Курсовая работа. Курсач. Курсовая работа Исследование свариваемости металлов и сплавов при различных методах и режимах сварки по дисциплине Теория сварочных процессов

• Название: Курсовая работа Исследование свариваемости металлов и сплавов при различных методах и режимах сварки по дисциплине Теория сварочных процессов
• Анкор: Курсовая работа
• Дата: 21.11.2021
• Размер: 215.62 Kb.
• Имя файла: Курсач.docx
• Тип: Курсовая; #278119

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра материаловедения, литейного и сварочного производства

курсовая работа

«Исследование свариваемости металлов и сплавов при различных методах и режимах сварки»

по дисциплине: «Теория сварочных процессов»

Вариант индивидуального задания – Сталь 20

Выполнил:

обучающийся гр. МСП-18

Голотвина И.А.

Проверил:

д.т.н., профессор кафедры МЛСП

Козырев Н.А.


Новокузнецк

2021 г.

Оглавление

Министерство науки и высшего образования РФ 1

Кафедра материаловедения, литейного и сварочного производства 1

курсовая работа 1

«Исследование свариваемости металлов и сплавов при различных методах и режимах сварки» 1

Проверил: 1

д.т.н., профессор кафедры МЛСП 1

Козырев Н.А. 1

Новокузнецк 1

ВВЕДЕНИЕ 4

1.ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ. ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ СВАРИВАЕМОГО МЕТАЛЛА 5

2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОПРОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ 9

2.1 Определение стойкости металла шва против образования горячих трещин 9

2.2 Оценка стойкости металла шва и ЗТВ против образования холодных трещин 12

2.3 Оценка стойкости сварного соединения против перехода в хрупкое состояние 13

2.4 Оценка структуры и свойств металла шва и зоны термического влияния 14

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ, К ТЕРМИЧЕСКОМУ ЦИКЛУ ПРОЦЕССА СВАРКИ ИСХОДЯ ИЗ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВАРИВАЕМОСТИ 22

4.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИСХОДЯ ИЗ ТРЕБОВАНИЯ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЙ СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛИ 24

ВЫВОДЫ 27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 29

ВВЕДЕНИЕ 3

1.ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ. ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ СВАРИВАЕМОГО МЕТАЛЛА 4

2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОПРОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ 6

2.1 Определение стойкости металла шва против образования горячих трещин 6

2.2 Оценка стойкости металла шва и ЗТВ против образования холодных трещин 8

2.3 Оценка стойкости сварного соединения против перехода в хрупкое состояние 9

2. 4 Оценка структуры и свойств металла шва и зоны термического влияния 11

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ, К ТЕРМИЧЕСКОМУ ЦИКЛУ ПРОЦЕССА СВАРКИ ИСХОДЯ ИЗ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВАРИВАЕМОСТИ 18

4.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИСХОДЯ ИЗ ТРЕБОВАНИЯ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЙ СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛИ 20

ВЫВОДЫ 22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 23

ВВЕДЕНИЕ

В целом сталь 20 находит широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. После цементации и цианирования из этой стали можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, оси, крепежные детали, шпиндели, пальцы, звездочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов, пальцы рессор, малонагруженные шестерни и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Из стали 20 изготавливается богатый ассортимент проката, конечно при этом учитываются особенности стали этой марки. Так поковки из этой марки могут быть изготовлены категории прочности только 175, 195, 215, 245 при толщине поковок от 100 до 300 мм, для получения поковок с большей категорией прочностью необходимо уже использовать другую сталь. Для изготовления поковок используют блюмсы или слитки стали, ккатные или кованые заготовки, либо заготовки отлитые на линии непрерывной разливки стали и какие-либо другие виды проката.

Труба прямошовная из марки 20 создается методом электросварки из лисмтов или рулонов стали, при этом при обозначении такой трубы пишется её диаметр, толщина стенки, длина, класс точности, ГОСТ, например: труба прямошовная толщиной 89 мм, стенкой 4 мм, мерной длины 6 метров 2 класса точности, которая быула изготовлена по группе Б ГОСТ 1050-88.

1.ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ. ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ СВАРИВАЕМОГО МЕТАЛЛА

Суммарное содержание легирующих элементов в стали не превышает 4,0%, а углерода 0,25%.

Таблица 1 - Химический состав стали Сталь 20

ГОСТ	C,%	Mn,%	Si,%	S,%	P,%	Cr,%	Ni,%	Cu,%
1050-88	0,17-0,24	0,35-0,65	0,17-0,37	Не более 0,04	Не более 0,035	Не более 0,25	Не более 0,3

Влияние легирующих элементов на свариваемость металлов

При сварке металлов, имеющих различные легирующие элементы (Молибден, Кремний, Хром и др.) могут возникать различные проблемы, влияющие непосредственно на качество полученного сварного соединения (трещины, поры, непровары и т.д.). Для того, чтобы избежать трудностей и проблем, необходимо очень хорошо знать, как влияет тот или иной легирующий элемент на свариваемость изделия.

Знание влияния легирующих элементов на свариваемость различных сталей поспособствует лучшему пониманию процессов сварки.

Углерод
Один из самых значительных химических элементов в сталях. Содержание углерода в сталях влияет на прочность, закаливаемость, вязкость, свариваемость. У низкоуглеродистых сталей (углерода менее 0,25%) свариваемость практически не ухудшается. При увеличении содержания углерода свариваемость резко ухудшается, так как в зонах ЗТВ (зонах термического влияния) возникает большое количество закалочных структур, которые вызывают трещины.

При высоком содержании углерода в присадочном материале увеличивается вероятность образования пор.

Марганец
Марганец является хорошим раскислителем. Электроды или проволоку необходимо применять при сварке в среде СО2. При содержании марганца в металле до 0,8 %, процесс сварки не усложняется. При увеличении содержания стали в металле (1,8%-2,5%) появляется опасность возникновения ХТ (холодных трещин), т.к. марганец способствует появлению хрупких структур (закалочных). При повышенном содержании марганца (11-16%) во время сварки происходит интенсивное выгорание данного вещества. Следовательно, необходимо применять специальные меры, например, использовать сварочные материалы с большим содержанием марганца.

Кремний
Так же как и марганец является хорошим раскислителем. При малом количестве кремний (до 0,03%) на свариваемость не влияет. При содержании кремния 0,8-1,5% свариваемость ухудшается из-за повышенной жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких оксидов кремния. При повышенном содержании кремния, из-за увеличенной жидкотекучести особенно опасно появление горячих трещин.

Хром

Содержание хрома в сталях способствует увеличению коррозионной стойкости. Но, при сварке сталей образуются карбиды хрома, которые увеличивают твердость в ЗТВ (зоне термического влияния). Также образуются тугоплавкие окислы, которые затрудняют процесс сварки, а значит ухудшают свариваемость.

Никель

Содержание никеля в сталях способствует увеличению ударной вязкости, которая особенно важная при работе сталей при низких температурах. Также никель способствует увеличению пластичности, прочности стали и измельчению зерна. При этом свариваемость стали не ухудшается. Но, из-за высокой цены данного легирующего элемента, применение ограничено экономическими соображениями.

Таблица 2 - Механические свойства Сталь 20

Предел текучести, σ0,2, МПа	Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	Относительное удлинение при разрыве, δ5, %
290-340	290-340	18

Рисунок 1 - Кривая охлаждения доэвтектоидной стали с 0,17 % С.

Спереди особенностей стали 20 выделяется высокая пластичность, умеренное значение твердости и прочности. Модуль упругости равен 200 МПа. Относительное удаление при разрыве составляет 23-26%, а относительное сужение до 55%.

Предел прочности на разрыв колеблется в пределах 36-46 кг/мм²,что в 2,5 раза меньше чем у нержавеющей стали. «Течь» (способность деформироваться без увеличения нагрузки) сталь начинает уже при 21-27 кг/мм². Обладает повышенной вязкостью, что позволяет сплаву справляться с достаточными ударными воздействиями. Ударная вязкость равна 870 кДж/м². В условиях знакопеременных нагрузок работает значительно хуже. Придел выносливости находится на отметке 14 кг/мм². Прочностная характеристика стали может быть повышена проведением механического (наклеп и прокатывание роликами) или термического (нормализация и отжиг) упрочнение.

2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОПРОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Свариваемость – это совокупность технологических характеристик основного металла определяющих его реакцию на изменения, которые происходят при сварке, и способность при определенном технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации сварное соединение.

К числу показателей, по которым оцениваются свариваемость стали, отногсятся:

• 
  Склонность металла шва к образованию кристаллизационных трещин;
  
• 
  Склонность металла шва и ЗТВ к образованию холодных трещин;
  
• 
  Стойкость сварного соединения против перехода в хрупкое состояние;
  
• 
  Изменение структуры и свойства металла шва и ЗТВ в результате термодеформационного воздействия.
  

Свариваемость оценивают не по абсолютным значениям величин, характеризующих свойст шва, а по их относительным значениям по сравнению со свойствами основного металла. Результатами на свариваемость считаются удовлетворительными, если нет трещин и свойства соответсвуют техническим условиям на данный вид сварной конструкции.

Выбор методов определения свариваемости обусловлен назначением конструкции и свойствами основного металла.

2.1 Определение стойкости металла шва против образования горячих трещин

Образование горячих трещин обусловлено химическим составом металла шва и околошовной зоны, условиями и характером процесса кристаллизации, степенью развития химической и физической микронеоднорости, величиной и темпом нарастания деформаций.

Горячие трещины разделяются на кристаллизационные (возникающие при наличии твердой и жидкой фаз в процессе кристаллизации) и полиганизационные (связанные с образованием вторичных границ). В зависимости от расположения по отношению к оси шва трещины бывают продольными, поперечными или смешанного типа.

Механизм образования кристаллизационных трещин состоит в следующем. При затвердевании шов проходит через температурный интервал, в котором металл имеет пониженную пластичность – температурный интервал хрупкости (ТИХ). Кристаллизация металла шва происходит в условиях воздействия растягивающих напряжения, возникающих в результате неравномерного нагрева и охлаждения свариваемого металла, жесткого закрепления деталей и затрудненного сокращения металла шва. Наличие растягивающих напряжений вызывает упругопластическую деформацию шва. Если в период, когда металл шва находится в ТИХ, пластическая деформация превзойдет пластичность металла, образуется трещина.

Для оценки склонности металла шва к образованию горячих трещин существуют качественные и количественные методики. Качественные методики позволяют сформировать общее представление об образовании трещины: 1) оценивается жесткость конструкции (на глаз); 2) выбирается образец, жесткость которого больше, чем жесткость конструкции; 3) осуществляют сварку образцы выбранными сварочными материалами с использованием определенных сварочных процессов; 4) определяется наличие или отсутствие трещин. Если горячие трещины при сварке образца не возникают, то при сварке конструкции они тем более не возникнут.

Количественные методики позволяют сформировать определенный показатель, определяющий вероятность образования горячих трещин. В качестве критерия при количественной оценке может быть выбран критерий нарстания деформации Акр.

Существуют расчетно - статистические методы оценки стойкости сплавов к образованию горячих трещин. Склонность низколегированной стали к образованию горячих трещин, в зависимости от содержания химических элементов (в процентах) встали, оценивают с помощью параметрического уравнения (параметр HCS): (формула 1)

(1)

Для стали Сталь 20 параметр HCS составляет:

= 8,6 для стали с пределом прочности σ_в <700 Мпа с параметром HCS = 8,6 есть вероятность образования горячих трещин.

Расчетно-статистический метод оценки стойкости стали против образования горячих трещин является косвенным, так как он основан на использовании параметрических уравнений, составленных с помощью регрессионного анализа.

Второй недостаток этого метода – невозможность учета аномалий по примесям, не входящим в параметрические уравнения, а также аномалий по технологическим параметрам сварки, выходящим за исследованные пределы.

Рассчитываем сталь на критическую скорость деформации:

V_кр= 19 – 42 ∙ С – 411 ∙ S – 3,3 ∙ Si + 5,6 ∙ Mn + 6,7Mo, [мм/мин] (2)

V_кр= 19 – 42 ∙ 0,18 – 411 ∙ 0,04 – 3,3 ∙ 0,22 + 5,6 ∙ 0,52 ∙ 0 = -5,726 мм/мин

Для низколегированных сталей, если V_кр ≥ 6,0, то сталь стойкая к горячим трещинам, если V_кр< 1,8 – склонная к горячим трещинам.

Таким образом, Сталь 20 – не склонна к горячим трещинам и к их образованию.

2.2 Оценка стойкости металла шва и ЗТВ против образования холодных трещин

Обычно холодные трещины (ХТ) образуются в металле с недостаточно высокой деформационной способностью, особенно границ зерен, вызываемой закалкой и пластической деформацией при неравномерном охлаждении и фазовых превращениях. Наиболее характерными температурами возникновения ХТ при сварке закаливающихся сталей являются температуры, при которых уже произошел распад основной части аустенита, но может продолжаться распад остаточного аустенита. Обычно такими температурами являются 120⁰С и более низкие. В закаливающихся сталях образование ряда ХТ связано как с получением структур с низкими пластическими свойствами металла, так и с влиянием водорода, растворяющегося при сварке в жидком металле и затем поступающего и в околошовную зону.[5].

Склонность сварного соединения к образованию холодных трещин оценивают эквивалентным содержанием углерода в детали, по 3 стандартам:

1) Британской исследовательской академией сварки (BWRA), 1964 г.- (формула 3)

С_экв. = С + Mn / 20 + (Cr + V + Mo) / 10 + Ni / 15. (3)

_{Сэкв.= 0,18+0,52 /20+ 0,25/10+0,3/15=0,25%}

2) Международным институтом сварки (МНС), 1967 г. (Европейский стандарт). Рекомендации по сварке металлических материалов (EN 1011-2:2001), (формула 4)
С_экв= С + Mn / 6 + (Cr + V + Mo) / 5 + (Ni +Cu) / 15 + Si/24. (4)

С_экв = 0,18 + 0,52 / 6 + 0,25 / 5 + 0,3+ 0,3 / 15+0,22/24 = 0,64%.

3) по ГОСТ 27772-88:

С_экв = С + Si /24 + Mn /6 + Cr/ 5 + Ni / 40 + Cu/ 13 + P / 2 (5)

С_экв = 0,18 + 0,22/ 24 + 0,52/6+ 0,25/5 +0,3 /40 + 0,3/13+0,0035/2 =0,36%

Сталь 20 – относится к1-ой группе сталей (С_экв< 0,35 %) - сталь не склонна к образованию холодных трещин при сварке и не требует подогрева.

2.3 Оценка стойкости сварного соединения против перехода в хрупкое состояние

Разрушение металлов может быть вязким (пластичным) или хрупким. В обоих случаях разрушения происходят в основном по телу зерна. Процесс вязкого разрушения связан с большими пластическими деформациями и обычно под действием внешних нагрузок происходит относительно медленно. Хрупкое разрушение происходит обычно по граням кубической решетки путем отрыва, причем скорость распространения хрупкой трещины настолько велика, что на нее не успевают влиять внешние силы. Поэтому полагают, что энергия, необходимая для образования новой поверхности трещины, определяется накопленной в металле упругой энергией. Возможность возникновения хрупкого разрушения без особых внешних нагрузок делает этот вид разрушения чрезвычайно опасным для монолитных сварных конструкций. Поэтому переход металла в такое состояние, при котором может происходить хрупкое разрушение, недопустим.

1)Процесс хрупкого разрушения может включать три этапа:

2)Возникновение трещины

3)Медленное ее развитие

4)Лавинообразное распространение разрушения

В зависимости от материала, геометрии изделия и условий нагружения продолжительность стадии медленного развития может быть различной: либо совсем отсутствовать, либо быть весьма длительной. В последнем случае отдельные конструкции допускают к эксплуатации с трещиной или трещиноподобным дефектом при условии контроля над их медленным развитием и своевременного предупреждения лавинообразного разрушения. Существуют способы оценки склонности металла к возникновению хрупкого разрушения и его сопротивления распространению хрупкой трещины.

Наиболее распространенным способом оценки склонности к хрупкому разрушению являются испытания серии образцов Шарпи с V–образным надрезом на ударный изгиб при различных температурах. Критерии оценки – критическая температура перехода от вязкого к хрупкому разрушению Т_кр или порог хладноломкости. Чем выше Т_кр, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Значение Т_кр используют для сравнительной оценки материалов, отличающихся составом и структурой.

В сварных соединениях низкоуглеродистых сталей наиболее склонны к хрупкому разрушению участки ЗТВ, нагреваемые до 200-500 С. Их охрупчивание связано с деформационным старением.

Снижение степени охрупчивания металла сварных соединений достигается технологическими и металлургическими способами. Для низкоуглеродистых сталей это ограничение погонной энергии или высокий отпуск сварных соединений.

2.4 Оценка структуры и свойств металла шва и зоны термического влияния

Зона термического влияния при сварке низкоуглеродистых сталей может быть охарактеризована в связи с диаграммой состояния Fe–C кинетическими зависимостями распада аустенита. Рассмотрим структуру и свойства каждого из участков зоны термического влияния.

Участок неполного расплавления – тонкая переходная полоска от металла шва к основному металлу. Максимальные температуры нагрева – от температуры плавления металла до температуры солидус. Следовательно, здесь есть и жидкая и твердая фазы, облегчающие развитие крупного зерна. На данном участке происходит непосредственное сращивание кристаллов металла шва с зерном основного металла, поэтому он зачастую определяет качество сварного соединения. Состав и структура металла в этой зоне зависят также от диффузии элементов, которая может проходить как из основного не расплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. Участок перегрева нагревается от температуры 1130⁰С – «порога роста аустенитного зерна» до температуры солидуса. В этих условиях зерно успевает сильно вырасти, а последующая перекристаллизация при охлаждении не дает его заметного измельчения. Поэтому металл участка перегрева имеет крупнозернистое строение. Участок перегрева отличается ухудшенными механическими свойствами (прочностью, пластичностью). Поэтому чем он меньше, тем выше качество сварного соединения. Участок нормализации находится в тех областях металла, которые нагреваются до максимальных температур, отвечающих точке А_с3 и 1130⁰С. Так как длительность пребывания металла при этих температурах невелика, зерно аустенита заметно вырасти, не успевает. Последующая перекристаллизация при охлаждении металла приводит к получению мелкой равновесной структуры. Металл этого участка имеет самые высокие механические свойства. Участок неполной перекристаллизации наблюдается в области нагрева металла до максимальных температур между точками А_с1 и А_с3. Конечная структура металла на этом участке состоит из крупных зерен феррита, не прошедших перекристаллизацию, и расположенных вокруг них колоний мелких зерен феррита и перлита, образовавшихся в результате перекристаллизации. Механические свойства этого участка хуже, чем свойства участка нормализации. Участок рекристаллизации наблюдается при сварке металла, подвергнутого холодной обработке давлением. Здесь протекает рекристаллизация зерен феррита, т. е. рост этих зерен из их раздробленных частей, полученных при пластической деформации металла. Такой рост возможен за счет перехода атомов железа из решетки одного зерна в соседнюю, обладающую меньшей свободной энергией. Пластическая деформация металла сопровождается значительным упрочнением за счет сдвига и поворота образовавшихся обломков кристаллов, а протекающая в таком металле рекристаллизация возвращает ему прежние механические свойства. Структуру участка рекристаллизации составляют равноосные зерна феррита и перлита. Если свариваемая сталь не подвергается пластической деформации, то на участке рекристаллизации никаких структурных изменений не произойдет. Участок синеломкости характеризуется снижением пластических свойств без видимых изменений структуры. Явление синеломкости объясняют выделением из твердого раствора α – Fe субмикроскопических частиц различных примесей, располагающихся по границам зерен. Резких границ между участками зоны термического влияния нет, наблюдается плавный переход одной структуры в другую. После ЗТВ следует структура, присущая основной структуре металла.

Если знать максимальные температуры нагрева отдельных точек зоны термического влияния и скорость их охлаждения, то, пользуясь диаграммой Fe – C, можно определить, какие изменения структуры возможны на участках ЗТВ, и даже примерно установить линейные размеры этих участков.

(6)

Определяем максимальные температуры нагрева в определенных точках (y₁=0,25 см; y₂=0,3 см; y₃=0,4 см; y₄=0,6 см; y₅=0,8 см; y₆=1,0 см; y₇=1,2 см) по формуле 2.1:

J_св.= 439,82 А; V_св.= 37/59 м/час; U_d=31В; δ= 15мм.

η_n=0,85; сγ=4,5 Дж/см³; V=1 см/сек; a= 0,08 см²/сек.

q_u= J∙U_d∙η_n = 439,82∙31∙0,85= 11 589 Дж/сек

b= = = 0,000793 1/с; T₀= 20⁰С (7)

где α= 0,0035 Дж/см₂∙К

для y₁= 0,25 см

= 1681⁰С;

для y₂= 0,3см

= 1404⁰С;

для y₃= 0,4см

=1058⁰С;

для y₄= 0,6см

=712⁰С;

для y₅= 0,8см

= 539⁰С;

для y₆= 1,0см

= 435⁰С;

для y₇= 1,2см

= 366⁰С.



Рисунок 2 - Графический метод определения зоны термического влияния

По нескольким значениям «y» находят максимальные температуры нагрева этих точек и строят кривую распределения максимальных температур.

Для теоретического определения протяженности участков ЗТВ необходимо определить размеры зоны 2Ɩ, нагревавшейся выше критической температуры, соответствующей каждому определяемому участку. Для углеродистой стали 3 такими температурами являются: участок 1сплавления (1519 – 1689⁰С), участок 2 перегрева (1489 – 1149⁰С), участок 3 нормализации (1149 – 899⁰С),участок 4 неполной перекристаллизации (899 – 699⁰С), участок 5рекристаллизации (699 – 499⁰С), участок 6 синеломкости (499 – 199⁰С).

Построив кривую распределения максимальных температур и совместив критические точки нагрева ЗТВ с этой кривой, определяем протяженность участков ЗТВ (Рисунок 2)



Рисунок 3 - Кривая распределения максимальных температур

Для мощного быстродвижущегося линейного источника теплоты в пластине размеры ЗТВ при b  0 определяются по формуле: (формула 6)

(8)

При Т_Ɩ = 1519⁰C



При Т_Ɩ = 1489⁰C





При Т_Ɩ = 1149⁰C





При Т_Ɩ = 899⁰C





При Т_Ɩ = 699⁰C





При Т_Ɩ = 499⁰C





При Т_Ɩ = 199⁰C




Таблица 3 - Протяженность участков ЗТВ при Т₀ = 200С

Способ замера	Размеры участков, см
	Зона сплава.	Участок перегрева	Участок перекрист.	Участок неполной перекрист.	Участок рекрист.	Участок синеломкости
По графику По формуле	0,01 0,01	0,045 0,055	0,14 0,075	0,19 0,09	0,15 0,17	1,2 0,9

Таким образом, общая протяженность участков ЗТВ по графику – 1,735см, по формуле более точное значение – 1,3см. Протяженность участков относительно мала, но при быстром охлаждении возникает вероятность появления холодных трещин.

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ, К ТЕРМИЧЕСКОМУ ЦИКЛУ ПРОЦЕССА СВАРКИ ИСХОДЯ ИЗ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВАРИВАЕМОСТИ

Важно для проведения всех сварочных работ, что сталь марки Сталь 20 легко сваривается без подготовительных мероприятий – специальной подготовки, и изделия не требуют обработки после сварки. Хотя это касается только сварки изделий с толщиной менее 3,6 см. Стальные изделия с большей толщиной рекомендовано предварительно разогреть (100 °С) и выполнить термообработку после сварки.

Геометрические размеры сварного шва в некоторой степени влияют на свойства сварного соединения. Чем больше ширина шва и меньше глубина проплава, тем меньше образуется закалочных структур, при увеличении погонной энергии сварки понижается скорость сварки и скорость охлаждения металла. Вместе с тем в такой ванне условия для кристаллизации значительно лучше, так как последние порции жидкого металла, наиболее загрязненные примесями, оказываются вытесненными растущими кристаллами в самую верхнюю часть шва и не создают в металле опасной зоны слабины. При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Изменение погонной энергии не обеспечивает в полной мере получение качественного сварного соединения. Дополнительно к этому необходимо использовать предварительный подогрев. Тем самым мы еще более замедляем процесс охлаждения стали и уменьшаем вероятность образования большого количества мартенситной составляющей. Предоставляется возможность также подбирать величину погонной энергии относительно температуры предварительного подогрева с учетом требуемых геометрических размеров металла шва. При сварке листов малой толщины (менее 20мм) количество мартенсита не велико, и он не может оказывать существенного влияния на механические свойства.

4.ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИСХОДЯ ИЗ ТРЕБОВАНИЯ УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЙ СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛИ

Низкоуглеродистые стали имеют благоприятные показатели свариваемости и при соблюдении определенных условий могут быть сварены всеми видами сварки, имеющими промышленное значение. При этом сварные швы обладают необходимой стойкостью против образования кристаллизационных трещин вследствии пониженного содержания углерода. Образование кристаллизационных трещин возможно лишь в случае неблагоприятной формы провара, например в угловых швах, первом слое многослойного стыкового шва, односторонних швах с полным проваром кромок, когда содержание углерода приближается к верхнему пределу(0.22-0.25%).

4.1 Ручная дуговая сварка

При ручной дуговой сварке применяют электроды типов Э42 и Э46. Наиболее широко используют электроды типа Э46Т с рутиловым покрытием из-за высокой технологичности и гигиенических показателей.

При необходимости обеспечить наряду с другими показателями достаточную сопротивляемость металла шва образованию горячих трещин, рекомендуется использовать электроды с фтористокальциевым покрытием типа Э42А марки УОНИ 13/45, предназначенные для сварки на постоянном токе обратной полярности.

4.2 Автоматическая сварка под флюсом

Необходимый уровень механических и технологических свойств сварных соединений достигается при использовании в качестве сварочных проволок Cв-08, Св-08А, Св-08ГА, Св- 10ГА в сочетании с высококремнистыми флюсами АН-348-А, ОСЦ-45. При этом удается реализовать такое преимущество данного вида сварки, как возможность обеспечить получение швов с глубоким проплавлением за один проход без

разделки кромок. Увеличение при этом доли участия основного металла в металле шва не снижает технологической прочности швов вследствии пониженного содержания углерода в них. Возможно применение сварки с полным проплавлением металла с формированием обратной стороны шва на флюсовой подушке или флюсомедной подкладке. Для увеличения производительности процесса сварки может быть использована технология сварки с дополнительным гранулированным присадочным материалом.

4.3 Электрошлаковая сварка

Преимущества электрошлакового процесса по производительности и качеству сварных соединений особенно ощутимы при сварке проката большой толщины, как правило, более 30-40мм. Равнопрочность сварных соединений обеспечивается при использовании сварочных проволок Cв-10Г2 или Cв-08ГС в сочетании с флюсами АН-8 или АН-7. Применение усовершенствованных режимов позволяет часто отказаться от высокотемпературной термообработки (нормализации) сварных конструкций, выполненных электрошлаковой сваркой.

4.4 Механизированная сварка в среде углекислого газа

При механизированной сварке применяют смеси углекислого газа с аргоном, что изменяет технологические свойства дуги (глубину проплавления и форму шва, стабильность дуги и др.) и позволяет регулировать концентрацию легирующих элементов в металле шва. Для сварки низкоуглеродистых сталей используют легированные электродные проволоки Св – 08Г2С и 12ГС. Однако с целью предупреждения значительного повышения содержания углерода в верхних слоях многопроходных швов проволоку 12ГС применяют для сварки одно – трехслойных швов. Повышение коррозионной стойкости швов в морской

воде достигается использованием электродной проволоки марки Св – 08ХГ2С.

Механизированную сварку в углекислом газе выполняют также порошковыми проволоками ПП-АН4 и ПП-АН8. Проволоку ПП-АН8 можно использовать и при автоматической сварке, швы, сваренные проволокой ПП-АН8, равнопрочные основному металлу и имеют повышенные пластические характеристики.[4]

ВЫВОДЫ

1. Как показали расчеты, сталь 20 относится к сталям, которые имеют хорошую свариваемость, так как в ней содержится мало углерода, она имеет невысокую прокаливаемость из-за низкого содержания легирующих элементов.

2. Данная сталь не склонна к горячим трещинам, так как для горячих трещин, низколегированных сталей Vкр ≥ 6,0, для стали 20 согласно выполненным расчетам Vкр=-5,726мм/мин.

3. В результате работы при рассмотрении расчетов была определена свариваемость по величине Сэкв при:

3.1. Британской исследовательской академией сварки (BWRA), 1964 г.: Сэкв = 0,25%

3.2. Международным институтом сварки (МИС), 1967 г. (Европейский стандарт). Рекомендации по сварке металлических материалов (EN 1011-2:2001): Сэкв = 0,36

3.3. По ГОСТ 27772-88: Сэкв = 0,36.

При расчете нескольких соотношений для расчета эквивалента углерода, устанавливаем, что свариваемость стали 20 – хорошая и не склонна к холодным трещинам.

4. В ходе курсовой работы была определена протяженность ЗТВ и ее участков при наплавке на пластину из стали 20 как по графику, так и по формуле, которая является наиболее правильным и быстрым путем определения протяженности участков ЗТВ. Анализируя полученные данные, приходим к заключению, что протяженность первых двух наиболее опасных участков, в основном характеризующих прочность сварного соединения, невелика и может быть еще уменьшена

5. Сталь 20 не требует подогрева, так как она не склонна к образованию холодных трещин. Также для нее характерны: достаточная пластичность, вязкость, повышенное сопротивление хрупким разрушениям, коррозионная стойкость и др.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Прохоров Н.Н. Физические процессы в металлах при сварке: в 2 томах / Н.Н. Прохоров – М.: Металлургия, 1968. Том 1. Элементы физики металлов и процессы кристаллизации – 695 с.
   
2. 
   Акулов А. И., Бельчук Г. А. и Демянцевич В. П. Технология и оборудование сварки плавлением [текст]: учебник для вузов / А. И. Акулов. - М.: Машиностроение, 1977. - 432с.
   
3. 
   Багрянский К. В., Добротина З. А., Хренов К. К. Теория сварочных процессов [текст]: учебник для вузов / К. В. Багрянский. – Киев: Висша школа, 1976. - 424 с.
   
4. 
   Фролов В. В. Теоретические основы сварки [текст]: учебник для вузов / В. В. Фролов. - М.: Высшая школа, 1970. - 592с.
   
5. 
   Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов / Г.Л Петров, А.С. Тумарев – М.: Высшая школа, 1977. – 392 с.
   
6. 
   Теория сварочных процессов [Электронный ресурс] : метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т ; сост. : Н.А. Козырев, А.А. Усольцев, Крюков Р.Е., С.В. Князев – Электр. дан. (1 файл). – Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ, 2019. – Систем. требования : Adobe Acrobat 7.0.
   
7. 
   Студенческие реферативные статьи и материалы [Электронный ресурс]: - Режим доступа:https://studref.com/505603/tehnika/svarka_nizkouglerodistyh_staley - 23.05.2021. – Загл. с экрана.