Розрахунок нагрівання та структурних перетворень під час зварювання

Для визначення лінійних розмірів ЗТВ для першого режиму користуємося рис. 1. ЗТВ знаходиться в інтервалі  температур від 730 °С до температур близьких до плавлення, а саме 1400 °С. На графіку ця зона обмежена кривими Y₃ = 0.0052 і Y₇ = 0.0068. Переносимо ці значення на площину XOY і визначаємо дійсні значення Y₃ = 5.2 мм та Y₇ = 6.8 мм.

Величина зони термічного впливу визначається: Y₇ - Y₃ = 6.8 – 5.2 = 1.6 мм.

Отже, для першого режиму зварювання величина ЗТВ складає 1.6 мм.

Аналогічно знаходимо  лінійні розміри ЗТВ для другого  режиму зварювання, за допомогою рис. 2. В інтервалі температур 730 °С – 1400 °С ця зона обмежена кривими Y₃ = 0.0083 і Y₈ = 0.011, тобто Y₃ = 8.3 мм і Y₈ = 11 мм.

Отже, величина ЗТВ для другого режиму складає: Y₈ - Y₃ = 11 – 8.3 = 2.7 мм.

Аналізуючи отримані результати можна зробити висновок, що розмір ЗТВ при другому режимі зварювання більший, ніж розмір ЗТВ при першому  режимі зварювання.

Для визначення кінцевої структури  точки, котра нагрілась до 1650 °С, а також - структури в різних ділянках ЗТВ, що нагрілись в інтервалі температур АС1 - Т_пл, необхідно використати розрахований термічний цикл точки і зіставити його з діаграмою анізотермічного розпаду аустеніту заданої сталі. Можна також скористатись структурною діаграмою, котра пов'язує кінцеву структуру із швидкістю охолодження. Визначити миттєву швидкість охолодження за певної температури можна шляхом графічного диференціювання відповідної ділянки термічного циклу.

4.6 Визначення швидкості охолодження

Для даного завдання швидкість  охолодження обраховують за формулою:

 

де Т₀ - температура до зварювання; Т₀ - 20°С.

Знаходимо швидкість охолодження  для першого режиму.

Т = 550 °С;     Т₀ = 20 °С;

V := 0,0125 м/с

λ := 40 Вт/(м • град)

q := 8.1•10³ Вт

_¹ = 102 °С/сек.

Для другого режиму зварювання:

Т = 550 °С;   Т₀ = 20 °С; 

V := 0,01 м/с

λ := 40 Вт/(м • град)

q 530:= 17,01•10³ Вт

_² = 36,1 °С/сек.

Визначення кінцевих структур.

За допомогою визначених швидкостей охолодження та структурної  діаграми зображеної на рис. 7 визначаємо кінцеву структуру для двох режимів  зварювання.

При першому режимі зварювання кінцева  структура сталі буде містити 20% мартенситу, та 80% перліт + бейніт.

При другому режимі зварювання кінцева  структура сталі буде містити 100% мартенситу.

Аналізуючи отриману структуру  для першого і другого режимів  зварювання, можна зазначити, що, при  першому режимі, сталь не схильна до мартенситного перетворення, так як мартенситу є не більше 20%, а отже сталь не схильна до утворення холодних тріщин. При другому режимі структуру сталі становить мартенсит, якого є 100%. Отже сталь дуже схильна до утворення холодних тріщин. Щоб цього уникнути, потрібно проводити після зварювальну термообробку – низький відпуск (150-250 °С),  для отримання структури мартенситу відпуску й часткового усунення гартувальних внутрішніх напружень. Після низькотемпературного відпуску дещо підвищується в’язкість сталі без помітного зменшення твердості і зносостійкості.

4.7. Оцінка технологічної  міцності зварних з'єднань.

Технологічна міцність зварних  з'єднань — це їх здатність без  руйнувань витримувати різні  дії, які можуть виникнути в процесі, зварювання, вистигання або вилежування  зварних конструкцій під впливом  зварювальних деформацій і напружень.

Основним критерієм технологічної  міцності зварних з'єднань, який визначає їх експлуатаційну надійність, є опір утворенню гарячих і холодних тріщин.

Технологічна міцність зварного з'єднання  попередньо оцінюється за хімічним складом  за методом визначення еквівалента  вуглецю (Се) за формулою:

Се =С + Mn/6 + (Ni+Cu)/15 + (Сг + Мо + V)/5.

При товщині зварних елементів  до 10 мм сталі, в яких Се = 0,2-0,35% зварюються добре, при Се = 0,45-0,5% допускається зварювання без підігріву. При більш високому вмісті Се необхідна різна ступінь  підігріву або зварювання взагалі  неможливе. Залежно від хімічного  складу сталь може мати задовільну опірність гарячим і холодним тріщинам, при вмісті вуглецю і  легуючих елементів на нижніх границях і практично не зварюватися при  їх вмісті на верхніх границях.

Сталі, в яких Сек менше за 0,45, вважаються не схильними до утворення холодних тріщин, а при більших його величинах - потенційно схильними.

Хімічний склад сталі 18Х2ВФ.

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	S	P	W	V
0.14	0.31	0.41	2.28	0.13	-	0.017	0.017	0.4	0.21

 

Се =0,14 + 0,41/6 + (0,3+0)/15 + (2,28+0+0,21)/5 = 0,726%

Отже, дана сталь є потенційно схильною до утворення холодних тріщин.

Керування структуроутворенням. Керування структуроутворенням передбачає зменшення вмісту мартенситу та нижнього бейніту, а також підвищення температури їхнього утворення а отримання найсприятливішої внутрішньої тонкої структури при мінімально можливому розмірі зерен.

Для вибраного хімічного складу сталі регулювання структури  у зварному з'єднанні можливо  фактично єдиним способом, а саме - термічним  циклом зварювання.

Для вуглецевих і низьковуглецевих сталей, що не містять карбідотвірних елементів, найважливішим параметром є швидкість охолодження в інтервалі температур 800...900 К. Для них не складно підібрати режим зварювання, що забезпечує таку її величину, при якій отримується ферито-перлітна чи перліто-бейнітна структура, не схильна до утворення холодних тріщин.

Вибір хімічного складу металу шва. Найоптимальнішим є такий варіант, коли за хімічним складом зварний шов не відрізняється або дуже мало відрізняється від основного металу. Хімічний склад металу шва та основного металу - основний чинник, який впливає і на величину температурного інтервалу крихкості ТІК, і на деформаційну здатність сталі, і на інтенсивність деформації. Найефективніший спосіб підвищення технологічної міцності за рахунок хімічного складу - зменшення в зварному шві вуглецю і таких шкідливих домішок, як сірка та фосфор.

В цілому, збільшення погонної енергії, що веде до зниження швидкості охолодження  швів та наплавлених валиків, є позитивним щодо стійкості до тріщино-утворення.

Для того, щоб не отримати технологічних  дефектів застосовують попередній підігрів до температури 370...570 К. Це дозволяє збільшити  погонну енергію і одержати необхідну  швидкість охолодження, яка в  свою чергу, дозволяла б отримувати структуру, яка буде не схильною до утворення тріщин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок.

При виконанні курсової роботи виконуючи  розрахунки температурних полів  та будуючи відповідні її графіки  розподілу температур вздовж осі  шва я прийшов до висновку, що на якість зварного з'єднання значною  мірою впливає погонна енергія, яка є різною для різних режимів  зварювання. Погонна енергія залежить від потужності зварювальної дуги та швидкості зварювання.

Проаналізуємо вплив погонної енергії  на:

• Ізотерми

Як видно з графіків ізотерм  збільшення погонної енергії температурне поле розширюється, криві видовжуються в напрямку осі X та розширюються в  напрямку осі У. Із зменшенням навпаки - звужуються в напрямках осей X та У.

• Термічні цикли

Збільшення погонної енергії робить криву залежності температури від  часу менш спадною, тобто спад температури  відбувається повільніше, а це означає, що зменшується швидкість охолодження. Також збільшення погонної енергії  збільшує час досягання температури  плавлення. І навпаки із зменшенням енергії крива стає більш крутоспадною, швидкість охолодження збільшується, час досягання температури плавлення - зменшується.

• Кінцеву структуру

На кінцеву структуру погонна  енергія впливає через швидкість  охолодження, адже залежність між ними обернено пропорційна. Тобто із збільшенням  погонної енергії швидкість охолодження  зменшується і навпаки.

Через це при різних режимах зварювання кінцева структура відрізняється. Отже, зростання погонної енергії  підвищує міцність.

 

 

Список використаної літератури.

1. Палаш В.М. Металознавчі  аспекта зварності залізовуглецевих сплавів.- Львів.:

ТзОВ: "КІНПАТРІЛТД", 2003, - 236с.

2. Теория сварочных процесов / Под ред. В.В. Фролова. - М.: Высш.шк.,1988. -

599с.

3. Шоршоров М.Х., Белов В.В. Фазовые превращения и изменение свойств стали

при сварке: Атлас- М.: Наука, 1972. - 424с.

4. Сварка в машиностроении / Под ред. Н.А. Ольшанского. Т. 1 -М.:

Машиностроение, 1978. - 540С.

5. Багрянский К.В., Добротина З.А., Хренов К.К. Теория сварочних процессов. 2-е

изд. Перераб.- К.: Выща шк., 1976. - 424с.