1 (Практические занятия)

Практическое занятие №1. Основные методы определения свариваемости.

Трудоемкость _6__ часов.

Показатели свариваемости определяются на:

- стойкость металла шва против кристаллизационных трещин;

- стойкость металла шва и околошовной зоны против холодных трещин;

- испытания стойкости металла шва и околошовной зоны против перехода в хрупкое состояние.

- проверка механических свойств металла шва и околошовной зоны;

- оценка стойкости против образования пор.

Применяемые на практике методы определения свариваемости используются для проверки свойств основного металла и выяснения пригодности данной технологии сварки или сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки, флюсов, защитных газов) для изготовления конструкции, соответствующей требованиям эксплуатации.

Все испытания, проводимые для определения показателей свариваемости, условно можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся испытания, применяемые при разработке новых марок стали, новых способов сварки и сварочных материалов, новых типов конструкций и при выборе марки стали, которая при данной технологии обеспечивает возможность получения качественной конструкции. Эту группу испытаний проводят, как правило, исследовательские организации в лабораторных условиях. Ко второй группе относятся испытания, применяемые при проверке кондиционности данной уже изученной марки стали или данного сварочного материала и при проверке пригодности изученной марки стали для изготовления новых конструкций. Вторую группу испытаний, как правило, производят в заводских условиях.

Методы определения показателей свариваемости можно разделить на прямые, при которых оценку производят путем сварки образцов заданной конструкции, и на косвенные, при которых сварочный процесс заменяют другим, имитирующим его процессом. Косвенные методы испытания следует рассматривать только как предварительные. Результаты их в большинстве случаев должны быть проверены путем прямых испытаний. Методы определения показателей свариваемости весьма разнообразны и многочисленны. В литературе описано более 200 таких методик. Тип образца обычно выбирают исходя из стремления максимально приблизить условия его испытания к условиям эксплуатации конструкции.

Косвенные методы оценки свариваемости металлов

Косвенные методы оценки свариваемости металлов (количественные) заключаются в оценке количества углерода и легирующих элементов в стали, и полученное количество сопоставляется с так называемым эквивалентным содержание углерода Сэкв по которому оценивают свариваемость. Формул для определения Сэкв до десятка, и достоверность их, в принципе, весьма относительная, так как формулы эти эмпирические, т. е. без вывода. Вот некоторые из них:

1) Сэкв. = С + Mn/6 + Сr/6 + Si/5 + Cu/7 + Р/2 + Ni/12 + Mo/4 + V/5. Это уточненная формула для всех сталей, т. е. общепринятая формула.

2) Для малоуглеродистых сталей:Сэкв. = С + Mn/6 + 0,0245, где S - толщина свариваемой кромки (наибольшей) (по разработке Челябинского политехнического института (ЧПИ, ныне ЮрГУ).

3) Для легированных сталей (по ЧПИ): Сэкв. = C + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10 + 0,0248 S, где S- толщина металла.

4) Для различных сталей (по К. К. Хренову): Сэкв. = C + Mn/6 + Сr/3 + Ni/15 + V/5.

5) Сэкв = С + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Сu)/15 - для всех марок сталей (по журналу "Сварочное производство", 1969, № 5.).

В общем случае по свариваемости все стали условно подразделяют на четыре группы.

1. Хорошо сваривающиеся - до 0,3% углерода.

2. Удовлетворительно сваривающиеся - до 0,38% углерода.

3. Ограничено сваривающиеся - до 0,48% углерода.

4. Плохо сваривающиеся - свыше 0,48% углерода.

Как видно, основным критерием этого разделения является количество углерода (не эквивалента углерода). Углерод влияет на склонность к закалочным структурам в околошовной зоне и на образование холодных трещин при наличии таких структур.

Для получения качественного сварного соединения из сталей с плохой свариваемостью необходимо применять различные специальные технологические приемы, например различные виды термообработки (подогрев, отжиг, нормализация, отпуск) как перед сваркой, так и в процессе сварки и после нее.

При оценке сталей на свариваемость учитывают следующее

Углерод увеличивает твердость и уменьшает пластичность, приводит к закаливаемости ЗТВ и к появлению трещин, к увеличению количества газовых пор в процессе окисления при сварке.

Марганец - при содержании до 1% не ухудшает свариваемость и не затрудняет сварку. В качестве хорошего раскислителя он способствует уменьшению содержания кислорода в стали. Однако при содержании более 2,5% свариваемость ухудшается, так как повышается твердость стали, появляются закалочные структуры, могут быть трещины.

Кремний - до 1% вводится как раскислитель и не влияет на свариваемость. Но при содержании кремния более 2,5% свариваемость ухудшается, так как образуются тугоплавкие оксиды, ведущие к появлению шлаковых включений, повышаются прочность и твердость, а вместе с этим и хрупкость.

Хром - до 0,6% не отражается на свариваемости. При содержании хрома более 1% свариваемость ухудшается и особо при повышении содержания углерода.

Никель - в обычных углеродистых сталях никеля до 0,3%, а в высоколегирующих - до 28%. Никель, вместе с прочностью, повышает и пластичность металла сварного соединения и не ухудшает, а даже улучшает свариваемость.

Молибден - в сталях от 0,5 до 3% существенно увеличивает прочность и ударную вязкость стали, но ухудшает свариваемость, повышает склонность к образованию трещин в шве и переходной зоне.

Медь - содержание ее в сталях до 1% улучшает свариваемость, повышает их прочность, пластические свойства, ударную вязкость и коррозионную стойкость.

РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ СВАРИВАЕМОСТИ

Расчетно-статистический метод оценки стойкости сплавов против образования ГТ.
Этот метод является косвенным, так как основан на использовании параметрических уравнений, составленных с помощью регрессионного анализа.

Метод применим только для тех сплавов, которые входят в концентрационные пределы изученных композиций.

Так же используя этот метод невозможно учесть аномалии по примесям, не входящим в используемые параметрические уравнения, а так же аномалий по технологическим параметрам сварки, выходящим за исследованные пределы.

Поэтому этот метод рекомендуется только для приближенных экспресс-оценок.

Рекомендуемые параметрические уравнения

Расчетно-статистический метод оценки стойкости сплавов против образования ХТ.

В основе этого метода лежат параметрические уравнения, полученные статистической обработкой экспериментальных данных. Эти уравнения связывают выходные параметры(в данном случае склонность к образованию горячих трещин) с входными параметрами (химический состав стали, толщина конструкции и т.д) без анализа физических и химических процессов, происходящих в металлах при сварке. Эти уравнения используются в рамках значений параметров, исследовавшихся в экспериментах, хотя данные уравнения выражают зависимости, экстраполяция которых даст, в случае выхода за пределы изученных композиций, с большой долей вероятности верный результат исследования.

Основными параметрами оценки склонности сталей к образованию холодных трещин являются эквивалент углерода( СЭКВ) и параметр трещинообразования PCM

Для определения значения эквивалента углерода в мировой практике используется несколько различных параметрических уравнений, ниже приведены основные из них:

-рекомендуемые Международным Институтом Сварки (МИС)



-предложенный японскими исследователями



-по ГОСТ 27772-88 для проката, предназначенного для конструкций



-по нормативным документам ОАО «Газпром»



-по APL 5L для труб класса PSL2



-предложеный Британской ассоциацией (BWRA)



-для трубных сталей категории прочности Х70





-для беcперлитных сталей

Пределы значения эквивалента углерода при использовании различных методик варьируется, однако для всех перечисленных формул считается, что если , то сталь трудно свариваемая.