Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Исследование сварочных процессов

Исследование сварочных процессов

Исследование и описание физико-химических процессов взаимодействия металла с газом и шлаком. Технология нагрева, плавления и охлаждения основного металла при сварке, описание процессов его кристаллизации и разработка методов повышения прочности шва.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 08.09.2010
Размер файла 209,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

  • Введение
  • 1. Характеристика свойств свариваемого металла
    • 1.1 Основные параметры и константы свариваемого металла
    • 1.2 Оценка свариваемости металла
  • 2. Характеристика используемого источника
  • 3. Термический анализ процессов при сварке
    • 3.1 Определение наиболее вероятных химических реакций в зоне сварки
    • 3.2 Расчёт изобарно-изотермического потенциала реакции
    • 3.3 Пути управления металлургическими процессами
  • 4. Расчёт тепловых процессов
    • 4.1 Выбор расчётной схемы
    • 4.2 Расчёт скорости охлаждения
    • 4.3 Расчёт распределения температур вдоль оси шва
    • 4.4 Расчёт изотерм на поверхности свариваемого материала
    • 4.5 Расчёт распределения температур в поперечном сечении шва
    • 4.6 Определение протяжённости отдельных участков в ЗТВ
    • 4.7 Распределение максимальных температур в поперечном сечении шва
  • 5. Анализ процесса формирования первичной структуры сварного соединения
  • 6. Анализ процессов в ЗТВ
  • 7. Оценка технологической прочности сварного соединения
    • 7.1 Горячие трещины сварного соединения
    • 7.2 Холодные трещины сварного соединения
  • Заключение
  • Cписок использованной литературы
  • Введение
  • Курсовая работа по дисциплине "Теория сварочных процессов" является заключительным этапом освоения дисциплины. Целью курсовой работы является приобретение навыков теоретического и экспериментального исследования сварочных процессов и поиска путей управления этими процессами для получения качественных сварных соединений.
  • Среди основных задач работы можно выделить следующие:
  • 1. исследование и описание физико-химических процессов взаимодействия металла с газом и шлаком;
  • 2. исследование процессов нагрева, плавления и охлаждения основного металла при сварке;
  • 3. изучение и описание процессов кристаллизации металла при образовании сварного соединения;
  • 4. разработка способов повышения технологической прочности в процессе кристаллизации сварного шва и остывания соединения.
  • 1. Характеристика свойств свариваемого металла

1.1 Основные параметры и константы свариваемого металла

В данной работе необходимо разработать технологический процесс сварки пластины из стали 45.

Сталь 45 относится к углеродистым и легированным сталям для деталей с высокими прочностью и вязкостью сердцевины.

Таблица 1. Химический состав стали и основные показатели.

С

Mn

Si

P

S

Cr

Ni

Cu

0,42-0,5

0,17-0,37

0,5-0,8

?0,025

?0,025

0,035

0,25

0,25

Таблица 2. Основные свойства стали.

??опт

АС1

АС3

Мн

Тнир

2-4

730

755

350

1050

Теплофизические коэффициенты:

? - коэффициент теплопроводности

41,9 Вт/м·град

а - коэффициент температуропроводности

с? - объёмная теплоёмкость

4,8 Дж/м3·град

? - коэффициент теплоотдачи

60 м2/с

1.2 Оценка свариваемости металла

Чтобы получить качественный шов, следует снизить содержание углерода в нём за счёт применения соответствующих сварочных материалов, и уменьшения доли основного металла в металле шва. Необходимую равнопрочность металла шва основному металлу сообщают дополнительным легированием элементами, упрочняющими феррит (Mn, Si).

Чтобы предотвратить образование малопластичных и хрупких структур при сварке сталей, можно замедлить скорость охлаждения изменением режимов сварки, а также предварительным подогревом изделия перед сваркой. В ряде случаев для обеспечения высокой деформационной способности сварного соединения и его равнопрочности с основным металлом проводят термическую обработку после процесса сварки.

Сварку же толстолистового металла рекомендуется практически всегда проводить "каскадом " или "горкой", с замедленной скоростью охлаждения шва и ЗТВ, что предупреждает в них появление закалочных структур.

Свариваемость: ручная дуговая сварка, контактная точечная сварка.

2. Характеристика используемого источника

Главные особенности источников теплоты для сварки - характер распределения и интенсивность тепловых потоков, сообщаемых ими свариваемому (нагреваемому) телу. Теплота может либо передаваться телу через поверхность металла, либо выделяться на поверхностях металла и тонких приповерхностных слоях, либо скапливаться в глубине металла. Отмеченный различный характер выделения теплоты не является определяющим при выборе тех или иных расчётных схем введения теплоты в тело. Теплота передаётся свариваемой пластине через поверхность раздела сварочной ванны и основного металла.

Потоки жидкого металла в ванне перемещаются с большими скоростями, а поверхность самой ванны имеет некоторое углубление. Как результат, для сварки с полным проплавлением источник теплоты представляют как равномерно распределённый по толщине пластины. В плоскости ХОУ (на поверхности пластины или слоя) распределение теплового потока описывается уравнением Гаусса (нормальным законом распределения):

, (1)

где q2m - наибольший тепловой поток в центре пятна нагрева, К - коэффициент сосредоточенности теплового потока источника, r - расстояние от рассматриваемой точки до источника нагрева (т.е. центра пятна нагрева).

Если коэффициент сосредоточенности К велик, то в ряде случаев (и в данном курсовом проекте тоже) источник тепла считают линейным, пренебрегая величиной его распределённости в плоскости XOY.

Численные значения q2m и К подбирают так, чтобы распределение теплового процесса по уравнению (1) наиболее близко соответствовало фактическому распределению, которое, как правило, определяется экспериментально.

Сварка и наплавка на массивные детали заменяется эквивалентной схемой нагрева точечным источником тепла постоянной мощности, движущимся прямолинейно с постоянной скоростью по поверхности полубесконечного тела (ПТИ -- подвижный точечный источник).

Уравнение предельного состояния процесса распространения тепла, отнесенное к подвижной системе координат (ее начало совмещено с источником нагрева), имеет вид

( 2 )

где х -- абсцисса рассматриваемой точки в подвижной системе.

Для точек, расположенных впереди дуги (положительная полуось), координата х положительна, на отрицательной полуоси -- отрицательна.

При расчете распределения температур на поверхности изделия вдоль оси Ох, т.е. зависимости Т = F(x), сначала принимают у = 0, затем придают у некоторое значение (не менее четырех). По максимальным температурам расчет обычно доводят до температуры плавления (ТПЛ).

Термический цикл отдельных точек, зависимость T = F(t), можно построить, прибегнув к пересчету кривых T = F(x), представляя их в другом масштабе. При этом используется зависимость t = x / V. Пересчет пригоден и при у = 0, и при у ? 0. В курсовой работе рассчитывается и строится один термический цикл для точки, нагреваемой до 1350 0С.

3. Термический анализ процессов при сварке

3.1 Определение наиболее вероятных химических реакций в зоне сварки

В процессе сварки происходит взаимодействие кислорода с расплавленным металлом сварочной ванны. Окисление металла шва приводит к ухудшению его механических свойств и снижению несущей способности конструкции. Посему задача о снижении количества кислорода в металле шва является приоритетной в сварочной металлургии.

Окисление металла шва в процессе сварки может происходить вследствие различных процессов. Например, при взаимодействии с атмосферой при недостаточной защищенности сварочной ванны:

;

или вследствие наличия оксидных плёнок на поверхности свариваемого металла:

;

при взаимодействии с компонентами электродных покрытий и защитной средой:

, ;

при окислительно-восстановительных реакциях на границе раздела металла и шлака:

, ;

при взаимодействии с газами и парами воды:

.

Окисление металла свободным кислородом в газообразном состоянии протекает тем более интенсивно, чем больше химическое сродство металла к кислороду (т.е. разница между ЭО металла и кислорода). Процесс удаления кислорода из жидкого металла носит название раскисления металла. При сварке раскисление можно проводить двумя способами: с помощью раскислителей (химически) или при помощи шлака (физико-химически). Раскислителями являются элементы, у которых разница электроотрицательности с кислородом больше, чем у свариваемого металла. Ряд раскислителей (по убыванию их раскисляющей способности) выглядит следующим образом: , что весьма напоминает ряд стандартных электродных потенциалов.

Наиболее часто используются в качестве раскислителей марганец и кремний, как наиболее дешёвые и при этом достаточно эффективные. Помимо раскисления, марганец и кремний увеличивают пластичность и прочность металла шва. В сварочной ванне происходят следующие реакции:

;

; ; .

Марганец и кремний вводятся в сварочную ванну различным путём - через металл электрода или сварочной проволоки, или же через электродное покрытие либо флюс.

Приведенный ряд элементов используется также для оценки способности каждого элемента легировать шов. Элементы, стоящие справа от железа, практически не окисляются и полностью переходят в шов. Чем левее расположен элемент в ряду, тем сильнее он окисляется, и, следовательно, тем меньше вероятность его попадания в свободном виде в шов.

Диффузионное раскисление заключается в том, что между оксидом FeO, находящимся в расплавленном металле, и кислотными оксидами (SiO2, TiO2) происходит взаимодействие:

.

Образующееся соединение всплывает на поверхность жидкого металла, и таким образом кислород выводится из сварочной ванны.

Азот в зону сварки попадает обычно из воздуха и при нарушении газовой защиты сварочной ванны. Азот растворяется в железе, и при температурах ниже 600 ?С образует нитриды Fe3N и Fe4N. Сера в металле присутствует в виде сульфида FeS, фосфор - в виде фосфидов FeP и Fe3P.

3.2 Расчёт изобарно-изотермического потенциала реакции

Рассмотрим реакцию

Определим вероятность протекания прямой реакции при различных температурах.

Табл. 3.2. - Значения стандартных параметров реагирующих веществ.

Вещество

, кДж/моль·К

, кДж/моль·К

, кДж/моль·К

Fe

0

0,02715

0,025

O

0

0,20504

0,02935

FeО

-264,8

0,06075

0,04925

Величину энтальпии при стандартных условиях рассчитываем по формуле:

кДж/моль·К.

Величину энтропии при стандартных условиях рассчитываем по формуле:

кДж/моль·К.

Величину изменения теплоёмкости реакции рассчитываем по формуле:

кДж/моль·К.

Поскольку величина энтальпии отрицательна, то реакция экзотермична. По правилу Бертелла, реакции с выделением тепла обычно с повышением температуры идут медленнее.

Для определения вероятности реакции рассчитываем значения свободной энергии Гиббса для ряда температур: 298 К, 500 К, 1000 К, 1500 К, 2000 К, 2500К, 3000 К, 3500 К, 4000 К, 4500 К, 5000 К, 5500 К, 6000 К. Результаты расчётов приведены ниже в виде графика.

График 3.1. Значения энергии Гиббса и энтальпии.

По графикам можно сказать, что: а) с повышением температуры термический эффект реакции снижается, поскольку энтальпия возрастает; б) реакция протекает взрывообразно, поскольку энергия Гиббса велика; в) с увеличением температуры скорость реакции только нарастает.

3.3 Пути управления металлургическими процессами

Источниками водорода при сварке являются: атмосферная влага, влага электродного покрытия, флюса или защитного газа. Кроме того, водород содержится в органических составляющих электродного покрытия, а также (в небольших количествах) в сварочной проволоке и основном металле.

По мере увеличения температуры растворимость водорода в металле растёт, достигая своего максимума при 2400 °С - 401 см3 водорода на 1000 грамм металла. Скачкообразный рост растворимости водорода наблюдается при плавлении или затвердевании металла. Растворимость водорода в жидком металле в 3,5 раза выше, чем в твёрдом. Следовательно, при отвердевании металла будет наблюдаться процесс выделения водорода из металла. Если кристаллизация металла идёт быстро или в зоне сварки есть избыток водорода, то существует вероятность того, что пузырьки водорода не успеют всплыть на поверхность металла, а останутся в металле в виде пор. Поры - один из видов дефектов сварного шва.

Присутствие водорода в металле шва нежелательно, так как оно заметно снижает пластичность и ударную вязкость. Более того, водород способствует образованию трещин в сварном шве и ЗТВ. Это объясняется тем, что диффузионно-подвижный водород может скапливаться в микротрещинах, вызывая их рост.

Во избежание образования водородных пор и трещин рекомендуются следующее:

1. при наличии следов ржавчины произвести зачистку свариваемых кромок и сварочной проволоки;

2. по возможности просушивать флюс перед употреблением, электроды же - прокаливать;

3. для уменьшения содержания водорода в металле шва рекомендуется производить сварку на постоянном токе обратной полярности;

Можно также химически связывать водород в стойкие химические соединения. В качестве таковых выступают фтороводород HF и радикал гидроксила OH. Поэтому в состав флюса и электродного покрытия вводят соединения фтора - например, флюорит (или плавиковый шпат) CaF2.

Всё сказанное относительно растворимости справедливо и для азота. При переходе железа из жидкого состояния в твёрдое растворимость азота скачкообразно падает, что также может привести к образованию пор. Вдобавок, азот склонен к образованию нитридов, которые охрупчивают металл шва. Поскольку азот попадает в металл шва в основном из атмосферы, то основной метод борьбы с ним - улучшение надёжности газовой защиты сварочной ванны. Также азот можно связывать марганцем и титаном, имеющим большее сродство к нему, чем железо.

Сера и фосфор также являются нежелательными примесями в металле шва. Сера попадает в сварочную ванну из основного металла, сварочной проволоки, электродного покрытия или флюса. Наиболее нежелательно образование в металле шва сульфида FeS, так как этот сульфид склонен к образованию эвтектики (Тпл=850 °С), располагающейся между зёрен, что приводит к увеличению вероятности возникновения горячих трещин. Посему десульфация металла шва является важной металлургической операцией и достигается путём введения в сварочную ванну элементов, имеющих большее сродство к сере, нежели железо, и образующих с серой тугоплавкие соединения, например, марганец Mn. В случае с марганцем уравнения десульфации имеют вид:

; .

Сульфид марганца плавится при 1650 °С, малорастворим в жидкой стали, образуя в ней обособленную фазу. Такие швы стойки к горячим трещинам. В качестве десульфата возможно также использование оксида кальция, образующегося при термическом разложении карбоната кальция:

; .

Фосфор в металле шва существует в виде фосфидов Fe3P и Fe2P, повышенное содержание которых приводит к снижению ударной вязкости, особенно при низких температурах. Фосфор удаляется окислением:

с последующим связыванием:

; .

Фосфаты кальция всплывают на поверхность и переходят в шлак.

4. Расчёт тепловых процессов

4.1 Выбор расчётной схемы

Формы тел, нагреваемых при сварке, весьма разнообразны. Распространение тепловой энергии существенно зависит от формы и размеров шва. Однако точный учёт конфигурации тела может существенно усложнить расчёты. Поэтому целесообразно упрощать формы рассматриваемых тел, сводя их к простейшим.

В качестве расчётной схемы принимаем бесконечную пластину - тело, ограниченное двумя плоскостями: z=0 и z=?. При использовании такой схемы предполагается, что температура по толщине листа распределена равномерно, а тепловая энергия может распространяться только в горизонтальной плоскости.

4.2 Расчёт скорости охлаждения

Мгновенная скорость охлаждения является первой производной температуры по времени:

Так как в большинстве случаев оказывается достаточным приближённое определение скорости охлаждения, то используют теорию мощных быстродвижущихся источников тепловой энергии без учёта теплоотдачи. Скорости охлаждения обычно определяют для оси шва ввиду незначительного её отличия от скорости охлаждения околошовной зоны. Скорость охлаждения рассчитываем по формуле:

.

Полученное значение ?? входит в оптимальный диапазон скоростей охлаждения (2…4). Для сварки стали 45 необходимо применять специальные технологические приемы.

4.3 Расчёт распределения температур вдоль оси шва

Уравнение предельного состояния процесса распределения тепла для источника ПТИ имеет вид:

,

где qU - погонная энергия, передаваемая источником телу. Определяется по формуле:

.

Для расчёта распределения температур вдоль оси шва, рассчитываем Х в диапазоне от -50 см до 76 см. Распределение строим на оси шва (у=0), на расстоянии 1см от оси шва (у=1), 1,5см и 2см. График распределения представлен ниже.

4.4 Расчёт изотерм на поверхности свариваемого материала

Построение изотерм производим аналитическим методом. Для этого выведем уравнение изотермы, опираясь на уравнение предельного состояния процесса.

Пусть требуется построить изотерму для некоторой температуры Т. Подставив эту температуру в уравнение предельного состояния, получим:

Затем, учитывая и произведя несложные преобразования, получим:

,

откуда вытекает

.

Преобразуя относительно у, получим в итоге:

.

Рассчитываем изотермы в пределах от х=-0,8 см до х=46,45 см. приведены Графики изотерм представлены ниже.

Данные изотермы построены для температур Тнир, ТАС1, ТАС3, ТМн (перечислены в порядке возрастания эксцентриситета вдоль оси ОХ).

4.5 Расчёт распределения температур в поперечном сечении шва

Проводим расчёт распределения температур в поперечном сечении шва, т. е. вдоль оси Y, на поверхности металла при х={1; 2; 3; 4} см. Расчёт ведем по формуле, выведенной в разделе 4.3. Графики представлены ниже.

Термический цикл точек сварного соединения.

Термический цикл строим для . По формуле для ширины зоны с температурой выше заданной,

см.

Для построения графика используем формулу

.

График представлен ниже.

4.6 Определение протяжённости отдельных участков в ЗТВ

Величина ЗТВ зависит от способа сварки, её режима, химического состава свариваемого и присадочного металла, физических свойств свариваемых металлов, и т. д. Увеличение сварочного тока, снижение скорости сварки увеличивают ширину ЗТВ.

Протяжённость отдельных участков ЗТВ для стали 45 определим из строения ЗТВ для данного сварного соединения. Температурные интервалы участков:

1. участок неполного расплавления: ,

2. участок перегрева: ,

3. участок нормализации: ,

4. участок неполной перекристаллизации: ,

5. участок рекристаллизации:

6. участок синеломкости: .

4.7 Распределение максимальных температур в поперечном сечении шва

Для определения протяжённости отдельных участков ЗТВ необходимо построить график распределения максимальных температур в поперечном сечении шва.

Для построения этого графика используем формулу

(7.12 [1]).

График распределения максимальных температур в поперечном сечении шва показан ниже.

Ширины зон с температурами, превышающими характерные температуры, приведены ниже:

ширина участка

Тпл

1536

0,57

см

Тпере

1500

0,59

см

Тпере2

1100

0,80

см

Тнорм

905

0,97

см

Тнпкр

727

1,21

см

Трекр

450

1,95

см

Тсине

200

4,40

см

Откуда можно видеть, что ширины соответствующих зон составляют:

ширина зоны

в см

Неполного расплавления

0,01

Перегрева

0,21

Нормализации

0,17

Неполной перекристаллизации

0,08

Рекристаллизации

0,14

Синеломкости

0,04

5. Анализ процесса формирования первичной структуры сварного соединения

Кристаллизация расплавленного металла состоит из двух элементарных параллельно протекающих процессов: зарождения зародышей, или центров кристаллизации, и роста этих центров кристаллизации.

В зависимости от способов образования зародышей различают гомогенную и гетерогенную кристаллизацию. В чистом от примесей металле при охлаждении зародыши образуются из наиболее крупных фазовых флуктуаций жидкой фазы, выделение которых связано с флуктуациями энергии (гомогенное зарождение). В технических металлах всегда имеются дисперсные включения примесей, на поверхности которых и происходит образование центров кристаллизации (гетерогенное зарождение).

В результате воздействия сварочного источника тепловой энергии основной металл начинает плавиться, а металл, ограниченный изотермой Т=Тпл, образует сварочную ванну. Сварочная ванна перемещается по свариваемому изделию вместе с источником тепловой энергии. После затвердевания расплавленного металла сварочной ванны образуется шов.

На кристаллизацию расплавленного металла сварочной ванны оказывают влияние следующие условия:

1. наличие в ванне центров кристаллизации в виде зёрен основного металла на границе раздела твёрдого и жидкого металла;

2. происходящий параллельно кристаллизации ввод в сварочную ванну движущимся источником тепловой энергии, скорость движения которого определяет скорость перемещения фронта кристаллизации;

3. малый объём и небольшое время существования сварочной ванны, большие средние скорости роста кристаллов;

4. значительный градиент температур в ванне, перегрев металла в центре шва;

5. интенсивное перемешивание металла ванны;

6. воздействие на кристаллизующийся металл термодеформационного цикла сварки.

В процессе кристаллизации металла шва формируется его первичная структура, определяемая формой, размерами, взаимным расположением кристаллитов, размером дендридных образований и фазовых выделений. Форма межфазной поверхности фронта кристаллизации может быть плоской (при стыковой сварке стержней), цилиндрической (сварка пластин встык с полным проплавлением), пространственной (сварка массивного изделия).

При затвердевании расплавленного металла сварочной ванны преобладает гетерогенный процесс кристаллизации, и только в центре шва возможна гомогенная кристаллизация.

Под влиянием конкретных тепловых и кинетических условий кристаллизации металла шва, химического состава сплава, градиента температуры, скоростей сварки и кристаллизации в различных зонах шва, возможно образование разных первичных структур - столбчатой, полиэдрической. Эти структуры могут быть ячеистыми, ячеисто-дендридными, дендридными.

Скорость кристаллизации Vкр и градиент температур в жидкой фазе grad(T) оказывающий наиболее существенное влияние на образующуюся структуру, можно рационально подбирать и изменять при сварке. Температурный градиент в жидкости может быть повышен увеличением тепловой мощности дуги путём изменения режима сварки в сторону увеличения тока и напряжения, либо понижен при предварительном подогреве.

Первичная структура шва оказывает большое влияние на многие свойства наплавленного металла, особенно если в недалёком будущем его не подвергать термообработке, прокатке или ковке. Поэтому важно, чтобы первичная структура была зернистой и, по возможности, равноосной. Тогда свойства металла будут достаточно высокими и без термообработки.

Пути регулирования процессов первичной кристаллизации:

1. для уменьшения химической неоднородности и повышения стойкости металла к образованию горячих трещин, необходим подбор оптимального соотношения между шириной В и глубиной Н сварочной ванны.

2. чтобы получить металл высокой прочности и пластичности, стойкий к возникновению кристаллизационных трещин, необходимо измельчать его структуру, что можно, в частности, достигнуть введением в сварочную ванну элементов-модификаторов (бор, титан, ванадий, ниобий, цинк и т.д.), либо искусственным повышением скорости кристаллизации.

3. введение в сварочную ванну элементов, способствующих образованию избыточных фаз типа твёрдого раствора, первичных карбидов, что имеет особое значение при сварке легированных сталей и цветных металлов.

4. воздействием на ванну ультразвуком, механическими вибрациями, электромагнитным полем.

6. Анализ процессов в ЗТВ

В процессе сварки происходит изменение структуры и свойств участков основного металла, прилегающих к шву.

Зона термического влияния (ЗТВ) - участок основного металла, примыкающий к сварному шву, структура и свойства которого вследствие теплового воздействия сварочного источника тепловой энергии изменяются.

ЗТВ имеет несколько структурных участков, отличающихся формой и строением зерна, в зависимости от температуры нагрева.

Участок неполного расплавления - переходный от наплавленного металла к основному. На этом участке образуется соединение и проходит граница сплавления. Он представляет собой очень узкую область основного металла, нагретого ниже линии ликвидуса, но выше линии солидуса. В этой зоне наблюдается значительный рост зёрен и скопления примесей, поэтому этот участок обычно является слабым местом сварного соединения, обладая пониженной прочностью и пластичностью.

Участок перегрева - область основного металла, нагреваемого до температурного диапазона 1100..1500°С. Металл этого участка претерпевает аллотропическое превращение Fe?>Fe?. Металл этой зоны отличается крупнозернистой структурой и пониженными механическими свойствами.

Участок нормализации - область металла, нагреваемая до температур 905-1100°С. Металл этого участка обладает высокими механическими свойствами, ввиду мелкозернистой структуры.

Участок неполной перекристаллизации - зона, металл которой нагревается до 727-905°С. Неполная перекристаллизация этого участка обусловлена недостатком времени и низкой температурой нагрева. Структура состоит из мелких перекристаллизовавшихся и крупных зёрен. По сравнению с участком нормализации, механические свойства несколько понижены.

Участок рекристаллизации - область металла, нагреваемого до температур 380-727°С. Рекристаллизация - изменение структуры деформированного металла при его нагреве выше определённой температуры. При этом искажённая кристаллическая структура переходит в ненапряжённую.

Участок старения (синеломкости) - нагреваемый до 200-380°С металл - переходный между ЗТВ и основным металлом. Спустя некоторое время могут происходить процессы старения в связи с выпадением карбидов и нитридов железа. Заметных структурных превращений нет.

7. Оценка технологической прочности сварного соединения

7.1 Горячие трещины сварного соединения

Горячими трещинами называются хрупкие межкристаллитные разрушения в шве или ЗТВ, возникающие в области температурного интервала хрупкости в результате воздействия термодеформационного сварочного цикла. Горячие трещины чаще всего возникают в сплавах, обладающих выраженным крупнокристаллитным строением, с повышенным содержанием локальных концентраций легкоплавких фаз. Согласно общепринятым представлениям, они возникают в том случае, если интенсивность нарастания деформаций в металле сварного соединения в период остывания приводит деформациям большим, чем его пластичность в данных температурных условиях.

Образование горячих трещин определяется тремя основными факторами: пластичностью металла в ТИХ, значением этого интервала и характером нарастания деформаций при охлаждении.

Для уменьшения склонности сварных соединений к образованию горячих трещин необходимо в процессе производства стремиться к такому набору свойств свариваемого сплава в ТИХ, а также технологических приёмов и конструктивному оформлению узлов, которые бы обеспечили наименьшие деформации. Для этого необходимо стремиться к уменьшению ТИХ и снижению темпов роста деформаций.

Все известные способы повышения технологической прочности в конечном итоге сводятся к следующим:

1. Изменение химического состава

2. Выбор оптимального режима сварки

3. Применение рационального типа конструкции и порядка наложения сварных швов.

Из методов количественной оценки технологической прочности широкое распространение получил метод, изобретённый в МВТУ им. М.Э. Баумана. Сущность его состоит в следующем: испытуемый шов деформируется в ТИХ с заданным темпом нарастания деформаций, вплоть до полного исчерпания пластичности. Показателем сопротивляемости образованию горячих трещин служит максимальная скорость деформации, при которой трещины ещё не образуются.

.

Для стали 45 найдем

Если HСS ? 4, то горячие трещины в сварном соединении не образуются. Для стали 45 характерно образование горячих трещин.

7.2 Холодные трещины сварного соединения

Холодные трещины - локальное хрупкое межкристаллическое разрушение металла сварных соединений - частый дефект при соединении углеродистых и легированных сталей, претерпевающих при сварке частичную или полную закалку. Они могут возникать во всех зонах сварного соединения и располагаются параллельно или перпендикулярно оси шва. Холодные трещины образуются после окончания сварки, ниже температуры 420-370 ?С, в течение последующих суток. Излом холодных трещин светлый, без заметных следов окисления.

Основные факторы, влияющие на образование холодных трещин:

1. Структурное строение металла сварного соединения, характеризуемое наличием составляющих мартенситного и бейнитного типа

2. Концентрация диффузионно-подвижного водорода в зоне зарождения трещины

3. Уровень растягивающих сварочных напряжений I рода.

Способы борьбы с холодными трещинами направлены на уменьшение или устранение отрицательного действия основных факторов, обуславливающих их образование. Наиболее часто для предупреждения возникновения холодных трещин применяют предварительный и/или последующий подогрев сварного соединения. При невозможности подогрева применяют низкий или высокий отпуск сварных узлов непосредственно после сварки.

Способы оценки склонности к образованию холодных трещин подразделяют на: а) по характеру оценки - косвенные и прямые; б) по характеру критерия оценки - качественные и количественные; в) по характеру применения критерия оценки - сравнительные и абсолютные. Косвенные способы позволяют оценивать склонность к трещинам расчётным путём по химическому составу стали без испытания соединения. Один из таких способов - оценка потенциальной склонности стали по значению эквивалента углерода Сэкв.

где H -- содержание диффузионного водорода, см3/100г;

KО -- коэффициент жесткости соединения;

? -- толщина металла, мм.

Для стали 45 найдем параметр трещинообразования

При РW ? 0.285 холодные трещины в сварных соединениях не образуются. Для стали 45 образование холодных трещин характерно.

Заключение

Сталь 45 трудно сваривается, но желательно получение состава металла шва, близкого к основному металлу. Данная сталь может образовывать как горячие, так и холодные трещины, поэтому есть необходимости в подогреве и последующей термообработке. Сварку можно производить как на постоянном, так и на переменном токах. Данному типу источника соответствует контактная точечная сварка встык за один проход.

Список использованной литературы

1. Теория сварочных процессов. Под ред. В.В. Фролова.- М.: Высшая школа, 1998.- 559 с.

2. Кох Б.А. Основы термодинамики металлургических процессов сварки. - Л.: Судостроение. 1975.- 219 с.

3. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. М.: Машиностроение, 1981.- 247 с.

4. Сварка в машиностроении. Справочник. Т. 1 - 4, - М.: Машиностроение, 1978.- 1979.

5. Марочник сталей / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640с.

6. Машиностроительные стали. Справочник./ В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. - М.: Машиностроение, 1981. - 391с.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены