Филиал Санкт-Петербургского государственного морского

Филиал Санкт-Петербургского государственного морского

технического университета

СЕВМАШВТУЗ

Евдомащенко Е.А.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсовой работы по дисциплине

“Технологические основы Сварки плавлением и давлением”

(для студентов, обучающихся по специальности 150202)

Северодвинск

Г.

 

 

С О Д Е Р Ж А Н И Е

 

Общие сведения……………………………………………………………………

1. Содержание задания………………………………………………

2. Варианты задания…………………………………………………

3. Маркировка легированных сталей……………………………………………

4. Определение площади наплавки и числа проходов…………………………

5. Расчёт параметров режима сварки……………………………………………

6. Оценка геометрии сварного шва………………………………………………

7. Расчётная оценка химсостава шва и свойство шва и 3ТВ……………………

8. Оборудование для различных способов сварки………………………………

9. Рекомендации по подогреву и термообработке после сварки………………

Приложение…………………………………………………………………………

Список рекомендуемой литературы………………………………………………

 

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Курс “Технологические основы сварки плавлением и давлением” является одним из основных при подготовке инженера по специальности 150202. Согласно требованиям квалификационной характеристики, специалист в области сварочного производства, должен владеть сварочными технологическими процессами. При организации производства любых металлоконструкций машиностроения, химических производств, сельхозтехники, арматуры или других строительных конструкций и т.д., должен уметь назначить технологию получения неразъемного соединения металла определенной толщины различными способами сварки, уметь назначать разделку согласно ГОСТАМ и подбирать необходимое сварочное оборудование и режимы сварки.

 

СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

 

Согласно заданию задаётся определенная сталь заданной толщины (например, 09Г2С, S=60 мм), тип соединения и ограничение на сварку (доступ к шву, кантовка изделия и т.д.).

Необходимо разработать три технологических процесса сварки:

ручная электродуговая;

сварка под флюсом;

сварка в защитных газах.

Задание выполняется в следующем порядке.

1. Для данной толщины основного металла (S) и способа сварки определить тип соединения (C1,T3 и т.д.) согласно ГОСТ (например, ГОСТ 14771-76). Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.

2. Согласно ГОСТ назначить зазоры, разделку и подготовку кромок под сварку.

3. Определить размеры сварных швов (e1,g1,e2,g2).

4. Определить площадь наплавки F_H, рассчитать число слоев и проходов, необходимых для выполнения разделки. Назначить раскладку проходов.

5. Рассчитать необходимые параметры режима сварки каждого прохода.

6. Подобрать необходимые сварочные материалы (электроды, электродные проволоки, флюсы, газы и т.д.).

7. Произвести расчётную оценку химсостава шва и механических свойств шва околошовной зоны.

8. Назначить требуемое сварное оборудование и оснастку для компоновки поста.

9. При необходимости назначить подогрев при сварке или послесварочную термообработку.

10. Произвести анализ полученных результатов.

Примечание: при выполнении задания необходимо учесть дополнительные условия, доступ к шву и т.д.

 

 

ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ

Конкретное задание каждому студенту выдается преподавателем.

 

3. МАРКИРОВКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Основную массу строительных легированных сталей составляют низколегированная (ГОСТ 19282-73; 19281-73), легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71), теплоустойчивая (ГОСТ 200II-72). Маркировка всех перечисленных сталей однотипная.

Первые две цифры – содержание углерода в сотых долях процента; буквы – условное обозначение легирующих элементов; цифра после буквы – примерное содержание легирующего элемента. Буква “А” в конце марки означает, что сталь высококачественная, т.е. с пониженным содержанием серы и фосфора.

 

Условные обозначение легирующих элементов

Элемент N Nb W Cu Se Co Mo Ni P B Si Ti

Обозначение А Б В Д Е К М Н П Р С Т

Элемент V Cч Zr Al

Обозначение Ф Х Ц Ю

 

Маленькие буквы “пс”, “сп”, “кп” в конце марки означает степень раскисленности стали, например: “пс” означает, что сталь полуспокойная.

 

РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА СВАРКИ

 

Ручная дуговая сварка

 

Определение режима сварки обычно начинают с выбора диаметра электрода d_эл. Он назначается от S (толщины металла)при сварке стыковыхшвов и от катета при сварке угловых и тавровых соединений (табл.1).

Таблица 1

S, мм	1,5 - 2,0		4,0 – 8	9 – 12	13 – 15	16 – 20
k, мм			4,5		6 – 8		20-
dэл, мм	1,6 - 2,0			4 – 5		5 – 6	6 – 10

 

При сварке металла угловыми швами катет швов назначается из расчета на прочность, но не более минимальной толщины. При многопроходной сварке первый проход выполняется электродами d_эл =3-4 мм.

При многопроходной F_н≤ 30-40 мм².

Для определения числа проходов при сварке угловых и тавровых соединений F_н может быть вычислена по формуле

F_н=k²/2·k_y,

где К_у – коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазоров и выпуклость шва.

Значения К_у в зависимости от катета шва могут быть приняты по табл.2.

 

Таблица 2

К, мм	3 – 4	5 – 6	7 – 10	12 – 20
Ку	1,5	1,35	1,25	1,15	1,10

 

Существуют оптимальные соотношения между d_эл и площадью поперечного сечения наплавленного металла.

Для первого прохода (при проваре корня шва)

F₁=(6…8) d_эл

Для последующих проходов

F_П=(8….12) d_эл

 

Величина сварочного тока при РДС может быть определена по формуле

I_св=π· d ²_эл /4·i,

где i – допускаемая плотность тока, А/мм².

Значение допускаемой плотности тока в электроде при различных диаметрах стержня и типах покрытия приведены в табл.3.

 

 

Таблица 3.

Вид покрытия	i, А/мм2, при dэл, мм
Рудно-кислое, рутиловое	14 –20	11,5 – 16	10 – 13,5	9,5 – 12,5
Фтористо-кальцевое	13 – 18,5	10 – 14,5	9 – 12,5	8,5 – 12,0

 

Для других покрытий или при приближённых подсчётах величина I_св может быть определена по одной из следующих формул:

I_св=К· d_эл;(4.1)

I_св=К₁· d^1,5_эл; (4.2)

I_св=d²_эл· (К₂+а· d_эл),. (4.3)

 

где К =40 – 50; К₁ =20 – 25; К₂= 20; а =6 – коэффициенты.

При сварке электродами d = 4 – 5 мм используют первое выражение. Для электродов с 4> d_эл следует использовать выражения (2). Для электродов d_эл >5 мм использовать выражения (3).

При сварке во всех положениях, кроме нижнего, сварочный ток уменьшают на 10-15% -при сварке вертикальных швов; на15-20%- при сварке горизонтальных и потолочных швов.

Напряжение на дуге колеблется в узком пределе (U_д =28-32 В) или устанавливаются по паспортным данным на каждую марку электрода, или в зависимости от вида покрытия электродов:

Основного типа U_св=12+0,36·I_св / d_эл,

Рутилового типа U_св=12+1,7·I_св / d_эл

Скорость сварки можно определить по выражению

U_св=α_н·I_св / 3600·ρ·F_н(4.4)

где α_н – коэффициент наплавки, г/А·ч;

а) для постоянного тока обратной полярности

α_н =(12+0,022/ d^1,5_эл ) (1- ψ_% /₁₀₀), где

ψ -коэффициент потерь при сварке под флюсом равен 1, при сварке в активных защитных газах

ψ = - 4,72 + 0,176 i – 0,445 10^-4 i²,

б) для постоянного тока прямой полярности

α_н=(6,3+ 0,07/ d_эл^1,035 I_св)

в) для переменного тока

α_н= 0,2025(I_св/ d_эл) ^0,6

Для электродов УОНИ-13 α_н= 8 г/Ач, для электродов ЦМ α_н= 10 г/Ач

ρ– удельный вес наплавленного металла, г/см³;

F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см².

Погонная энергия может быть определена по уравнению

 

q_n=0,24I_св·U_д·h_и /Vсв, кал/см

Учитывая, что при ручной сварке несколько изменяются напряжение на дуге, коэффициент использования тепла дуги и значение коэффициента наплавки, с достаточной для практических расчетов степенью точности для всех марок электродов можно принять

q_n= 145 F_н, кал/см

 

Механизированными способами

 

Угловой шов можно рассматривать как стыковой с углом разделки 90˚.

Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от катетов или толщины свариваемых деталей по табл.7.

Выбор диаметра электрода при положении углового соединения в “лодочку”, (в нижнем положении).

Таблица 7

К, мм
dэл, мм	2 – 3 – 4	2 – 4 – 5	2 – 4 – 5	2 – 4 – 5

 

Плотность i тока выбирается в зависимости от диаметра применяемой проволоки по табл.8.

Таблица 8

dэл, мм
i, А/мм2

I_св=π d_эл²/4·i;

U_д=20+0,05·I_св/ dэл^0,5; (6.1)

V_св=A/I_св.(6.2)

Для определения коэффициента А можно пользоваться табл.6.

Критический ток определяется из уравнения

I_кр=I₀+m·V_св, (6.3)

где I₀ – условный критический ток при нулевой скорости сварки, А;

m – коэффициент, Ач/м.

Для сварки под флюсом I₀=350 А.

Коэффициент m назначают в зависимости от d_эл и способа сварки (табл.9).

Для получения заданной поверхности углового шва корректируют скорость сварки и величину тока на основании зависимостей:

I_св=I_кр – шов с плоской поверхностью;

I_св>I_кр – шов с выпуклой поверхностью;

I_св<I_кр – шов с вогнутой поверхностью.

 

При определении погонной энергии q _n по формуле (5.11) рекомендуется использовать значение η_и=0,85 ( при механизированной сварке).

Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле

V_п.п=4·α_н·I_св/π·d²_эл· ρ, (6.4)

где ρ – плотность основного металла – 7,8г/см³;

α_н – коэффициент наплавки 16 г/А·ч.

 

 

Таблица 9

dэл, мм	1,2	1,4	1,6		2,5				Способ сварки
Коэф. m, Ач/м		3,5	5,3	6,5	8,5	-	-	-	П/автоматическая сварка в среде СО2
	0,4		3,5	4,5	5,5	-	-	-	Автоматическая в СО2
	-	-	-						Автоматическая и п/автоматическая под флюсом в "лодочку"

 

Площадь внешней части поперечного сечения шва зависит от катета шва К

F_н=K²/2.(6.5)

Высота шва

H=d·K,(6.6 )

где d – коэффициент.

Глубина проплавления вертикального листа H равна

HI=в·K (6.7)

Коэффициенты d,в определяются по табл. 10 в зависимости от d_эл.

 

Таблица 10

dэл, мм	Коэффициент
d	в
3 – 5 при Iсв= 550 – 700 А 1,4 – 2,5 при Iсв =250 – 500 А 1 – 1,4 при Ісв =250 А	1,2 1,1 1,0	0,85 0,75 0,65

 

Ширина шва

в=ψ_пр·H.

 

И СВОЙСТВА ШВА И ЗТВ

Оптимизация технологического процесса сварки по химическому составу и по механическим характеристикам металла шва.

 

При разработке технологического процесса сварки в зависимости от требований можно рассчитывать все или только отдельные промежуточные и выходные характеристики:

а) температуру и скорость охлаждения металла и з.т.в., длительность его пребывания в опасном интервале температур (Т_мах, w_охл, t_в);

б) долевое участие основного металла в формировании шва, определяемое расчётом величин F_пр, F_н и коэффициентами γ, п;

в) химический состав металла шва для всех легирующих элементов;

г) механические свойства металла шва: предел прочности σ_вш, предел текучести σ_тш, относительное удлинение δ_ш, относительное поперечное сужение ψ_ш, ударную вязкость a _кш.

Расчёты по пунктам а и б обычно выполняют для всех сталей. Для конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей имеются приближённые формулы для расчётов по пункту г. Для закаливающихся можно выполнять расчёты по пунктам а – г, кроме того, с помощью термокинетических или изотермических диаграмм распада аустенита, оценить ожидаемую структуру металла шва и з.т.в., возможность возникновения закалочных структур и трещин.

С увеличением скорости охлаждения металла шва, вместо сравнительно мягких равновесных структур ферритно-перлитной стали, происходит образование неравновесных, мелкозернистых структур сорбита, бейнита и троостита, что приводит к заметному повышению прочности и уменьшению пластичности металла шва. Аналогичное явление проходит в сталях, которые с целью повышения их прочности, подвергаются процессу термического упрочнения стали (рис.2).

Рис. 2. Диаграмма изотермического превращения аустенита углеродистой стали

Механические свойства для конструкционных сталей оценивают с помощью безразмерных коэффициентов согласно рис.3.

 

Рис. 3. График для определения безразмерных коэффициентов

 

Из рис.3. видно, что значения коэффициента связано со скоростью остывания металла шва.

Зная скорость охлаждения для заданного режима сварки, определяют безразмерные коэффициенты и механические свойства металла шва по выражениям:

σ_вш=φ(σ)·σ_во;

σ_тш=φ(σ_г)·σ_то;

ψ_ш=φ(ψ)·σ_о; (8.1)

ΗΒ_ш=φ(σ_о)·ΗΒ_о;

δ_ш=0,43ψ_ш.

Некоторые авторы для конструкционных сталей рекомендуют использовать эмпирические зависимости:

σ_вш= 4,8 + 50C + 25,2Mn + 17,5Si + 23,9Cr + 7,7Ni + 8W + 70Ti + 17,6Cu + 2,9Al + 16,8Mo, кг/мм² (8.3)

Для относительного удлинения шва в %:

δ_ш= 50,4 – (21,8C + 15Mn + 4,9Si + 5,8Cr + 2,4Ni + 2,2W + 6,6Ti + 6,2Cu) + 17,1Al + 2,7Mo, (8.4)

Для ударной вязкости шва при Т=293К, кГс м/см

a_нш= 23,3 – (25,7C + 6,4Mn + 8,4Si + 2,4Cr + 1,6Ni + 0,5W + 15,4Ti + 4Cu + 18Al + 1,4Mo), (8.5)

Для предела текучести шва

σ_тш=0,73σ_вш (8.6)

ΗΒ=3,16σ_в, гк/мм²

(ω_ахл=3˚С/с).

Для относительного поперечного сужения

Ψ=2,32δ_ш.

В этих формулах значение каждого компонента принято в %. Формулы (8.3) и (8.6) справедливы при условии, что концентрация указанных элементов лежит в пределах:

C ≤ 0,3%; Si ≤ 1,0%; Мn ≤ 2,5%; Cr ≤ 3,0%; Ni ≤ 3,0%;

Mo ≤ 1,0%; Cu ≤ 3,0%; Al ≤ 0,75%; Ti ≤ 0,35%; W ≤ 2,0%.

Формулы справедливы для случая, когда скорость охлаждения металла не более 3⁰С/с. Если расчетные механические характеристики шва ниже характеристик основного металла, следует увеличить высоту шва (при σ_т^ш < σ_т^ом), изменить режим сварки или заменить сварочные материалы.

 

Суммарное содержание всех легирующих элементов не превышает 5% и скорость охлаждения металла шва не превышает 2 С/с (т.е. отсутствует эффект закалки).

Химический состав металла шва влияет, прежде всего, на его структуру и механические свойства, от него зависят технологическая и эксплуатационная прочность шва. Химический состав металла шва определяется составом основного и электродного металла и долей их участия в металле шва, а значит способом и режимом сварки.

Поэтому при оценке режима сварки по структурным критериям может возникнуть необходимость его корректировки.

Состав металла шва в пределах одного слоя является полностью однородным. Поэтому в расчётах химсостава слоя или шва учитывается доля участия основного металла шва

[X]_ш = [X]_ом γ + [X]_э(1- γ) + ΔΧ‚ (8.7)

где [Х]_шва – содержание элемента в шве или проходе, %;

[X]_оме – содержание элемента в основном металле, %;

[X]_э – содержание элемента в присадке;

ΔΧ- изменение содержания элемента в процессе сварки (см. приложение 7,

таблица 2)

γ – доля участия основного металла в металле шва;

п – доля участия присадочного металла в металле шва;

γ=F_пр/(F_пр+F_н)=F_пр/F_ш; (8.8)

п=F_н/(F_н+F_пр)=F_н/F_ш‚ (8.9)

где F_н – площадь наплавки;

F_пр – площадь проплавления;

F_шва – общая площадь шва.

доля участия может быть определена по графикам (рис5) и таблице (см. приложение 7,

таблица 1)

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Номер слоя

б)

2О 40 60 80 Vм/ч Скорость с&арки

 

Рис. 5.

Доля участия основного металла в шве при ручной (а) и

автоматической сварке (б).

1,2 - стыковой шов без разделки кромок при] = 70-100 А/мм²

и при] = 40-50 А/мм² соответственно;

3,4 - шов таврового соединения при] = 70-100 и] = 40-50 А/мм²

соответственно.

 

 

При расчете состава металла следующего валика необходимо учитывать долю участия основного металла и предыдущего валика. Содержание элемента в металле (п-го шва):

X_n = Х_ом γ _o + Х_n-1 γ _n-1+ X_э (1 - γ ₀ – γ _n-1) ± ΔХ (8.10)

Поскольку в наиболее неблагоприятных условиях находится именно корневой проход (при многопроходной сварке), обычно ограничиваются расчетом его химического состава.

Если свариваются разнородные стали одного структурного класса, доля участия каждой из них составляет γ_о¹ = γ_о² = 0,5 γ_о.

Если свариваются стали перлитного и аустенитного класса, то

γ_о^А = 0,6 γ₀; γ_о^п = 0,4 γ_о Тогда содержание элемента в металле шва рассчитывается по выражению:

Х_ш = Хом^А • γо^А + Хом^п■ γ^п + (1 - γ _n-1) X_э ± ΔХ (8.11)

Полученный состав по условиям сопротивляемости горячим трещинам и эксплуатационной ударной вязкости должен содержать определенное количество легирующих элементов.

Технологическая прочность металла аустенитного шва (сопротивляемость горячим трещинам) обеспечивается при содержании в структуре не менее 2% ферритной фазы. Если изделие эксплуатируется при Т = 375°С, количество ферритной фазы допускается не более 8% (иначе происходит охрупчивание). В остальных случаях допускается до 20%.

Количество структурных составляющих в металле определяется по диаграмме Шеффлера (рис 6). Для этого предварительно подсчитывается эквиваленты хрома и никеля (%):

С_{ч экв}=С_ч+Мо+1,5Si+0,5Nb+V+3,5Ti

Ni_экв=Ni+30C+0,5Mn.

Если химический состав или структура металла шва не удовлетворяют установленным требованиям, необходимо выбрать другие сварочные материалы или изменить режим сварки (долю участия основного металла γ_о).

 

Ni_экв .%

4 8 /2 Г6 20 24 28 32 36, С_{ч экв,%}

 

Рис. 6. Диаграмма Шеффлера

Рис. 7 Расчетный график для определения мгновенной скорости охлаждения. 1-полубесконечное тело 2- плоский слой 3 -пластина

 

9. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА СВАРКИ ПО СТРУКТУРНЫМ КРИТЕРИЯМ (не рассматриваете)

9.1. Низкоуглеродистые стали.

Механические свойства металла шва при сварке низкоуглеродистых сталей зависят только от скорости остывания и пластических деформаций металла шва в процессе его остывания.

Фактическая мгновенная скорость охлаждения (°С/с) рассчитывается по формулам Н.Н.Рыкалина для температуры наименьшей устойчивости аустенита (для низкоуглеродистых сталей Т_т= 500 °С).

при наплавке на массивное изделие:

W₀=2pl(Т_м-Т₀)²/ g_п (9.1)

при сварке листов встык со сквозным проплавлением

W₀=2plcp (Т_м-Т₀)³/ (g_п/d)² (9.2)

при двусторонней сварке для каждого прохода

 

W₀= w2pl(Т_м-Т₀)²/ g_п (9.3)

 

Безразмерный критерий процесса w=¦(1/q) определяется по рис.7.

1/q=2 g_п / pcp d ²(Т_м-Т₀) (9.4)

Скорость охлаждения 1-го (корневого) слоя при сварке в глубокую разделку вычисляется по формуле (9.3). При этом в формулы (9.3) и (9.4) подставляется

g _ппр= g_п 180/180-a; и d_пр=d•к₂, где: a- угол разделки: к₂ = 1.5 - для стыкового шва,

к₂ = 1 - для углового.

Предел прочности, предел текучести, твердость по Бринеллю и относительное сужение металла рассчитывается по формулам:

s_ь^ш=¦(s_ь)s_ь^ом

s_т^ш=¦(s_т)s_т^ом

y_ш=¦(y)y_ом

НВ_ш=¦(s_ь)НВ_ом

коэффициенты, ¦(s_ь);¦(s_т); ¦(y) определяемые по рис.3.

 

9.2. Низколегированные стали.

При расчете механических характеристик металла шва для низколегированных сталей, имеющих значение эквивалента углерода, определяемое по формуле (2.4), С, > 0,21, также необходимо учитывать влияние эффекта закалки, если скорость охлаждения металла шва более 3°С/с. В этом случае механические характеристики, определенные по формулам (4.7) - (4.11), необходимо умножить на коэффициенты, определяемые по графикам на рис..

 

9.3 Закаливающиеся стали

К ним относятся стали, содержащие более 0,25%С, а также стали, имеющие эквивалент углерода С> 0,45%.

При повышенном содержании углерода и других легирующих элементов мартенсит обладает повышенной хрупкостью, и именно его образование определяет склонность стали к холодным трещинам.

Существует несколько способов расчетной оценки возможности закалки на мартенсит и определения оптимальных условий сварки.

Использование диаграмм термокинет ического распада аустенита (приближенная оценка). На термокинетическую диаграмму наносится расчетная кривая скорости охлаждения при сварке на выбранных режимах, полученная расчетом значений мгновенной скорости охлаждения при различных значениях температуры, и устанавливается вероятная структура и твердость металла. Термокинетические диаграммы некоторых сталей приведены в работе/7/.

Использование диаграмм изотермического распада аустенита. Для получения в околошовной зоне металла, в котором будут отсутствовать закалочные структуры, необходимо, чтобы средняя скорость охлаждения в интервале температур от T₁ до (Т m - 55) не превышала предельного значения:

W_кр= T₁ - (Т m - 55)/ 3t _min(9.5)

где: T₁ - температура, соответствующая точке А_с на диаграмме

Fe - С;

Т m, tmin - соответственно температура минимальной устойчивости аустенита, °С, и минимальная продолжительность полного изотермического распада аустенита, с.

Использование результатов стандартных испытаний. При сварке некоторых сталей скорость охлаждения должна находиться в некотором интервале, чтобы не только исключить закалку, но и не допустить роста зерна, то есть должно быть выполнено условие:

W₀^min < Wo < W₀^min (9.6)

В этом случае расчетное значение скорости охлаждения, полученное по формулам (8.1) - (8.3), сравнивается с допускаемыми значениями (приложение 8).

Если W₀ < W^mm, следует погонную энергию дуги уменьшить.

Если W₀ > W^max, следует ввести подогрев. Температуру подогрева То можно определить из формул (8.1) - (8.3), подставляется в них W₀ = W^max.

Ориентировочно Т₀ вычисляется по методике Сефериана, учитывающей химический состав стали и ее толщину

Т₀ = 35оУс,-0,25 (9.7)

С

С_э = С_х (1 +0,005d),

где d - толщина металла, мм.

Здесь эквивалент углерода вычисляется по формуле:

Сх = С + (М_п + С,) /9 + Ni/18 + Mo/1

Полученная температура подогрева должна быть проверена по формулам

(5.1) - (5.3) и при необходимости откорректирована.

9.4. Высокопрочные стали (С < 0.2° о).

При содержании С < 0.2% образуется так называемый дислокационный мартенсит, обладающий высокой пластичностью. Поэтому склонность к холодным трещинам определяется не только образованием мартенсита (допускается в составе структуры до 30%), сколько содержанием водорода.

По рекомендации /4/ значения критических скоростей охлаждения вычисляется по формулам:

Wo^min = x ехр [5.637 - 8.723 (Р_см + Н/60)] (9.8)

Wo^min = -3.1 + 19.2 Рсм, (9.9)

где Рсм - показатель, учитывающий влияние химического состава стали:

Рсм = С+Мn/20 + Сr/20 + Си/20 +Si /30+Ni/60+Mo/15 + V/10 (9.10)

Н - содержание водорода в металле шва, см³/100 г мет.

x=1-0.24(d/d_к-1)-0,12 ((d/d_к-1)² при d > d_к

x= 1 при d < dк

Критическая толщина равна (мм):

d_к = 6,3+ 155(Р_см + Н/60)

Фактическая скорость охлаждения, вычисленная по формулам (9.3) - (9.5), сравнивается с критическими. При W₀ < W₀^min следует уменьшить погонную энергию дуги. При W₀ > W₀^max - ввести подогрев.

Температуру подогрева рекомендуется вычислять по выражению:

То = 350 {1 - ехр [-5 (Р_с - 0,27)]} (9.11)

Где Р_с= Р_см+Н/60+d/600 (9.12)

 

11. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ СВАРКИ ПО КРИТЕРИЮ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛА СОЕДИНЕНИЯ

 

Вследствие нагрева при сварке нержавеющей стали происходят структурные изменения, вызывающие межкрисаллитную коррозию. Коррозионная стойкость минимальна в интервале температур 680-780°С и зав сит от времени пребывания металла в этом интервале.

Установлено, что для сохранения стойкости металла шва и околошовной зоны против коррозии фактическое время пребывания металла при опасных температурах t,}, должно быть меньше критического t_k-p. Существует следующая зависимость:

t _кр >1,45å t _Ф (10.1)

или

t _кр > К t _ф, + К₁ å t _Ф (10.2)

где' t_ф1 - время пребывания при "опасных" температурах определяемого слоя, с;

åt_ф- суммарное время воздействия всех следующих слоев;

К и K₁ - поправочные коэффициенты, равные соответственно 2,1 и 1,74.

Время пребывания металла в опасном интервале температур можно вычислить по формуле:

t_ф= (780-680)/ Wcp

Wcp - среднее значение скорости охлаждения в интервале температур 680-780° или при температуре 730°, вычисляется по формулам (8.3), (8.4)

или (8.5)(Тm = 730° ).

Критическое время определяется из графика (рис.78/5/). В случае несоблюдения условия (9.1, 9.2) необходимо уменьшить значение погонной энергии.

 

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДОГРЕВУ И ТЕРМООБРАБОТКЕ

ПОСЛЕ СВАРКИ

В отдельных случаях при больших значениях углерода требуется подогрев перед сваркой (табл.12).

Таблица 12

С т а л ь	Рекомендуемый режим подогрева, оС
Низкоуглеродистая (до 0,22% С)	120 – 150о (на многослойных швах, при сварке толщин более 40мм)
Среднеуглеродистая (0,23 – 0,45% С)	150 – 300о
Высокоуглеродистая	300 – 450о
Низколегированная	200 – 250о
Легированная конструкционная	До 400о
Теплоустойчивая	250 – 400о
Жаропрочная аустенитная	без прогрева
Коррозионно-стойкая неаустенитного класса	До 400о

 

Если в результате сварки складываются неблагоприятные структуры, то необходимо после сварки термообработка по определённому режиму (табл.13).

 

 

Таблица 13

С т а л ь	Ориентировочный режим термообработки, оС
Углеродистая	Отпуск при 650 – 670оС для снятия сварочных напряжений, выравнивания структуры и механических свойств
Низколегированная повышенной прочности	Отпуск при 670 – 700оС для снятия сварочных напряжений, выравнивания структуры и механических свойств
Теплоустойчивая, 15ХМ; 12ХIMФ; 20ХЭМВФ	При толщине S >10мм отпуск при 700 – 730оС, при S =3,5мм отпуск при 720 – 740оС
Жаропрочная и коррозионно-стойкая	Сварочные соединения стали аустенитного класса, стабилизация при 780 – 820оС или аустеризация при 1000 – 1100оС. сварные соединения стали или ферритного класса – отпуск при 700 – 800оС.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Ориентировочные режимы сварки

 

1. Ручная дуговая сварка (n, dэ, Iсв)
Тип шва, обозначение	Определение числа проходов n

Стыковые швы

 

Однопроходная Многопроходная Примечание:

t, мм						t – толщина;
Fн, мм2						kf – катет;
n						Fн – площадь сечения шва;

n – число проходов.

Многопроходной

t, мм
Fн, мм2
n

Угловые швы

 

Однопроходные Многопроходные

kf, мм
Fн, мм2
n

Многопроходной

kf, мм
Fн, мм2
n

 

 

Выбор диаметра электрода dэ, мм
Однопроходная сварка	Многопроходная сварка
3 – 4	3 – 4 для первого прохода 5 – 6 для последующих проходов

Определение величины сварочного тока I_св: I_св=50 d_э

Примечание: прихватку выполняют электродом d_э =4мм.

II. Механизированная дуговая сварка в СО2 (n, dэ, Iсв, Ud, Vпр, lэ, Q)
Тип шва	Толщина металла t, катет kf шва, мм	Режим сварки	Группа конструкций
Число проходов n	Диаметр эл.проволоки dэ, мм	Сварочный ток Iсв,А	Напряжение на дуге Ud,В	Скорость подачи проволоки Vпр,м/ч
С 17	6 – 8   10 – 16	1 – 2   2 – 3	1,4 2,0 1,4 2,0	240 – 260 360 – 380 280 – 300 360 – 380	28 – 30 30 – 32 30 – 32 30 – 32	460 – 480 340 – 460 520 – 560 340 – 360	2,3,4 2,3,4
С 25	18 – 22   24 – 26   26 – 30	4 – 6   4 – 6	1,4 2,0 1,4 2,0 1,4 2,0	300 – 320 380 – 420 300 – 320 380 – 420 300 – 320 380 – 420	32 – 34 34 – 36 32 – 34 34 – 36 32 – 34 34 – 36	600 – 650 360 – 380 600 – 650 360 – 380 600 – 650 360 – 380	2,3,4 2,3,4, 2,3,4
Т 3	4 – 5   6 – 8   9 – 12		1,4 2,0 1,4 2,0 1,4 2,0	280 – 300 340 – 360 300 – 320 380 – 420 300 – 320 380 – 420	30 – 32 30 – 32 32 – 34 34 – 36 32 – 34 34 – 36	520 – 560 300 – 320 600 – 650 360 – 380 420 – 450 360 – 380	2,3,4 2,3,4 2,3,4

Примечание: 1. При сварке проволокой диаметром 1,4мм вылет электрода l_э =10 – 15мм; для диаметра d_э =2,0 l_э =20 – 25мм, соответственно.

2. Расход углекислого газа Q =1000 – 1200л/ч.

3. Прихваточные швы выполняются диаметром проволоки d_э =1,4мм за один проход для соответствующей толщины (катета)

 

III. Автоматическая дуговая сварка под флюсом (n, dэ, Iсв, Ud, Vпр, Vсв)
Тип шва	Толщина металла t, катет kf шва, мм	Режим сварки
Число проходов n	Диаметр эл.проволоки dэ, мм	Сварочный ток Iсв,А	Напряжение на дуге Ud, В	Скорость подачи проволоки Vпр, м/ч	Скорость сварки Vсв, м/ч
С 5	6 – 8 10 – 12 14 – 16			380 – 420 600 – 650 700 – 750	28 – 30 30 – 32 32 – 34	70 – 75 80 – 85 95 – 110	55 – 60 29 – 32 28 – 30
С 17	16 – 18 20 – 22			750 – 800 850 – 900	34 – 36 36 – 38	160 – 150 100 – 110	20 – 22 18 – 20
С 31	24 – 26 28 – 30			880 – 930 900 – 950	37 – 39 38 – 40	150 – 160 130 – 140	18 – 20 18 – 23
Т 1** Т10**				600 – 650 650 – 700 750 – 800 850 – 900 900 – 950 950 – 1000 1000 - 1100	34 – 36 34 – 36 34 – 36 36 – 38 38 – 40 40 – 42 42 – 44	120 – 140 160 – 170 180 – 200 120 – 130 130 – 140 140 – 150 170 – 180	55 – 60 45 – 50 40 – 45 35 – 37 32 – 35 30 – 32 26 – 28
Т 1* Т 10*				340 – 360 425 – 475 500 – 550	28 – 30 28 – 30 30 – 32
				850 – 900 900 – 950	36 – 38 38 – 40	120 – 130 130 – 140	35 – 37 32 – 35

* Режимы сварки угловых швов при горизонтальном положении стенки.

** При сварке в положении "в лодочку".

Таблица 2

Сварочное оборудование

 

Вид сварки	Источники питания	Аппараты для сварки
Наименование, тип	Ток Iсв, А	Наименование, тип	Основные характеристики
Ручная дуговая	Сварочный трансформатор ТД – 300 ТС – 500 Сварочный выпрямитель ВД – 301 ВС – 500	60 – 400 165 – 650     45 – 315 100 – 500	-	-
Механизированная дуговая в углеки