заготовки. Эти трещины наклонены к оси инструмента под углом 4-6°; если эти трещины встречаются, то поверхность среза получается сравнительно ровной, состоящий из блестящего пояска, образующегося от внедрения режущих кромок до появления трещин, и наклонной шероховатой поверхности разрушения в зоне прохождения трещин.
Возможность совпадения трещин, идущих от режущих кромок пуансона и матрицы, зависит от правильного выбора зазора между пуансоном и матрицей. Зазор z назначают в зависимости от толщины и механических свойств заготовки. При малом зазоре трещины не встречаются, и на поверхности среза появляются пояски вторичного среза, ухудшающие ее качество и способствующие разрушению заготовки при последующем деформировании и работе детали.
Кроме рассмотренных разделительных операций, в технологии листовой штамповки применяют и другие, такие, как нарезка и обрезка. Характер деформирования заготовки для этих операций аналогичен рассмотренному.
Гибка – операция, изменяющая кривизну заготовки практически без изменения ее линейных размеров. В процессе гибки пластическая деформация сосредотачивается на узком участке, контактирующем с пуансоном, в то время как участки, образующие полки деталей, деформируются упруго.
В зоне пластических деформаций наружные слои растягиваются, а внутренние сжимаются. У середины заготовки находятся слои, деформация которых равна нулю. Деформация растяжения наружного слоя и сжатия внутреннего увеличивается с уменьшением радиуса рабочего торца пуансона. Деформация растяжения наружного слоя не беспредельна, и при определенной ее величине может начаться разрушение заготовки с образованием трещин, идущих от наружной поверхности в толщу заготовки. Это обстоятельство ограничивает минимальные радиусы, исключающие разрушение заготовки. В зависимости от материала заготовки.
Main Menu
Сварка легированной стали
Что такое легированная сталь?
Сталь представляет собой металлический сплав, состоящий главным образом из железа, в дополнении с небольшим количеством углерода, в зависимости от сорта и качества стали. Легированная сталь это любой тип стали, на которой один или более элементов, кроме углерода были преднамеренно добавлены, для получения желаемого физического свойства или характеристики. Элементы, которые добавляют чтобы сделать сплав стали это: молибден, марганец, никель, кремний, бор, хром и ванадий.
Легированная сталь часто подразделяют на две группы: высоколегированных сталей и низколегированных сталей. Разница между этими двумя определена несколько произвольно. Тем не менее, большинство согласны, что любая сталь, которая сплавляется с более чем восьми процентов своего веса быть рядом с другими элементами железа и углерода, является высоколегированной стали. Низколегированные стали немного более распространены. Физические свойства этих сталей модифицированы другими элементами, чтобы дать им большую твердость, прочность, коррозионную сопротивление, или ударной вязкости по сравнению с углеродистой стали. Для достижения таких свойств, эти сплавы часто требуют термической обработки.
Если уровень углерода в низколегированной стали высокого диапазона, она может быть трудно свариваемой. Если содержание углерода снижается до диапазона от 0,1% до 0,3%, а в некоторых легирующих элементов уменьшается, сталь может достичь большей свариваемости и формуемости при сохранении прочности. Такие металлы, классифицируются как высокая прочность, низколегированных сталей.
Пожалуй, самая известная легированная сталь это нержавеющая сталь. Это легированная сталь с минимальным 10% содержанием хрома. Нержавеющая сталь более устойчива к образованию пятен и коррозии, чем обычная сталь. Она была обнаружена в 1913 году Гарри Шеффилдом, но открытие не было объявлено всему миру до 1915 года. Нержавеющая сталь широко используется в Столовых приборах, ювелирных изделиях, браслетах для часов, хирургических инструментах, а также в авиационной промышленности. Ее применяли также в известных архитектурных проектах, таких, как Gateway Arch в Сент-Луисе, штат Миссури, и вершина Крайслер-билдинг в Нью-Йорке.
Во всех типах легированной стали, легирующие элементы, как правило, либо образуют карбиды или соединения, а не просто равномерно смешаны железо и углерод. Никель, алюминий и кремний являются примерами элементов, которые образуют соединения в стали. Вольфрам и ванадий образует карбиды, оба из которых повышают жесткость и стабильность готового продукта.
Сварка легированной стали
Легированная сталь наиболее подходящий выбор для таких объектов как, мосты, высокие башни и подъемное оборудование.
Как написано выше, манипуляции с химическим составом, дает легированные стали универсальными и способными отображать специфические характеристики, подвергаясь подходящей термической обработки.
Используя максимальную отдачу от повышенной прочности, твердости, пластичности и ударной прочности через инновационный дизайн, можно построить более легкие конструкции со значительной экономической выгодой.
Сварка легированной стали, является одной из сложнейших операций, и нуждается в понимании и подготовке.
Причина в том, что термообработка, закаленных и отпущенных сталей склонна к растрескиванию, если соответствующие меры предосторожности не будут приняты.
Легированных стали, в просторечии, имеют 0,25 до 0,5% С, то есть средним содержанием углерода, и обычно до 5% общего содержания сплава.
Это означает, что арифметическое подведения числа, выражающие процент содержания легирующих элементов в химическом составе, то есть элементов (хром, никель, молибден и др.), каждый получает около 5%.
В чем состоит опасность?
Механические свойства, которые могут быть разработаны (прочность, твердость и пластичность), обеспечиваются влиянием определенной температуры.
Эти называют закалкой и отпуском.
Первая часть (закалка) состоит в постепенном нагревании сталей в печи до температуры превращения, держа их при этой температуре некоторое время, а затем резкое охлаждение до комнатной температуры.
Закаленные стали являются несколько хрупкими. Чтобы восстановить пластичность, выполняется вторая часть (закалки) цикла, заключающаяся в нагревании при промежуточной температуре в течение необходимого времени, а затем охлаждается.
Описанные процессы изменяют микроструктуру стали для придания требуемых механических свойств.
Тем не менее, всякий раз, при сварке легированной стали, материал подвергается неконтролируемому циклу нагрева и охлаждения.
В процессе закалки, как и при сварке, сталь становится твердой, хрупкой и склонной к холодному растрескиванию под действием внутренних напряжений.
Поэтому те же самые благоприятные качества, которые делают эти материалы, пригодные для сложных конструкций, делают их более восприимчивыми к образованию холодных трещин при сварке сплава стали.
Наиболее важные параметры: ввод тепла, скорость охлаждения, "содержание легирующих элементов" (то есть сумма процентов из наиболее важных легирующих элементов) имеют большое влияние на поведение материала при термических циклах, связанных со сваркой.
Отдельные условия предпочтительны для сварки легированной стали, в то время как полное развертывание свойств получается выполнением термообработки как отдельного процесса, после того как все сварочные работы будут завершены.
Обозначения легированных сталей
Некоторые из них стали известны под обозначением AISI-SAE, 13xx, 40XX, 41xx, 43XX, 46XX, 51XX, 61XX, 86XX, где последние XX две цифры указывают содержание углерода, выраженное в сотых процента, может быть что угодно от 18 до 50.
Некоторые основные факты металлургии стали следует помнить при сварке сплава стали. Устанавливает уровень углерода твердость и хрупкость, которая будет показана в мартенситной структуре.
Это получается путем быстрого охлаждения после аустенизации (то есть после того, как нагрев стали выше температуры превращения где доля феррита в аустенит изменена).
Проблема усугубляется еще и более высокой прокаливаемости из-за высокого содержания сплава стали, то есть, их тенденцию затвердевать, путем формирования мартенсита, даже при больших размерах и медленнее скорость охлаждения, которая не будет влиять на другие, менее легированные стали.
Большая прокаливаемость, это то, что отличает легированные стали от углеродистых с тем же содержанием углерода и представляет также наиболее важной проблемой для сварки легированной стали. Это означает, что, как показано выше, что жесткая мартенситная структура достигается даже при медленном охлаждении после сварки.
Свариваемость, понимаемая как простота сварки без трещин, уменьшает в сталях как прокаливаемость увеличивается. Это означает, что чем выше содержание углерода и легирующих элементов, тем выше риск образования трещин, если соответствующие меры предосторожности не реализованы.
Полезный инструмент.
Концепция углеродного эквивалента была разработана в целях сокращения влияние вклада различных легирующих элементов на трудности, возникающие при сварке легированной стали.
Одина из принятых эмпирических формул соответствует углеродный эквивалент на сумму процентного содержания каждого элемента деленное на определенный коэффициент следующим образом:
CE =% C +% Mn / 6 +% + Ni/15% Cr / 5% Mo + / 4 +% V / 5.
Использование этой формулы предназначено для обеспечения правила для принятия решения, если и то, что специальные положения должны быть реализованы по сварке легированных сталей:
СЕ равна или меньше 0,40, никаких условий не требуется.
Для CE более 0,40, но меньше, чем 0,60 должна быть предварительно нагрета до сварки.
Для CE более 0,60 должен быть применен предварительный нагрев и последующий подогрев.
Очевидно, что такой подход к оценке свариваемости упрощает вопрос с видом других факторов, таких как дополнительные элементы, толщины, сдержанность сустава, природа наполнителя, температурные градиенты, все из которых способствуют и даже могут решить результат сварки сплавов стали процедуры.
Для любого реального применения комплекса все условия участия должны быть оценены. Не менее важно тщательно очистить все материалы, недрагоценные металлы, расходные материалы, оборудование и аксессуары, от жира, краски, влаги, ржавчины, грязи и других загрязнений.
Риски водорода
Для сварки легированных сталей, водород является наиболее опасным из всех газов, поскольку он может вызвать образование трещин. Обычно он поступает в следствии влажных электродов или других условий, связанных с плохой подготовкой шва и плохой обработки.
Он может быть поглощен в расплаве в атомарной форме, при повышенной температуре, а затем быть отклонен, если растворимость падает при более низкой температуре, со значительным повышением давления в канале для молекулярной формы.
Хотя привлекательно своей простотой, эта теория была недавно подвергнута сомнению, в рамках гипотезы о наличии уже существующих дефектов в материале.
Под напряжением, водород диффундирует, снижает местную когезионную прочность. Отказ будет происходить, когда эта сила падает ниже уровня. Водород развивается во вновь образованной полости, и процесс повторяется.
Из-за тенденции холодного растрескивания, проявляемой при сварки легированной стали, он имеет первостепенное значение, чтобы минимизировать возможность водородного охрупчивания, используя только низкий расходный водород.
Низко-водородные электроды применяется для сварки сплавов стали в очень ограниченных местах, они должны быть сохранены и храниться в сухом месте, чтобы минимизировать поглощение влаги.
Процессы, происходящие при сварке легированных сталей
Все общие процессы применимы при сварке сплава стали, выбор определяется главным образом экономическими и практическими соображениями.
Однако некоторые меры предосторожности должны всегда рассматриваться: низкий расход водорода, нагрев деталей, чтобы избежать холодных трещин, кроме контроля микроструктуры.
По этим причинам, экранированная сварка металла легированной стали выполняется с низко-водородными электродами. Целью выбор присадочного металла, чтобы соответствовать в металле сварного шва не столько химии и состава, а механические свойства получаемых после соответствующей термической обработке. Некоторые электроды не распространяют принятые стандарты специального назначения производителями.
Газ вольфрама дуговой сварки считается лучшим, способным контролировать содержание водорода до минимума и, следовательно, процесс выбора для критических приложений сварки легированной стали.
Оба защитных газа ручные процессы (пруток и полуавтоматической сварки) обеспечивают хороший контроль химии и чистоты. При более высокой производительности они необходимы, механизированных процессов выше, или FCAW и пила может быть реализована по сварке легированных сталей, как правило, с более стабильным качеством. Некоторые эксперты не рекомендуют FCAW в критически важных приложениях, однако вопрос возможности контроля содержания влаги в потоке зависит от производителей.
Наполнитель металлов
Наполнители металлов должны быть приобретены у известных производителей, которые знакомы с требованиями сварки и заботиться не только о композиции, но и о качестве поверхности и чистоте их материалов.
Порошковые проволоки могут поставляться с композициями для получения в сварном свойстве, аналогичные материально-технической базы, после закалки и отпуска. Производители должны быть поставлены под сомнение, чтобы удовлетворить особые требования.
Некоторые из этих электродов обеспечивают сварную твердость, близкую к полной обработке цветных металлов даже с более низким содержанием углерода.
Когда, в отдельных случаях, развертывание полной закалкой и отпуском свойств в металле шва не является необходимостью, сборку можно поставить на вооружении и только после снятия стресса.
Электрод должен быть специально подобран для сварки-легированной стали, например, аустенитный нержавеющий или никелевый сплав имеет меньшую прочность и высокую пластичность и способствует образованию трещин сварных швов.
С этой экспозиции получается, что выбор надлежащего электрод присадочного металла регулируется уровнем проектной прочности сварного шва. Это требование должно быть предметом заботы, другая необходимость это сведения к минимуму растрескивание шва, для этого должен быть выбор расходных материалов обеспечивающих максимальную пластичность.
Химия сварного шва
В общем случае следует иметь в виду тот факт, что наплавленный материал при сварке сплава стали может отличаться от состава присадочного металла, из-за разбавления основного металла и из-за дуги, которое зависит от того, как элементы переносят сварочную дугу.
Поэтому не все расходуемые элементы электродов присутствуют в сварном шве в их первоначальном процентном содержание, в то время как наполнитель проводов, используемых с неплавящимся электродами, подают непосредственно в сварочную ванну, более вероятно, проходит неизменным в сварном шве.
Свобода выбора зачастую отдается профессиональному сварщику, который может выбрать наполнитель для обеспечения этих характеристик, который даст лучшую общую производительность, даже с композицией, отличающейся от основного металла.
В частности лучше свариваемость иногда достигается за счет использования наполнителя композиции, которая уменьшает прокаливаемость шва.
Коэффициент теплового расширения.
Другой фактор, который следует учитывать это коэффициент теплового расширения, особенно для разнородных соединений, где подходящий металла, наполнитель должен быть выбран для размещения различных термических свойств и поглощать трещины внутренних напряжений.
Может возникнуть истощение углерода в основном металле, вызванное некоторыми металлами наполнителя. Следует рассматривать другой наполнитель, имеющий меньшую тенденцию к разрушению углерода, если совместные механические свойства, должна быть проверены на растяжение и изгиб поперек сварного шва, являются важными для приложения.
Другие вредные элементы
Иногда негативному влиянию серы можно противодействовать путем предоставления наполнителя с повышенным содержанием марганца, что способствует производству сульфидов безвредного марганца, таким образом, решение проблемы горячей серы будет решено.
Газы, в сварном шве обнаруживаются при наличии пористость, которая усиливается, когда растворимость при низкой температуре ниже, чем в жидком металле или при повышенной температуре.
Контроль микроструктуры
Сварка легированной стали обеспечивает интенсивное местное тепло, которое влияет на структуры, присутствующие вблизи сустава и вызывает те структурные изменения, которые должны быть предусмотрены, зная химический состав основного металла, форму и размеры структурных элементов и скорости охлаждения.
Как уже отмечалось, твердость и хрупкость идут вместе. Поэтому, если условия (углеродистое и низколегированное содержание) таковы, что можно ожидать твердость и хрупкость мартенситной микроструктуры при охлаждении температуры после сварки-легированной стали, риск развития трещин, то изменение скорости охлаждения должна быть реализована, главным образом путем предварительного нагрева, чтобы предотвратить структуру из формовки, или закалить их и снизить твердость с повышенной пластичностью.
Поступление тепла является одним из основных факторов, участвующих в успехе сварки легированной стали. Хотя точное значение не может быть доступно из-за потери тепла, которое трудно объяснить, общая оценка его последствий может помочь в оценке возможных результатов процедуры изменения.
Читайте также: