Способы расчета свариваемости

Свариваемостью называется свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки неразъёмное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Различают физическую и технологическую свариваемость.

Физическая свариваемость – свойство материалов давать монолитное соединение с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость – технологическая характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность при этом образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами.

Свариваемость металла зависит от его химических и физических свойств, кристаллической решётки, степени легирования, наличия примесей и других факторов.

Назовём основные показатели свариваемости металлов и их сплавов:

• Окисляемость при сварочном нагреве, зависящая от химической активности металла;

• Чувствительность к тепловому воздействию сварки, которая характеризуется склонностью металла к росту зерна, структурным и фазовым изменениям в шве и зоне термического влияния, изменениям прочностных и пластических свойств;

• Сопротивляемость образованию горячих трещин;

• Сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке;

• Соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным требованиям.

Кроме перечисленных основных показателей свариваемости имеются ещё показатели, от которых зависит качество сварных соединений. К ним относят качество формирования сварного шва, величину собственных напряжений, величину деформаций и коробления свариваемых материалов и изделий.

Окисляемость металла при сварке определяется химическими свойствами свариваемого материала. Чем химически активнее металл, тем больше его склонность к окислению и тем выше должно быть качество защиты при сварке. Это особенно наглядно видно на примере железоуглеродистых сплавов. Как известно, сталь в основном состоит из железа с неизменной примесью углерода.

Свариваемость стали принято оценивать по следующим показателям:

• Склонности металла шва к образованию горячих и холодных трещин;

• Склонности к изменению структуры в околошовной зоне и к образованию закалочных структур;

• Физико-механическим качествам сварочного соединения;

• Соответствию специальных свойств сварного соединения техническим условиям.

Технология сварки (вид сварки, сварочные материалы, техника сварки) выбирается в зависимости от основного показателя свариваемости (или сочетаний нескольких показателей) для каждого конкретного материала.

По содержанию углерода стали разделяются на: низкоуглеродистые (до 0,25% С); среднеуглеродистые (0,25-0,4% С); высокоуглеродистые (0,46-0,9% С). Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, широко применяемые для строительных конструкций. Сварка среднеуглеродистых сталей возможна при условии соблюдения особой технологии, включающей, как правило, предварительный подогрев и последующую термообработку, устраняющие закалку соединения.. Ручная дуговая сварка высокоуглеродистых сталей не рекомендуется. Она возможна только при соблюдении технологии, которая, однако, не всегда обеспечивает получение соединения, равнопрочного основному металлу.

Кроме углерода в стали и шве содержатся Mn и Si, попадающие в металл в процессе раскисления. Для повышения прочностных характеристик и приобретения особых свойств стали (коррозионной стойкости, жаропрочности и т.п.) применяют легирование металла различными полезными элементами, которые, улучшая его свойства, вместе с тем ухудшают его свариваемость. Легированные стали разделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на: низколегированные (не более 2,5%); легированные (2,5-10%) и высоколегированные (более 10%). Свариваемость стали можно приближенно определить по количеству легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду, по формуле:

C, Mn, Si и др. – содержание в стали этих элементов, %.

Свариваемость стали 30Г - ЭтоСталь конструкционная легированная. Такой вид стали применяют для улучшаемых деталей, к которой предъявляются требования невысокой прочности: тяги, оси, цилиндры, диски, болты, гайки, винты и другие. Конструкционные лигированые стали типа 30Г поставляют в виде сортового проката по ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88. В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначение элемента, показывает его содержание в процентах. Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %. Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А. Например, сталь 30Г (0,30 %). Она обладает высокой прочностью (σ_в = 640…780 МПа, σ_0,2 = 440…540 МПа) и относительно низкой пластичностью (δ = 6…20 %, ψ = 45 %). Может применяться при температуре -80^оС (Толщина стенки не более 100 мм).

Сталь 30Г сваривается ограниченно. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуем подогрев и последующую термообработку. КТС без ограничений.

Сталь конструкционной марки 30Г сваривается ограниченно. С увеличением углерода в стали зона термического влияния и шов закаливаются, увеличивается твердость, сварные соединения становятся более хрупкими и склонными к образованию трещин.

Удовлетворительные стали имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильных режимах сварки получается качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Рис. 13. Напряжение сварочное и критическое при послеварочном нагреве

Рис. 14. Напряжение сварочное и критическое без предварительного подогрева

Рассмотрев три расчета на свариваемость стали 30Г,работающей в одинаковых условиях после каждого способа сварки. Можно сделать вывод, что наилучший способ сварки для данной стали,является сварка в среде защитных газов(СО₂)с послесварочным нагревом 400 ⁰C в течении 2 часов.При этой сварке мы получаем наилучшую структуру металла шва, сварочное напряжение, и наименьшую вероятность образования трещин.

В данном курсовом проекте был рассмотрен косвенный метод оценки свариваемости металла через программу “Свариваемость легированных сталей”. А так же сделан вывод, что для стали 30Г наиболее лучшим способом сварки является сварка в среде защитных газов (СО₂).

Список литературы, использованной при выполнении

1. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов по специальности «Оборудование и технология сварочного производства» / В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров и др.; Под редакцией В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1988. 559с.

2. Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х томах. / Редкол.: Г.А. Николаев (пред.) и др. М: Машиностроение, 1978-79.

3. Марочник сталей и сплавов / /В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общей редакцией Б.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.