Розрахунок нагрівання та структурних перетворень під час зварювання

Одержати ізотерми можна розрахунковим способом. Для цього, користуючись відповідними формулами, необхідними на площині XOY знайти координати X і Y точок, що мають однакову температуру (температуру ізотерми ).

Значно простіше ізотерми одержують графічною перебудовою кривих розподілу температур вздовж осі X. При цьому необхідно, щоб для кожної ізотерми кількість точок була не меншою за 8 - 10. Якщо ж їх одержується менше, то треба доповнити розрахункові дані з розподілу температур вздовж осі X додатковими за інших значень Y.

Криві ізотерми для двох режимів зварювання зображені відповідно на рис. З і рис,4.

Аналізуючи ці криві, можна відмітити, що ізотерми для першого режиму зварювання більше витягнуті відносно осі X, ніж ізотерми для другого режиму зварювання, тобто кількість теплоти, що виділяється при першому режимі зварювання інтенсивніше, більше розповсюджується від джерела нагрівання, ніж при другому режимі.

Пропорційне збільшення потужності зварювальних дуг та швидкості зварювання змінює температурне поле так, що ізотерми видовжуються в напрямку переміщення джерела, в той час як ширина їх збільшується менш помітно.

При великих швидкостях зварювання ізотерми ще більше наближаються до прямих, паралельних до осі ОХ. Це приводить до того, що теплота в основному розповсюджується в напрямку, перпендикулярному до осі шва.

7.Побудова термічних циклів

10.Визначення кінцевих структур

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

Рис.7. Структурна діаграма для сталі 40Х

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

При другому режимі зварювання кінцева структура сталі буде містити 98% мартенситу та 2% перліт+бейніту.

Аналізуючи отриману структуру для першого і другого режимів зварювання, можна зазначити, що сталь схильна до утворення холодних тріщин.

11.Оцінка технологічної міцності зварних з'єднань

У процесі кристалізації та формування металу шва можливе утворення тріщин у зварному з'єднанні. Залежно від температур, при яких вони утворюються, тріщини можна розділити на дві групи: гарячі (високотемпературні) і холодні (низькотемпературні).

Гарячі тріщини виникають при температурах кінця затвердіння металу (вище 800°С).

Створенню гарячих тріщин сприяє підвищений зміст в шві сірки, вуглецю, кремнію і нікелю. Так, сірка і нікель утворюють із залізом легкоплавкі евтектики, що розташовані по межах зерен і збільшують ймовірність утворення тріщин у шві. На створення тріщин впливає напрям зростання кристалітів. Так, вузькі шви з глибоким проваром більш схильні до утворення тріщин, ніж широкі шви з невеликим проваром.

Для зменшення схильності металу до створення гарячих тріщин застосовують наступні заходи:

-використовують зварювальні матеріали з мінімальним вмістом сірки і вуглецю, який сприяє посиленню ліквації сірки;

- підвищують зміст в металі шва марганцю, який знижує зміст сірки та виводить її в шлак, такий процес називають рафінуванням металу шва; - вводять в шов елементи, що модифікують (титан, алюміній), та сприяють подрібненню структури;

- проводять попередній і супутній підігрів виробу, який зменшує величину розтягуючої напруги в зварному шві.

Холодні тріщини створюються при температурі нижче 300° С. Вони виникають на межах зерен, а потім з часом (до декількох діб) розповсюджуються у шві та біля шовній зоні основного металу. Найчастіше холодні тріщини утворюються в зварних швах, що гартуються. На схильність стали до створення холодних тріщин впливає підвищений зміст вуглецю та легуючих елементів, що викликають гартування, наявність в шві водню, забруднення фосфором, швидке охолодження шва.

З метою зменшення схильності металу до утворення охолодження тріщин застосовують наступні заходи:

- використовують зварювальні матеріали з мінімальним вмістом фосфору, що надає сталі холодноламкість;

- застосовують прожарення електродів і флюсів, а також осушення захисних газів з метою виведення вологи, що є джерелом попадання водню в шов;

- проводять гаряче проковування швів після зварювання для зняття або зменшення внутрішньої напруги;

- при необхідності застосовують попередній або супутній підігрів зварюваних виробів.

Технологічну міцність оцінюють, аналізуючи стійкість з'єднань до утворення гарячих і холодних тріщин.

Схильність сталі до утворення холодних тріщин зазвичай оцінюють за величиною вуглецевого еквіваленту:

Сталі, в яких Секв менше за 0.45, вважаються не схильними до утворення холодних тріщин, а при більших його величинах ? потенційно схильними.

Таблиця 3. «Хімічний склад сталі 40Х»

Секв = 0.63, отже дана сталь потенційно схильна до утворення холодних тріщин. Технологічну міцність слід оцінювати аналізуючи стійкість з'єднання до утворення гарячих та холодних тріщин.

Регулювання структури зварних з'єднань з метою підвищення стійкості до утворення холодних тріщин зводиться до таких заходів: зменшення кількості низькотемпературних продуктів розпаду аустеніту, мартенситу та бейніту, підвищення дисперсності мартенситної та бейнітної складових, подрібнення аустенітних зерен.

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 тріщиноутворення.

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 була б 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, при збільшенні 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 літератури

Размещено на Allbest.ru