Методические указания

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ.

Программа, методические указания и задания на контрольные работы для студентов

специальности 150700.62

«Оборудование и технология сварочного производства».

Москва 2014

ВВЕДЕНИЕ

Технология сварки определяется с одной стороны конструктивными особенностями изделия и серийностью его производства, а с другой - условиями работы изделия и выбранным для его изготовления материалом. Многие сварные конструкции, выпускаемые химическим, энергетическим и криогенным машиностроением, а также строительные сварные конструкции работают в условиях коррозии, под действием высоких и низких температур, нейтронного облучения и т.д.

Целью настоящего курса является изучение металлургических и технологических особенностей сварки плавлением, обеспечивающих высокую технологическую прочность и работоспособность сварных соединений специальных сталей и сплавов.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Справочник по сварке - том 4, под редакцией А.И. Акулова, Издательство «Машиностроение», Москва, 1971 г.

2. Справочник «Электродуговая сварка сталей» - Н.И. Кажовский, В.Г. Фиргунский, К.А. Ющенко, Издательство «Наукова думка», Киев, 1975 г.

3. Справочник «Сварка в машиностроении» - том 2, под редакцией А.И. Акулова, Издательство «Машиностроение», Москва, 1978 г.

4. «Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением»-под редакцией Б.Е. Патона,, Издательство «Машиностроение», Москва, 1974 г.

5. «Металловедение» - А.П. Гуляев, 5-е переработанное издание, Издательство «Металлургия», 1977г.

Тема 1. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТАЛЕЙ, СПЛАВОВ И ИХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

Природа химической и электрохимической коррозии. Окисление стали при высоких температурах и влияние хрома, алюминия и кремния на повышение жаростойкости. Межкристаллитная коррозия аустенитных и ферритных сталей и способы предотвращения ее развития в основном металле и металле шва (2, стр.44-85). Ползучесть и длительная прочность при высоких температурах (4, стр.515-518). Процесс старения (окрупчивания) металла под действием высоких температур (2, стр.86-89). Характер изменения ударной вязкости при низких температурах. Порог хладноломкости стали и влияние никеля и других легирующих элементов на снижение критической температуры хрупкости (5, стр.501).

Методические указания

При изучении данной темы необходимо ознакомиться с явлением коррозии как самопроизвольным разрушением металла, усвоить различие сущности химической и электрохимической коррозии, обратив особое внимание на жаростойкость (окалиностойкость) металла и защитную роль окисных пленок на его поверхности. Изучая характеристики работоспособности металла при высоких температурах необходимо в первую очередь обратить внимание на длительную прочность, имеющую наиболее важное значение для сварных соединений, а также на охрупчивание металла, связанное с выделением избыточных фаз (карбидов, нитридов) и образованием - фазы. При изучении поведения стали при низких температурах необходимо ознакомиться с методами оценки порога хладноломкости по резкому падению ударной вязкости и минимальной величине вязкой составляющей в изломе ударных образцов.

Тема 2. СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНА.

2.1. Особенности сварки углеродистых оцинкованных сталей.

Области применения оцинкованных сталей и затруднения, возникающие при их сварке. Способы предотвращения образования газовых включений и горячих трещин в швах. Восстановление цинкового покрытия наплавкой и окраской поверхности сварного соединения (4, стр. 486-499).

2.2. Сварка теплоустойчивых перлитных сталей типа 15ХМ.

Области применения хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых жароустойчивых сталей, основные характеристики их работоспособности и трудности возникающие при сварке. Снижение длительной прочности сварных соединений под действием термического цикла сварки и устранение этого явления высокотемпературной обработкой. Способы предотвращения образования холодных трещин. Влияние возможности развития диффузионных процессов в зоне оплавления на выбор сварочных материалов (электродов и сварочных проволок). Режимы термической обработки сварных соединений и их длительная прочность. Возможность использования высоконикелевых электродов для сварки без подогрева и последующей термической обработки (3, стр 151-15 7).

2.3. Особенности сварки высокопрочного чугуна со сфероидальным графитом. Высокопрочный чугун с ферритной и перлитной основой, его механические свойства и свариваемость (4, стр.499-501). Способы сварки, обеспечивающие жаропрочность сварных соединений: горячая газовая сварка с присадкой из стержней, изготовленных из чугуна обработанных магнием (1, стр.299). Горячая полуавтоматическая дуговая сварка с использованием керамических стержней (3, стр.380) и холодная сварка стальными электродами с карбидообразующими элементами в покрытии никелевыми (железо-никелевыми) электродами (1, стр.300 и 3, стр.381).

2.4. Методические указания.

Изучая литературу по второй теме, следует обратить внимание на роль цинкового покрытия сталей в образовании дефектов сварных соединений и повышении токсичности процесса сварки, на рациональный выбор способов сварки и сварочных материалов.

При изучении технологических особенностей сварки теплоустойчивых сталей следует учитывать возможную миграцию углерода в зоне оплавления в процессе эксплуатации и разупрочнения сталей в околошовной зоне под действием термического цикла сварки, что снижает длительную прочность и технологичность сварных соединений. Следует обратить внимание на особый подход к выбору сварочных материалов, режимов сварки и термообработке сварного соединения, а также на зависимость выбора сварочных материалов от послетермической обработки (отпуск или нормализация с отпуском).

Изучая сварку высокопрочного чугуна следует обратить внимание на трудности микролегирования наплавленного чугуна магнием и церием с целью обеспечения сфероидальной формы графита и решение этих вопросов при ацетилено-кислородной сварке и дуговой сварке порошковой проволокой. Пути обеспечения высокой прочности сварных соединений за счет использования стальных электродов и электродов на железо-никелевой основе при дуговой сварке чугуна без подогрева.

Тема 3. СВАРКА СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.

3.1. Сварка хдадностойких сталей типа 12НЗ.

Температуры эксплуатации сталей в зависимости от содержания никеля (4, стр.501). Необходимость использования нормализации сварных соединений для устранения дендритной ориентировки литой структуры металла шва. Ограничение серы в легированных никелем швах с целью снижения их склонности к образованию горячих трещин (4, стр.233). Дуговая сварка под флюсом никелесодержащих сталей проволоками Св-ОбНЗ с последующей термообработкой и Ср-07Х25Н13 без термообработки. Свойства сварных соединений.

3.2. Сварка коррозионностойких мартенситных сталей типа 12Х5МА, работающих при повышенных температурах.

Использование сталей, содержащих 4-10% хрома в нефтехимической промышленности, основные параметры их работоспособности и трудности, возникающие при сваре (1, стр. 157-163).Выбор сварочных материалов в случае возможности использования подогрева при сварке и термообработке сварных соединений и невозможности их использования с учетом температуры эксплуатации и возможности развития диффузионных процессов в зоне оплавления (1, стр. 165-166 и 4, стр.570).

3.3. Методические указания.

При изучении технологии сварки никель содержащих сталей необходимо обратить внимание на трудности, связанные с обеспечением хладностойкости швов без термической обработки и повышенную их склонность к образованию горячих трещин.

При изучении сварки 5% -ных хромистых коррозионностойких сталей следует ознакомиться с возможностью использования аустенитных сварочных материалов, когда сварные изделия работают при температуре до 450°С.

Тема 4. СВАРКА ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ.

4.1. Сварка жаропрочных мартенситных сталей типа 15Х12В2МФ.

Области применения 12%-ных хромистых жаропрочных сталей, основные характеристики их работоспособности и трудности, возникающие при сварке. Технологические особенности дуговой сварки покрытыми электродами и под слоем флюса. Режимы термической обработки сварных соединений и их свойства (1, стр.164, 170-178), (2, стр.351, 353-355, 450-452).

4.2. Сварка жаростойких ферритных сталей типа 15Х25Т.

Трудности, возникающие при сварке высокохромистых ферритных сталей, названные рекристаллизацией. Влияние углерода и азота на свариваемость сталей. Способы предотвращения образования горячих трещин в сварных соединениях путем использования подогрева и аустенитных хромоникелевых присадочных материалов. Преимущества и недостатки этих способов предотвращения образования трещин. Термическая обработка сварных соединений (2, стр.356-358).

4.3. Сварка аустенитных жаропрочных сталей.

Системы легирования жаропрочных аустенитных сталей и их свариваемость. Способы предотвращения образования горячих трещин в швах при сварке сталей с малым и большим

запасом аустенитности. Склонность сварных соединений к локальным разрушениям в около шовной зоне. Термическая обработка сварных конструкций.

4.4. Сварка двухслойных сталей.

Преимущества двухслойных сталей и области их применения. Выбор сварочных материалов и последовательность сварки основного и облицовочного слоя. Нанесение разделительного слоя и другие способы предотвращения образования хрупких прослоек в сварном соединении. Решение вопросов термической обработки сварных соединений (4, стр.619-622) или (2, стр.377-380).

4.5. Сварка жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Свариваемость никелевых сплавов. Способы предотвращения образования горячих трещин и газовых включений в швах (4, стр. 673-674).

Системы легирования жаростойких (ХН60ВТ), жаропрочных (ХН70ВМОТ) сплавов и их термическая обработка. Особенности дуговой сварки покрытыми электродами, под слоем флюса в среде аргона и смеси его с водородом. Электронно-лучевая сварка. Жаропрочность сварных соединений (3, стр.272-286).

4.6. Методические указания.

При изучении четвертой темы необходимо ознакомиться с выбором сварочных материалов, режимов сварки и термической обработки 12%-ных хромистых жаропрочных сталей, обеспечивающих высокий коэффициент жаропрочности сварных соединений. Следует обратить внимание на охрупчивание 25%-ных хромистых сталей в около шовной зоне и возможность уменьшения отрицательного влияния процесса рекристаллизации на технологическую прочность и работоспособность сварных соединений. При изучении сварки жаропрочных аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе следует обратить внимание на причины повышенной склонности этих материалов к образованию горячих трещин и способы их предотвращения, возможность локального разрушения сварных соединений аустенитных сталей в процессе эксплуатации, выбор сварочных материалов, режимов сварки и термической обработки, обеспечивающих наиболее высокие характеристики работоспособности сварных соединений.

Примерный перечень лабораторных работ.

1. По толщине окисной пленки определить качественное изменение содержания хрома в швах после выдержки сварных соединений при температуре 1000°К на воздухе.

2. Определить процент вязкой составляющей в изломах ударных образцов с надрезом по металлу шва после испытания при низких температурах.

3. Изучит и описать структуры зон оплавления сварных соединений высокопрочного чугуна, выполненных по различной технологии.

4. Определить замером твердости зону разупрочнения в сварном соединении теплоустойчивой стали типа 15Х1М1Ф.

5. Определить величину зерна в около шовной зоне сварного соединения жаростойкой стали типа 15Х25Ю5.

Контрольные работы.

Методические указания к контрольным работам.

К выполнению контрольных работ студент должен приступить после изучения программного материала. Ответы на вопросы должны быть полными с приведением схем, рисунков, графиков и цифровых данных. Режимы сварки, термообработки и другие технологические параметры должны быть обоснованны.

Студент выполняет варианты контрольных работ в соответствие с последней цифрой номера своего студенческого билета (шифра).