Краткие теоретические сведения. Свойства и работоспособность сварного соединения зависит в значи­тельной мере от размеров и структурного состояния зоны термического вли-яния (ЗТВ)

Свойства и работоспособность сварного соединения зависит в значи­тельной мере от размеров и структурного состояния зоны термического вли-яния (ЗТВ). При этом наибольшую опасность с точки зрения эксплуатацион-ной надежности сварного соединения представляет участок ЗТВ прилегаю-щий непосредственно ко шву - околошовный участок ЗТВ. При­менительно к низколегированным сталям для определения структуры око­лошовного участ-ка ЗТВ может быть использована диаграмма (рис. 2).

Химический состав стали диаграммой учитывается с помощью экви­валента углерода

C_э = С +Mn/6 + Si/24 +Ni/10 +Cr/5 +Mo/4 +V/14 (2.1)

Диаграмма рассчитана на следующие концентрации легирующих элементов в стали, %: С < 0,45; Мn < 1,80; Si < 1,40; Ni < 2,0; Mo < 0,40;

V < 0,12; Cr<2,0. Скорость охлаждения определялась при температурах 873-773К. На диаграмме выделены три структурные области: ферритно-перлитная Ф+П, область ПР про межуточного превращения (феррит + пер­лит + бейнит + мартенсит, феррит + бейнит + мартенсит или бейнит + мар­тенсит) и мартенситная М.

Рисунок 2 -Диаграмма для определения структуры околошовного участка ЗТВ углеродистых и низколегированных сталей

Поскольку в области Пр всегда существует мартенсит, то она разделе-на на 2 участка: М < 50 % и М > 50 %. Граница между этими участками пока-зана в виде узкой зоны, для которой можно считать М = 50 %. Приведенная диаграмма дает лишь качественное пред­ставление о структуре околошовного участка, тем не менее ею удобно пользоваться при разработке технологичес-ких процессов сварки.

Экспериментальное определение количества структурных состав­ляю-щих околошовного участка конкретной марки стали с построением диаграмм является самым точным, но и самым трудоемким способом. По­этому, приме-нительно к низколегированным сталям разработаны расчет­ные методы опре-деления количества структурных составляющих в околошовном участке ЗТВ. Эти методы следует считать ориентировочными, по­скольку они не в состоя-нии учесть металлургические особенности выплав­ки отдельных марок сталей и тонкости высокотемпературного превраще­ния аустенита при сварочном нагреве.

Для определения количества мартенсита М и ферритно-перлитной сме-си ФП пользуются уравнениями:

где - скорость охлаждения в интервале температур 873-773 К, град/с; определяется по формулам 2.7-2.10.

Км, К_фп, n_м, n_фп, - расчетные коэффициенты, определяемые по вы-ражениям 2.3-2.6, где – критические скорости охлаждения, соответствующие образованию 5 и 90% мартенсита;

– критические скорости охлаждения, соответст­вующие об-разованию 5 и 100% феррито-перлита;

Для (2.7) и (2.8) эквивалент углерода определяется следующим обра-

зом

При образовании мартенситных структур всегда наблюдается оста­точное содержание аустенита. Оно невелико и может быть принято рав­ным 5%. Тогда содержание бейнита в околошовном участке, %

Б = 100 – (М+5).

При ферритно-перлитной структуре содержание бейнита определит­ся как дополнение до 100%.

Температуры начала Т_мни конца Т _м.кмартенситного превращения для легированных сталей приблизительно могут быть найдены по регрес­сионным уравнениям:

Т_мн = 804,50 – 313,13 С – 89,71 Мn – 44,69 Si Ni – 680,88 С V –-

– 5,37 Сr² + 30,50Мn² + 15,01 Сr.

R = 0,859; (2.12)

Т_мк = 678,18 – 1224,86 С – 120,28 Ni – 51,63Мn² – 17,96 Мn Мо –-

– 67,42 Сr • V – 304,52 Si Cr+ 590,89 С Сr + 65,16Мn Ni +55,26 Si +

+ 492,00 С Мn + 88,57 S i Ni + 6,81 Ni²;

R = 0,801; (2.13)

Т_{мн =} 539 – 423С – 30,4 Мn – 17,7 Ni - 12,1 Сr -7,5 Мо,⁰С (2.12)^/

Т_мк = 346– 474 С – 17 Ni – 33Мn ––- 17Сr -21 Мо,⁰С (2.13)^/

Время пребывания металла в интервале заданных температур может быть рассчитано через безразмерные критерии времени

Из теорети­ческих основ сварки известны выражения

основании этих зависимостей можно построить номограмму для определения

(3.13)

(3.14)

где t_3н и t_2н – длительность пребывания металла выше заданной тем-пературы, соответственно, при наплавке быстродвижущимся источником нагрева и при однопроходной сварке пластины встык линейным источником тепла, с;

К₁– коэффициент, определенный по номограмме(рис. 3.1)в зависимости от значения безразмерного критерия Т - Т_н / Т_max -Т_н; Т_н = Т_о

Т – температура, длительность пребывания металла выше которой опре-деляется, ⁰С

T_m –максимальная температура нагрева металла, ⁰С;

Т_о – температура металла перед сваркой, ⁰С;

Номограммы приведены на рис.3.1.

Рисунок 3.1 – Номограммы для определения К₁ и К₂ при однопроходной сварке

Для определения длительности пребывания тела выше данной темпера-туры необходимо вычислить величину- -для интересующей точки тела, отложить ее на горизонтальной оси номограммы на рис.3.1, а затем по соответствующей кривой найти на вертикальной оси К₁ или К₂. Подставив указанные значения в выражение (3.13) или (3.14), находим числен­ное зна-чение t _3н или t_2H.

Пример. Определить длительность пребывания выше 1000 °С точек околошовной зоны, лежащих у границы сплавления (Т = 1500°С) при электрошлаковой сварке плит = 800 мм; q = 130000 дж/сек; v = 0,3 м/ч = 0,0083 см/сек..

Таблица 2.1 Химический состав металла шва

Вари-ант	Химический состав металла шва,%
C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Ti	Al	Nb	Co	W	Cu	Zr
	0,10	1,0	0,3	1,0	1,0	1,0	0,02	-	-	-	0,4	-	-	-
	0,12	0,9	0,4	0,8	1,5	0,7	-	0,05	0,04	0,3	0,3	-	-	-
	0,14	0,5	0,2	1,5	0,5	0,8	-	-	-	-	0,5	0,5	0,4	0,02
	0,16	0,3	0,2	0,3	0,2	0,5	0,1	0,04	-	-	0,4	-	0,4	0,02
	0,17	0,2	0,3	0,2	0,2	0,3	0,5	0,03	0,03	0,2	-	-	-	-
	0,2	0,4	0,2	0,1	0,3	1,2	0,5	0,02	0,02	0,1	-	-	-	-
	0,19	0,8	0,6	0,9	0,2	0,3	0,3	0,01	0,01	0,1	0,5	-	0,1	-
	0,18	0,6	0,5	1,0	0,5	0,7	0,15	0,05	-	-	0,3	0,4	0,3	0,01
	0,16	0,5	0,6	1,2	1,1	0,5	0,4	0,02	0,02	0,3	0,1	0,6	0,2	-
	0,15	0,6	0,4	1,5	1,5	-	-	-	0,05	0,3	0,4	0,4	0,3	0.03
	0,12	0,8	0,5	0,3	0,3	-	-	-	-	0,3	0,1	0,3	0,4	0,02
	0,10	0,4	0,3	1,0	1,5	1,0	0,01	-	-	-	0,2	0,3	-	0,01
	0,15	0,5	0,2	1,3	0,9	0,7	0,3	-	-	-	-	-	0,2	-
	0,2	0,7	0,4	1,7	0,6	-	0,4	0,03	-	0,1	-	-	-	-
	0,18	1,1	0,7	0,6	1,2	0,6	-	0.01	-	-	-	-	0,3	-
	0,10	1,0	0,3	1,0	1,0	1,0	0,02	0,05	0,04	0,3	0,3	-	-	-
	0,12	0,9	0,4	0,8	1,5	0,7	0,1	0,04	-	-	0,4	-	0,4	0,02
	0,14	0,5	0,2	1,5	0,5	0,8	-	0.01	-	-	-	-	0,3	-
	0,16	0,3	0,2	0,3	0,2	0,5	0,1	0,04	0,04	0,3	0,3	-	-	-
	0,19	0,8	0,6	0,9	0,2	0,3	0,3	0,01	0,01	0,1	0,5	0,3	-	0,01
	0,15	0,6	0,4	1,5	1,5	0,5	0,4	0,02	0,02	0,3	0,1	0,6	0,2	-

Продолжение таблицы 2.1