Диссертация (1024714), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Это, в своюочередь,позволяетопределятьхимическийсоставметаллашваихарактеристики термического цикла сварки.2.2.5. Определение химического состава металла шваМеталл шва образуется в результате перемешивания в сварочной ваннеосновного и присадочного металлов и реакций взаимодействия нагретогометалла с газами атмосферы и защитной средой.

При этом химическийсостав металла шва, полученный при сварке, отличается от основногометалла из-за отличий в химическом составе электродных проволок, а иногдасборочный узел сваривают из деталей, изготовленных из разных мароксталей.В первом приближении можно не учитывать изменение химическогосостава вследствие окислительно-восстановительных реакций в металлесварочной ванны. При этом допущении содержание легирующих элементов вшве легко оценить по долям наплавленного электродного металла исвариваемых кромок в металле шва, что определяется по площадям118поперечных сечений Sf, S1, S2, рис. 2.8.Рис.

2.8. Площади, соответствующиенаплавленному электродномуметаллу Sf и свариваемым кромкамS1, S2 в поперечном сечении шва.SЗТВ – площадь зоны термическоговлиянияВ силу этого предложено определять К как:KK f S f  K1 S1  K 2 S 2S f  S1  S 2,(2.38)где Kf, K1, K2 – содержание легирующего элемента соответственно вэлектродной проволоке, первой и второй кромке.2.2.6. Определение характеристик термического цикла сваркиРешение уравнения теплопроводности (2.26) позволяет определитьквазистационарное распределение температуры не только в сварочной ванне,но и вокруг нее.

По этому распределению определяется расположениеизотермических поверхностей для температур начала и конца фазовыхпревращений T(x8,y8,z8)=850 oC и T(x5,y5,z5)=500 oC.В свою очередь по расположению этих поверхностей x8(y8,z8) и x5(y5,z5)можно определить и длительность пребывания стали в диапазоне температур850…500 оС, рис.2.9. Поэтому новым, но очевидным равенством является то,что t85равно:t 85  y , z  x8  y 8 , z 8   x 5  y 5 , z 5 vw(2.39)119Рис. 2.9.

Определение длительности t85 начала и конца фазовыхпревращений по термическим циклам металла шва при дуговой сваркенизколегированной стали при различной температуре подогреваСледует отметить, что определение по зависимости (2.39) даёт разныезначения длительности охлаждения t85 для разных точек сечения y-z,значения t85 для зоны, в которой температура превысила 850 0С, практическиодинаковы.Длительностьпротеканияфазовыхпревращений(скоростьохлаждения) зависит от геометрии стыка, от скорости сварки и мощностисварочной дуги, то есть от расположения сварочной дуги в разделке ираспределения тепла от нее, и определяется при моделировании,2.3. Модель формирования прочности шва и зоны термическоговлиянияМеханическиесвойстваметаллаопределяютэксплуатационныехарактеристики стальной конструкции, и их оценка и мероприятия пообеспечениюихтребуемыхзначенийявляютсяоднойизважныхпроизводственных задач.

При сварке механические свойства сталей в120значительной мере определяются фазовыми превращениями, происходящимив металле под действием нагревания. Металл высокопрочных сталей,применяемый в корпусных конструкциях специальной техники, являетсямногофазной системой [160]. Легирующие элементы с одной стороны,оказывают влияние на механические свойства сварного соединения, так какони и изменяют свойства фазовых составляющих при легировании твердогораствора, а с другой - изменяют фазовый состав металла путем воздействияна кинетику фазовых превращений.Фазовые превращения, которые совершаются в стали, во многомпроявляютсяпритемпературныхвоздействияхприизготовленииметаллоконструкций. Поэтому одним из условий получения качественныхсварных соединений является желаемое изменение строения металла шва иЗТВ. К настоящему времени выполнены многочисленные исследования,позволяющие количественно описать влияние отмеченных факторов напараметры структуры сварных соединений, например [161, 162].Так какструктура металла определяет механические характеристики сварногосоединения, то главной задачей при оценке механических свойствсоединения является определение фазового состава металла шва и ЗТВ.Для оценки механических свойств металла шва и ЗТВ используютсяданные о химическом составе и термическом цикле сварки, получаемые примоделировании формирования шва при двухдуговой многопроходной сваркепо узкому зазору, порядок получения, которых изложен в параграфах 2.2.4 и2.2.5.

настоящей работы.2.3.1. Методика определения фазового состава металла шва и зонытермического влиянияСлужебные свойства сварных соединений во многом определяютсяфазовым составом металла шва и ЗТВ. Так как при тепловом воздействиидуги время пребывания металла шва при температурах выше температуры121фазового перехода Ac3 обычно невелико, то и последующее его охлаждениепротекает с достаточно большой скоростью. В связи с этим аустенит неуспевает в полной мере гомогенизироваться, особенно в случаях легированиясталиэнергичнымикарбидообразующимиэлементами.Впроцессеохлаждения металла до субкритических температур происходит фазовое   превращение.

При охлаждении металла до субкритических температур этопревращение обычно имеет мартенситный, бейнитный и реже - перлитныйхарактер [163, 164].В работе [165] фазовый состав металла рассматривается как функциядлительности  его охлаждения в диапазоне 850...500 0С после нагрева поциклу сварки с максимальной температурой 1350 0С. Такой подход позволяетв какой-то степени учитывать фазовые превращения при остывании сварногосоединения.Полученныеэкспериментальнотипичныекривыезависимостифазового состава (содержание мартенсита; бейнита; феррита; перлита;феррита + перлита) низколегированных сталей от длительности охлажденияв диапазоне 850...500 0С [166], приведены на рис. 2.10.Рис.

2.10. Фазовый состав ЗТВ в зависимости от скорости охлаждения при сварке стали (0,09 % C, 1,34 % Mn, 0,54 % Si, 0,96 % Cr, 0,44% Ni,0,32 % Cu): + - содержание мартенсита;  - бейнита;  - феррита;  перлита;  - феррита + перлита [166].122Если металл охлаждается быстро (   1 с), то влияние диффузионногоперераспределения углерода крайне мало, из-за чего превращение аустенитапротекаетбездиффузионныхпроцессовпотипумартенситнойперекристаллизации. Однако по мере снижения скорости охлаждения рольдиффузионных процессов возрастает, в широком диапазоне  происходитпромежуточное бейнитное превращение, в продуктах распада аустенитапоявляются феррит и перлит. При   60 с мартенситная фаза практическиисчезает, а в области   200 с превращение аустенита полностьюосуществляется по ферритно-перлитному типу.

Поэтому можно считать, чтоферритный или ферритно-перлитный тип превращения имеет место у всехнизколегированных сталей при достаточно малых скоростях охлаждения.Приведенные на рис. 2.10 экспериментальные данные показывают, чтоколичество мартенсита Мв стали под действием термического цикла сварки,хорошо описывается вероятностной функцией из работы [166]: ln   ln  M  M    1001    %,lnSMгдеФ-интегральная(2.40)функциявероятностинормальногораспределения;  M длительность охлаждения, соответствующая образованию50 % мартенсита; S M - константа стандартного отклонения относительнонормального распределения в логарифмическом масштабе.

При увеличенииln от ln  M  ln S M до ln  M  ln S M (что соответствует изменению  от  M )SMрасчетная оценка содержания мартенсита уменьшается от 84 до 16 %.Следовательно, параметр S M характеризует крутизну спада кривойсодержания мартенсита по мере увеличения длительности  . Очевидно, чтовсегда S M  1 .Аналогичнойфункциейописываетсявлияниедлительностиохлаждения на суммарное содержание феррита Фи перлита П [166]: ln   ln     %,ln S        100(2.41)123где параметры     и S имеют такой же смысл, как параметры  M , иS M , в функции (2.37).

По мере увеличения длительности охлаждения суммарное содержание ферритной и перлитной фаз [Ф + П] растет.Аналогично в работе [166] предложено оценивать и количествоферрита в структуре металла шва и ЗТВ: ln   ln       max  % , ln S (2.42)где  max - максимальное количество выделения феррита, при крайнемедленном охлаждения в запредельном случае теплового воздействия насвариваемый металл.Известно [167], что по мере снижения скорости охлаждения сталиколичество феррита возрастает и асимптотически приближается к величине max , поэтому используя модели (2.37…2.39), можно оценить количество какбейнита, так и перлита.Авторами данной работы определено:Б   100  M          % (2.43)             % .(2.44)Помимо перечисленных, на формирование структуры оказываютвлияниезначительноечислофакторовметаллургическогоитехнологического характера [168].

Характеристики

Список файлов диссертации