Урок №120-121

Тема уроку №120 - 121 

Лабораторно-практична робота №6  

"Вивчення загальних понять про зварюваність металів та її основних показників "

Нормалізація

Тема:«Вивчення загальних понять про зварюваність металів та її основних показників»

Мета: «Вивчити загальні поняття про зварюваність металів»

Здатність металів і сплавів до зварювання оцінюється по їх зварюваності.

Зварюваністю називається властивість або поєднання властивостей металів утворювати при встановленій технології зварювання з'єднання, що відповідає вимогам, обумовленим конструкцією і експлуатацією вироби.

Зварюваність сталі прийнято оцінювати за такими основними показниками:

1 Схильності металу до утворення гарячих і холодних тріщин.

2 До зміни структури в околошовной зоні і утворення гартівних структур.

3 відповідних фізико-механічних властивостей зварного з'єднання технічним умовам.

Низьковуглецеві і низьколеговані сталі мають гарну зварюваність і зварюються всіма способами без особливих труднощів. 

Вуглецеві і леговані сталі з вмістом вуглецю понад 0,3% (Наприклад, 45, 30ХГСА, 40ХНМА і ін.) Схильні до загартування в З. Т. В. при типових режимах зварювання і, таким чином, дуже чутливі до утворення холодних тріщин.

Для забезпечення отримання якісного зварного з'єднання необхідні:

1) попередній і наступний підігрів деталей до температури 100 ... 350 0С;

2) прогартовує електродів і флюсів при температурі 400 ... 450 0С, осушення захисних газів перед зварюванням (запобігає потраплянню водню);

3) термообробка після зварювання (низький і високий відпустку).

Контактну зварювання таких сталей виконують на м'яких режимах.

Зварювання високолегованих сталей

До них відносяться сталі, що містять більше 8 ... 10% легуючих елементів. При зварюванні цих сталей спостерігається утворення карбідів і їх виділення по границях зерен, утворення гартівних структур, вигоряння легуючих елементів, утворення тріщин (холодних і гарячих). Щоб уникнути цих явищ необхідно:

1) зварювання проводити з попереднім підігрівом (150 ... 400 0С);

2) не допускати перегріву металу (зварювання на малій погонной енергії);

3) застосовувати спеціальні склади флюсів та електродні матеріали (сприяє подрібненню зерна);

4) застосовувати термообробку після зварювання (високий відпустку або отжиг).

Оцінка зварюваності сталей включає в себе такі показники, як:

1. Схильність стали до утворення холодних і гарячих тріщин при зварюванні в металі зварного шва або зоні термічного впливу.

2. Схильність до утворення гартівних структур і зміни структури металу в зоні термічного впливу. У цій області відбувається сильне укрупнення зерен, і, як наслідок, зниження міцності.

3. Фізико-механічні характеристики зварного з'єднання

4. Відповідність спеціальних показників зварного з'єднання (таких як жароміцність, зносостійкість і ін.) 

Для оцінки зварюваності сталей застосовують таку величину, як вуглецевий еквівалент сталей (Секв). При визначенні вуглецевого еквівалента враховується хімічний склад сталей, тому що вплив легуючих елементів на зварюваність стали дуже велике. Особливо сильно на зварюваність впливає вуглець (С). Для визначення схильності металу до утворення холодних тріщин при зварюванні. застосовують такі формули розрахунку вуглецевого еквівалента:

Секв = С + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15,% - дана формула прийнята для розрахунку в Європейському стандарті

Секв = С + Mn / 6 + Si / 24 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4,% - ця формула для визначення вуглецевого еквівалента стали в стандартах Японії

Cекв = C + Mn / 20 + Ni / 15 + (Cr + Mo + V) / 10,% - така формула вуглецевого еквівалента пропонується Британським інститутом зварювання

Значення вуглецевого еквівалента дозволяє визначити, до якої групи зварюваності сталей відноситься та, чи інша марка, крім того, це значення понядобітся, щоб визначити температуру попереднього підігріву при зварюванні металів.

На зварюваність сталей впливають наступні фактори:

  Зміст вуглецю.

  Наявність шкідливих домішок.

  Ступінь легування.

  Вид мікроструктури.

  Умови зовнішнього середовища.

  Товщина металу.

Найбільш інформативним параметром є хімічний склад.

Розподіл сталей на групи зварюваності

З урахуванням усіх перерахованих факторів, зварюваність сталі має різні характеристики.

Класифікація сталей за зварюваністю.

  Хороша (при значенні З екв >=025%): для низьковуглецевих сталевих деталей; не залежить від товщини виробу, погодних умов, наявності підготовчих робіт.

  Задовільна (025%<=З екв <=035%): присутні обмеження до умов навколишнього середовища і діаметру зварюваної конструкції (температура повітря до -5 у безвітряну погоду, товщина до 20 мм).

  Обмежена (035%<=З екв <=045%): для утворення якісного шва необхідний попередній підігрів. Він сприяє «плавним» аустенитним перетворень, формуванню стійких структур (ферритно-перлітні, бейнитние).

  Погана (З екв >=045%): формування механічно стабільного зварного з'єднання неможливо без попередньої температурної підготовки кромок металу, а також подальшої термічної обробки звареної конструкції. Для утворення потрібної мікроструктури необхідні додаткові підігріви і плавні охолодження.

Групи зварюваності сталей дозволяють легко орієнтуватися в технологічних особливостях зварювання конкретних марок низьковуглецевих сплавів.

В залежності від групи зварюваності сталей і відповідних технологічних особливостей, характеристики зварного з'єднання можна коригувати за допомогою послідовних температурних впливів.

Виділяють 4 основних способу термообробки:

гартування, відпуск, відпал і нормалізація.

Найбільш поширеними є гарт і відпустка для твердості і одночасної міцності зварного шва, зняття напруги, попередження утворення тріщин. Ступінь відпустки залежить від матеріалу і бажаних властивостей.

 Термообробка металевих конструкцій при проведенні підготовчих робіт проводиться:

  відпалом – для зняття напруг всередині металу, забезпечення його м'якості і податливості;

попереднім підігрівом з метою мінімізації перепаду температур.

Раціональне управління температурними вплив дозволяє:

  підготувати деталь до робіт (зняти всі внутрішні напруги шляхом подрібнення зерен);

  знизити перепади температур на холодний метал;

  поліпшити якість зварного об'єкта шляхом термічної корекції мікроструктури.

Корекція властивостей шляхом перепадів температур може мати місцевий або загальний характер. Підігрів кромок здійснюється за допомогою газового або електродугового обладнання. Для нагрівання всієї деталі і плавного охолодження використовуються спеціальні печі.

                 Добавки, що впливають на зварюваність сталі:

·                Мідь. Наявність цього металу в складі сталевого сплаву позитивно позначається на його здатності утворювати зварні з'єднання. Мідні домішки роблять матеріал шва міцнішим, підвищують його в'язкість, пластичність і стійкість до корозії.

·         Азот. Ця добавка зменшує температуру в зварювальній ванні. Нітрид заліза, що утворюється при зварюванні, підвищує твердість металу, але знижує зварюваність.

·                     Титан і ніобій. Присутність у складі сталевого сплаву цих двох елементів підвищує зварюваність металу і компенсує негативний вплив на нього інших легуючих елементів.

·                    Вольфрам. Негативно позначається на здатності сплаву утворювати зварні з'єднання, оскільки сприяє підвищенню його окислюваності.

·                  Нікель. Збільшує пластичність і міцність сталі. Концентрація цієї добавки в легованих сталях - від 5 до 35 %.

·            Хром. У невеликих обсягах (до 0,25 %) цей легуючий елемент не впливає на зварюваність. Тільки коли процентна частка перевищує 1 %, здатність до утворення зварних швів починає падати. Поява тугоплавких оксидів знижує хімічну стійкість металу, а в місцях підвищеної концентрації карбідів він стає чутливим до корозії.

·                     Молібден. Вводять до складу сплаву, щоб підвищити пластичність і зміцнити його. Однак можливий негативний вплив домішки на якість зварних швів.

·                   Кремній. Не будучи обов'язковою добавкою, сильно розкисляє сталевий сплав і погіршує зварюваність. Концентрація цього елемента понад 1,5 % викликає інтенсивне утворення тугоплавких оксидів і шлаку.

·                         Марганець. Ця домішка не погіршує зварюваності сталі, але в концентрації понад 1 % метал підвищує ймовірність утворення тріщин і формує зони термічного впливу.

·                        Ванадій. Позитивно позначається на загальних характеристиках сталевих сплавів, підвищуючи в'язкість і пластичність.

·                                 Розрахунок зварюваності сталі.

Для того щоб зрозуміти, як здатність конкретного сталевого сплаву залежить від хімічного складу, для підвищення загартовуваності необхідно враховувати і легуючі добавки. Вміст кожної з них перераховується в еквівалентну за впливом на здатність до загартовування кількість вуглецю з використанням емпіричних коефіцієнтів. Для сумарної кількості в металі вуглецю та еквівалентних йому легувальних добавок використовують термін "вуглецевий еквівалент".

Формули для його розрахунку складено за низкою методик, що дають змогу визначити, як хімічний склад низьколегованої сталі позначається на її зварюваності:

·                                 СЕКВ = С + Мп/6 + Сг/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Сі/15 (метод МІС);

·                                 СЕКВ = С + Мп/6 + Si/24 + Ni/40 + Сг/5 + Мо/4 (японський метод);

·                                 [С]Х = С + Мп/9 + Сг/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сеферіана).

Цифрами тут вказано процентний вміст (у масових частках) відповідного хімічного елемента.

2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Прочитати теоретичну частину,відповісти на питання і зробити  висновок.

Контрольні питання.

1.Що таке зварюваність?

2.За якими за такими основними показниками прийнято оцінювати зварюваність сталі?

3.Які сталі мають гарну зварюваність і зварюються всіма способами без особливих труднощів?

4.Що необхідно для отримання якісного зварного з'єднання?

5.Яку величину застосовують для оцінки зварюваності сталей?

6.Що дозволяє визначити, до якої групи зварюваності сталей відноситься та, чи інша марка?

7.Які фактори впливають на зварюваність сталей?

8.Назвіть 4 основних способів термообробки.

9.Яка добавка зменшує температуру в зварювальній ванні?

10.Яка добавка збільшує пластичність і міцність сталі?

ТЕСТИ