Краткие теоретические сведения. Методические указания по выполнению задач по практическим занятиям ТССС

Методические указания по выполнению задач по практическим занятиям ТССС

ЗАДАЧА№ 1

Цель работы - определение структурного состояния металла шва расчетным методом при сварке высокопрочных сталей.

Краткие теоретические сведения

Работоспособность сварного соединения в значительной мере зави­сит от структурного состояния металла шва, которое в свою очередь опре­деляется химическим составом электродного металла, параметрами режима сварки; долевым участием основного и электродного металлов в формировании шва, скоростью охлаждения сварного соединения.

Температурный режим сварного соединения оказывает наибольшее вли-яние на все участки сварного соединения.

Структурное состояние металла шва и околошовной зоны определя­ется скоростью охлаждения сварного соединения в интервале температур 600 -500°С (температура наименьшей устойчивости аустенита.

Расчет скоростей охлаждения околошовного участка зоны термическо -го влияния для сварки листов встык в один проход выполняется по уравне-нию

,

где - коэффициент теплопроводности, = 0,38 - 0,42 Вт/см ⁰С;

с - объемная теплоемкость, ср = 4,9 - 5,2 Дж/см^{3 0}С;

Т_о - начальная температура или температура подогрева;

Т - текущее значение при сварке, Т =600…500°С (температура наи-меньшей устойчивости аустенита);

q - тепловая мощность q = UI , где = 0,65;

^- эффективный к.п.д. нагрева;

V_cb - скорость сварки, см/с;

- толщина металла, см

Если действительная скорость охлаждения металла наплавки на принятом режиме окажется выше верхнего предела допустимых скоростей, то решается вопрос о применении предварительного подогрева.

Для определения структуры металла швов низколегированных ста­лей может использоваться диаграмма, построенная на основе эксперимен­тальных данных (рис. 1).

_о – скорость охлаждения, град/с

Рисунок 1 - Структурная диаграмма для металла сварных низколегированных швов

По осям координат диаграммы откладывается скорость охлаждения металла шва _ш при температурах наименьшей устойчивости аустенита (для разных составов швов эта температура находится в пределах 773-873 К) и эквивалент углерода, определяемый по выражению

(1.1)

где – С, Si, Mn…- концентрация легирующего элемента, %

Формула (1.1)- справедлива при следующих пределах легирования: 0,09...0,30 %С; 0,25..2,50 % Мn; 0,07.. 1,00 % Si; до З,0%Cr; до З,0%Ni; до 1,0%Cu; 0,01...0,07.% Р; 0,008...0,65 % S.

На диаграмме показаны три структурные области: ферритно-перлитная, бейнитно-мартенситная и мартенситная. Поскольку мартенситная область за-нимает на диаграмме очень малую площадь, то следует счи­тать, что при сварке низколегированных сталей металл шва, как правило, имеет ферритно-перлитную либо бейнитно-мартенситную структуру. Пря­мая, разделяющая на диаграмме Ф + П и Б + М области, описывается урав­нением

С_э >0,78-0,151g

из которого следует, что если С_э <0,78-0,15lg то структура ферритно-пер-литная, а если С_э >0,78-0,151g , то - бейнитно-мартенситная. Для случая ферритно - перлитных структур существует выражение для опреде­ления количества феррита:

для которого коэффициент множественной корреляции R = 0,86 и обеспе­чивается 10%-ный уровень значимости.

Структура металла шва влияет на работоспособность сварных конст-рукций, в частности при низких температурах. Доля волокнистой состав-ляющей в изломе металла шва зависит от химического состава, скорости ох-лаждения и температуры испытания. Целесообразно, чтобы доля волокнис-той составляющей в изломе была не менее 50%.

Касаткин О.Г. предложил следующую методику определений доли во-локнистой составляющей % В при дуговой сварке низколегированных сталей

В = 100 при Т_исп > (Т_х + 50/К_х)

где Т_исп - температура испытания, °С;

Т_х - критическая температура хрупкости, составляющая 50% содер-жания волокнистой составляющей в изломе;

К_х - температурный коэффициент хрупкости, равный прираще­нию В при повышении Т_исп на 1°С,

Т_х = - 53,2 + 31,8 Мn + 32,1 Si + 29,7 Cr + 16,7 Mo - 8,75 Ni +165 Ti + 100 Nb + 9,56 W + 6,66 Co + 165 Zr + 240 S +967 P + 1380 N - 39,4C • Ni + 391C • V + 13,4 Mn • Si - 8,99 Mn •Mo + 6,97 Mn • Ni + 12,7 Si• Mo + 31,6 Si V + 2,22 Cr• Ni - 9,48 Mo• V + 147C² - 3,25 Mn² - 1,09 Cr² + 2,4 Mo² - 1,59 Ni² + +23,9 V² - (7,27 Mn + 13,2 Si + 5,91 Cr + 6,46V) ln t_c, °C;

R = 0,875

ln K_x = 1,08 - 2,07 С - 0,25 Mn - 0,397 Si - 0,395 Cr - 0,818 Mo - 0,426 Ni- - 2,02 V - 0,766Ti - 0,13W - 0,088Cu - 0,108Co -1,20 Zr - 11,0 S - 8,90P -11,3•N - -0,719 C• Cr + 0,802 C• Mo + 0,412 C•Ni - 3,20 C•V + 0,142 Mn•Si + 0,104 Mn•Cr + 0,048 Mn• Mo + +0,123Si• Mo + 0,108 Si • Ni - 0,363 Si• V + 2,22 C² + 0,026 Mo² + 0,011 Ni² + (-0,029 - 0,27•C + 0,096 Cr+ 0,16 Mo + 0,086 Ni + 0,694V) • ln t_c, %/ °C; R = 0,954,

где t_c - время охлаждения металла шва от 850 до 500°С, с.(7…30с)

Предполагаемая методика справедлива для следующих пределов легирования металла шва, %: С < 0,2; Мn < 2,0; Si < 0,8; Cr < 2,0; Mo < 2,0; Ni<2,0; V<0,6; Ti < 0,05; Al < 0,05; Nb<0,3; W < 0,6; Cu < 0,5; Co < 0,5;

Zr < 0,03. Содержание примесей, %: S < 0,03; P < 0,03; N < 0,02; О < 0,06. Время охлаждения t_c =10 … 40c.