ВИЗНАЧЕННЯ СХИЛЬНОСТІ МЕТАЛУ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ ДО УТВОРЕННЯ ХОЛОДНИХ ТРІЩИН
Практична робота №3
Визначення схильності до утворення гарячих і холодних тріщин для вуглецевих та низьколегованих сталей
Теоретичні відомості
Сутність способу ручного дугового зварювання полягає в тому, що тепло, необхідне для розігрівання кромок металу, виділяється при горінні електричної дуги, утвореної між зварюваних металом і металевим електродом. Електрична дуга оплавляє основний метал і розплавлює металевий стрижень електрода (температура дуги досягає 3500 ° С і вище). Розплавлений метал заповнює зазор між кромками зварюваних деталей і при кристалізації з'єднує їх в одне ціле.
Задача 1
ВИЗНАЧЕННЯ СХИЛЬНОСТІ МЕТАЛУ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ ДО УТВОРЕННЯ ГАРЯЧИХ ТРІЩИН
У процесі виготовлення зварної конструкції за несприятливих умов можливе виникнення тріщин. Нижче наведемо найбільш поширені параметричні рівняння, які дозволяють оцінити опірність сталей різних типів утворенню тріщин залежно від умісту в основному металі легуючих елементів та домішок та інших факторів. Загалом низьковуглецеві сталі мають хорошу зварність. Для сталей типу ВСтЗсп товщиною до 30 мм перевірка схильності до утворення гарячих тріщин може проводитись за рівнянням:
(2.1)
За 
< 0,4, що відповідає концентрації вуглецю не більше 0,20 % гарячі тріщини гарантовано відсутні. Це підтверджується на практиці, де складності зі зварюванням низьковуглецевих сталей виникають лише на товщинах більших за 30...35 мм. В цьому випадку рекомендують попереднє підігрівання. Для вуглецевих та низьколегованих сталей найбільше поширення знайшов розрахунковий показник схильності до утворення гарячих тріщин:
(2.2)
де HCS — параметр, що дозволяє оцінювати схильність зварних швів з низьколегованих сталей до утворення кристалізаційних тріщин у балах. Сталі з границею міцності σв < 700 МПа вважаються потенційно схильними до виникнення гарячих тріщин, якщо HCS > 4. Для сталей із межею міцності σв> 700 МПа виникнення тріщин у швах можливе вже за умови HCS > 2. Для оцінювання тріщиностійкості високолегованих аустенітних сталей типу 18Cr-10Ni японськими дослідниками запропоновано використання розрахункового параметра високотемпературної пластичності Δ H:
(2.3)
Якщо розрахунковий параметр високотемпературної пластичності Δ H є низьким, то матеріал має високу опірність гарячим тріщинам. Рівняння (2.3) отримано на основі статистичної обробки випробувань корозійностійких сталей щодо гарячеламкості за температури не вищої ніж 1300 °С. Тому його можна використовувати тільки для прогнозування імовірності виникнення гарячих тріщин у навколошовній зоні (сегрегаційних та підсолідусних).
У багатьох методиках експериментального оцінювання тріщиностійкості в процесі зварювання застосовують як порівняльний критерій сумарну довжину утворених у зразках гарячих тріщин. Результатом статистичної обробки подібних випробувань стало таке параметричне рівняння:
(2.4)
Дане рівняння можна використовувати для розрахунку схильності зварних швів високолегованих аустенітно-феритних сталей до утворення кристалізаційних тріщин. Відповідно 
- це вміст дельта-фериту в металі шва (%), який можна заздалегідь визначати за даними термокінетичних діаграм фазових перетворень або діаграми Шефлера. Якщо L > 0, сталь вважається схильною до утворення тріщин.
Ще одним підходом до попереднього оцінювання тріщиностійкості зварних швів з аустенітних сталей є порівняння відношення еквівалентних концентрацій хрому та нікелю за формулою :
(2.5)
із сумарним вмістом у них сірки та фосфору (Р + S). Якщо Р + S< 0,01. ..0,015%, співвідношення 
/ 
суттєво не впливає на тріщиностійкість. За сумарного вмісту фосфору та сірки (Р + S) > 0,02...0.04 % стійкими проти утворення гарячих тріщин можуть вважатись зварні шви, які мають співвідношення / >1,5.
Завдання для самостійної роботи
Для низьколегованої сталі заданого хімічного складу оцінити схильність до утворення гарячих тріщин при зварюванні за показником НCS (рівняння 2.2)
Таблиця 2.1 - Варіанти завдань для самостійної роботи
| Варіант | Хімічний склад сталі, % | ||||||||
| С | S | Р | Si | Ni | М n | Сг | Мо | V | |
| 1 | 0.17 | 0.035 | 0.035 | 0.35 | 3.12 | 0.55 | 1.60 | 0.3 | - |
| 2 | 0,37 | 0,034 | 0,033 | 0,35 | - | 1,25 | 1,3 | - | 0,11 |
| 3 | 0,44 | 0,031 | 0,032 | 1,55 | - | 0,57 | 1,6 | - | - |
| 4 | 0,29 | 0,032 | 0,031 | 0,37 | - | 1,2 | 1,2 | 0,29 | - |
| 5 | 0,34 | 0,03 | 0,03 | 0,37 | - | 0,6 | 2,7 | 0,3 | 0,12 |
| 6 | 0,44 | 0,028 | 0,029 | 0,37 | - | 0,7 | 1,1 | 0,3 | 1,8 |
| 7 | 0,43 | 0,033 | 0,032 | 0,36 | - | 0,8 | 1,05 | - | 0,15 |
| 8 | 0,45 | 0,027 | 0,028 | 0,35 | 1,4 | 0,8 | 0,75 | - | - |
| 9 | 0,49 | 0,032 | 0,032 | 0,37 | 1,3 | 0,75 | 0,7 | - | - |
| 10 | 0,34 | 0,034 | 0,033 | 1,2 | 1,8 | 1,3 | 1,2 | - | - |
| 11 | 0,4 | 0,03 | 0,029 | 0,37 | 1,65 | 0,5 | 1,65 | 0,25 | 0,17 |
| 12 | 0,4 | 0,03 | 0,03 | 0,35 | 3,5 | 0,5 | 1,5 | 0,4 | 0,18 |
| 13 | 0,25 | 0,03 | 0,033 | 0,37 | 0,3 | 0,75 | 1 | 0,6 | 0,25 |
| 14 | 0,4 | 0,032 | 0,03 | 0,36 | 4 | 0,35 | 1,35 | 0,4 | 0,13 |
Задача 2
ВИЗНАЧЕННЯ СХИЛЬНОСТІ МЕТАЛУ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ ДО УТВОРЕННЯ ХОЛОДНИХ ТРІЩИН
Найчастіше як розрахунковий показник опірності вуглецевих та низьколегованих сталей проти утворення холодних тріщин використовують вуглецевий еквівалент. Згідно рекомендацій Міжнародного інституту зварювання (IIW)розрахунок вуглецевого еквіваленту проводять за рівнянням:
(2.6)
Сталь вважається не схильною до утворення холодних тріщин, якщо < 0,4. Альтернативне рівняння, прийняте в колишньому СРСР за рекомендаціями Держстандарту ГОСТ 27772-88, має вигляд:
(2.7)
У разі його використання сталь:
а) вважається не схильною до утворення холодних тріщин, якщо <0,35%;
б) може за певних конструкторсько-технологічних умов зварювання утворювати холодні тріщини, якщо = 0,35...0,6 %;
в) має високу схильність до утворення холодних тріщин, якщо > 0,6 %.
Для розрахункової оцінки опірності до холодних тріщин низьколегованих конструкційних сталей також застосовують параметричне рівняння японських дослідників Іто та Бесіо. Його розроблено переважно для товстостінних зварних з’єднань з V-, U- або Х-подібною підготовкою кромок. Оцінку проводять за спеціальним параметром тріщиноутворення, що враховує хімічний склад сталі, вміст водню та товщину матеріалу:
(2.8)
де 
- вміст дифузійного водню, см3/100 г; 
- коефіцієнт жорсткості зварного з’єднання, що визначається силою переміщення кромки з’єднання на 1 мм, віднесеною до одиниці товщини листа і довжини шва, Н/( мм2 мм); 
- товщина металу, мм.
Зазвичай величини [Н] та , визначаються експериментально. Для різних за жорсткістю зварних з’єднань коефіцієнт складає 200...4000 Н/(мм2 мм).За 
> 0,286 сталь вважається схильною до холодних тріщин при зварюванні.
Таблиця 2.2 - Варіанти завдань для самостійної роботи
| Варіант | Марка сталі | Вміст дифузійного водню в металі шва [н], см3/100 г | Товщина металу, мм | Коефіцієнт жорсткості з’єднання k 0 , н/(мм2-мм). |
| 1 | 15ХА | 1,2 | 4,5 | 500 |
| 2 | 15Г | 1,0 | 5,5 | 500 |
| 3 | 10Г2 | 1,3 | 6,5 | 600 |
| 4 | 18ХГ | 4,5 | 4,0 | 500 |
| 5 | 20ХГР | 2,2 | 5,0 | 500 |
| 6 | 15ХМ | 2,0 | 6,0 | 500 |
| 7 | 15ХФ | 1,0 | 4,5 | 500 |
| 8 | 20Х | 3,0 | 7,0 | 600 |
| 9 | 18ХГТ | 2.0 | 10,0 | 700 |
| 10 | 20ХНР | 4,0 | 12,0 | 800 |
| 11 | 20ХГСА | 5,0 | 20,0 | 1200 |
| 12 | 20ХГНР | 1,1 | 25,0 | 1500 |
| 13 | 15ХСНД | 3,3 | 10,0 | 650 |
| 14 | 14ГНД | 1,5 | 30,0 | 2000 |
Таблиця 2.3 – Хімічний склад низьколегованих сталей
| С таль | Масова частка елементу, % | |||||
| С | Si | Mn | Cr | Ni | Інші елементи - | |
| 15ХА | 0,12-0,17 | 0,17-0,37 | 0,40-0,70 | 0,70-1,00 | - | |
| 15Г | 0,12-0,19 | 0,17-0,37 | 0,70-1,00 | - | - | |
| 10Г2 | 0,07-0,15 | 0,17-0,37 | 1,20-1,60 | - | - | |
| 18ХГ | 0,15-0,21 | 0,17-0,37 | 0,90-1,20 | 0,90-1,20 | - | |
| 20ХГР | 0,18-0,24 | 0,17-0,37 | 0,70-1,00 | 0,75-1,05 | ||
| 15ХМ | 0,11-0,28 | 0,17-0,37 | 0,40-0,70 | 0,80-1,10 | 0,40-0,55 Мo | |
| 15ХФ | 0,12-0,18 | 0,17-0,37 | 0,40-0,70 | 0,70-1,10 | 0,06-0,12 V | |
| 20Х | 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,70-1,00 | ||
| 18ХГТ | 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | - | 0,03-0,09 Тi |
| 20ХНР | 0,16-0,23 | 0,17-0,37 | 0,60-0,80 | 0,70-1,10 | 0,80-1,10 | |
| 20ХГСА | 0,17-0,23 | 0,90-1,20 | 0,80-1,10 | 0,80-1,10 | - | |
| 20ХГНР | 0,16-0,23 | 0,17-0,37 | 0,70-1,00 | 0,70-1,10 | 0,80-1,10 | - |
| 15ХСНД | 0,12-0,28 | 0,40-0,70 | 0,40-0,70 | 0,60-0,90 | 0,30-0,60 | 0,20-0,40 Сu |
| 14ГНД | 0,11-0,17 | 0,20-0,40 | 0,90-1,30 | 0,20-0,60 | 0,80-1,30 | 0,50-0,80 Сu |
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 74; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!