Диссертация (1024714), страница 40
Текст из файла (страница 40)
отзначения t85, при котором обеспечиваются наилучшие механическиесвойства и их высокая стабильность.На рис. 5.15 приведены зависимости содержания структурныхсоставляющих в ЗТВ (сталь20ХГСМ) и шве (Св-08Г2С) от длительностипребывания в t85. Полученный результат наглядно показывает, что вструктуре ЗТВ преобладает мартенсит, тогда как в сварном шве - бейнит.292абРис. 5.15. Влияние длительности t85 охлаждения металла в диапазонетемператур 850…500 оС на содержание мартенсита М, бейнита Б,перлита П и феррита Ф в металле ЗТВ (а) и металле шва (б)293Соответственно (рис.
5.16) и прочностные характеристики металла вЗТВ (сталь20ХГСМ) и шве (основа Св-08Г2С) существенно различаются.абРис. 5.16. Влияние длительности t85 охлаждения металла в зонетермического влияния в диапазоне температур 850…500 оС намеханические свойства (Hv, σB, σT, ε, φ, KCU) металла ЗТВ (а) инаплавленного металла шва (б)294Для изделий специальной техники особое значение имеет значениеударной вязкости, которая при высоких скоростях охлаждения недопустимомала.
Приемлемое значение (более 1 МДж/м2) обеспечивается при t85>15 c.Так как при увеличении t85 прочность снижается, то значение t85=15…20 сявляется оптимальным.Для оценки стабильности механических свойств были выполненырасчёты при предельных допускаемых отклонениях химического составаосновного и присадочного металла в пределах допусков на их промышленноеизготовление. Отклонения задавали поочередно для минимального имаксимального значений каждого элемента в основном (20ХГСНМ) иэлектродном (Св-08Г2С) металле согласно данных табл. 31, и определялиотносительное отклонение механических свойств металла ЗТВ и шва послесварки на оптимальном режиме. Для замыкания накопления относительныхотклонений свойств был выбран линейный закон суммирования, впредположении близкого к нормальному закону распределения отклоненийкаждойхарактеристикимеханическихсвойств.Данноедопущениеучитывает, что отклонения химического состава статистически незначимы посравнению с разбросом механических свойств металла ЗТВ и шва.Результаты исследований приведены на рис.
5.17.Вызываемыеотносительныеизменениясвойствдлякаждоймеханической характеристики X суммировали в общее относительноеотклонение ζ от вариации ΔX содержания химических элементов в металлешва и ЗТВ:n2 X i , ……………………………………………………..(5.20)i 1 X i где n=8 – количество элементов, согласно табл. 1.Полученные зависимости относительных отклонений ζ механическихсвойств (Hv, σB, σT, ε, φ, KCU), вызванные возможным разбросом в пределахдопусков на химический состав основного и присадочного металла отдлительности охлаждения до t85 представлены на рис. 5.18.бвЗТВ основного металла и наплавленного металла шва при t85=20 cудлинения ∆ε (б) и ударной вязкости ΔKCU (в), вызываемые вариацией содержания легирующих элементов вРис.
5.17. Вероятные относительные отклонения, %, временному сопротивлению ΔσB (а), относительногоа295296абРис. 5.18. Влияние длительности t85 охлаждения в диапазоне температур850…500 оС на вероятное относительное отклонение ζ механическихсвойств (Hv, σB, σT, ε, φ, KCU) основного металла (а) и металла шва (б)297Результатыпроведенныхисследованийпоказывают,чточувствительность значений механических свойств к вариации исходногохимического состава стали и электродной проволоки различна и сильнозависит от t85, т.е. от режима сварки.
Так, при сварке наиболее нестабильнымявляетсязначениеударнойвязкостиKCUпри больших скоростяхохлаждения. Для ЗТВ зависимость нестабильности ударной вязкости имеетявный минимум в диапазоне t85=10…20 с. Нестабильность прочихмеханических характеристик ЗТВ с ростом t85 увеличивается. Для сварногошва нестабильность всех механических характеристик с увеличениемвремени нахождения металла в температурном интервале мартенситногораспада t85 уменьшается.В табл. 34 приведены результаты расчёта структуры и механическихсвойств металла зоны термического влияния и шва при сварке стали20ХГСНМ электродной проволокой Св-08Г2С на режиме, обеспечивающимдлительность охлаждения 20 секунд в интервале 850…500оС.Таблица 34.Влияние нестабильности химического состава на структуру имеханические свойства шваПоказателиЗТВШовСтруктурные составляющиеМартенсит, %79,8 ± 11,09,2 ± 10,4Бейнит, %7,5 ± 7,488,6 ± 8,8Перлит, %12,6 ± 8,50,0 ± 0,0Феррит, %0,1 ± 0,16,5 ± 6,6Механические свойства металлаВременное сопротивление, МПа1372,6 ± 103,6764,0 ± 82,0Предел текучести, МПа921,6 ± 68,5558,1 ± 44,8Относительное удлинение, %11,7 ± 1,015,8 ± 1,8Поперечное сужение, %25,1 ± 2,644,2 ± 4,1Ударная вязкость, МДж/м21,626 ± 0,0960,996 ± 0,073Твёрдость по Виккерсу411,8 ± 32,2255,3 ± 21,4298Данныетабл.34нагляднопоказывают,чтонестабильностьмеханических свойств сварных соединений, обусловленная повышеннойвеличиной стандартизированных допусков химического ее состава иэлектродного металла, при сварке на оптимальном режиме оцениваетсяпогрешностью 8…15%.
В этой связи, оптимальными являются режимысварки, обеспечивающие длительность охлаждения 15…20 с.Установлено, что наиболее сильное влияние исходная нестабильностьхимического состава основного и электродного металла оказывает наударную вязкость при длительности охлаждения в интервале 850…500 0Сменее 5 с, тогда как оптимальными по прочностным свойствам являютсярежимы сварки, обеспечивающие длительность охлаждения 15…20 с.Другим путем улучшения механических свойств сварных соединений иувеличения допусков на исходный состав основного и электродного металлаявляется изменение химического состава электродных проволок.5.5.Выбор состава электродной проволоки для обеспечения служебныхсвойств соединений при сварке высокопрочных сталей по узкому зазоруВысокопрочные стали, традиционно используемые для изготовлениясварныхкорпусовспециальнойтехники,отличаютсявысокойчувствительностью к термическому циклу сварки, проявляемой в склонностик образованию закалочных структур в сварном шве.
Одним из путей решенияданнойпроблемыявляетсярациональноелегированиеметаллашвавведением в него необходимых элементов с каплями электродного металла.Задачей является определение состава и содержания легирующихэлементов электродной проволоки для дуговой многопроходной сваркивысокопрочных сталей по узкому зазору (щелевой разделке). Служебныесвойства сталей, используемых в специальной технике, приведены в табл. 1 и2992, глава 1, а их химический состав приведен в табл. 33.В настоящее время при производстве корпусных конструкцийспециальной техники традиционно используются сварочные проволоки,изготовляемые по ГОСТ 2246-70 [278].
Химический состав основныхэлектродных проволок, применяемых в настоящее время при сваркекорпусных конструкций, приведен в табл. 35 . Химический состав сварочнойпроволоки Св-08Г2С приведен в табл. 33.Для определения оптимального химического состава электродныхпроволок в максимальной степени улучшающих свойства сварного шва, безухудшениясвойствЗТВпроведенсравнительныйанализосновныхдостоинств и недостатков, используемых в настоящее проволок для сваркикорпусных конструкций [279].ДостоинствамипроволокиСв-08Г2Сявляютсявысокаятехнологичность и высокая распространенность проволоки, а ее основнымнедостатком - недостаточная прочность сварного шва.ОсновнымдостоинствомпроволокиСв-10ГСМТ(Св-08ГСМТ)является более высокая в сравнении с предыдущей проволокой прочностьсварного шва, а недостатками - более высокая склонность к образованиюзакалочных структур и более низкая ударная вязкость соединений.Проволока Св-08Х3Г2СМ обеспечивает еще более высокое значениепрочности сварного шва, но при этом еще более чувствительна ктермическому циклу сварки, из-за значительного количества хрома.Проволока Св-08Х20Н9Г7Т позволяет получить достаточно прочный,состоящий преимущественно из аустенита состав наплавленного металла.
Ееосновным недостатком является неоднородный химический состав.Применениеомедненнойэлектроднойпроволокиобеспечиваетулучшенный контакт проволоки и токоподводящего наконечника, а,следовательно,болееустойчивоегорениедугиснебольшимразбрызгиванием электродного металла, малым расходом наконечников,изготовляемых из меди.301Из данных главы 2 и работ [138, 139, 140, 279] известно, что наосновании расчетных данных можно оценить влияние на механическиесвойства сварного соединения элементов, поступающих в сварочную ванну сэлектродной проволокой.
Такой расчет базируется на использованииследующих уравнений регрессионной модели[138, 139]:- для временного сопротивления:σв=350+1720С+171Mn-23,6Si+202Cr+147Mo+97Ni+426V-310Ti-70Al-65Nb+57W+43Cu-70Zr-200P+1900N-0O+170C•Mn+1330C•Cr+870C•Cr-160C•Mo+310C•Ni-694C•V-23,5Mn•Ni+64,5Si•Cr-43Cr•Mo-25,5Cr•V-20,7Mo•Ni-50,7Mo•V+16,1Ni•V+86C2-17Mn2-50Cr2-4,5Mo2+5,4Ni2-255V2(23,0+290C+3Mn+2,5Si+14Cr-13Mo+10,8Ni+13V) •lnτ [МПа](5.21)- для предела текучести:σ0,2=290,0+1660C+164Mn+17,4Si+103Cr+190Mo+92Ni+324V-120Ti-90Al-32Nb+13W+40Cu+960Zr-1200P+1740N-110O-32,3C•Mn+712C•Si++291C•Ni+470C•V-24,1Mn•Ni+65,1Si•Cr-64,2Si•Ni+201Si•V-24Mo•Ni-59,2Mo•V+15,3Ni•V-161C2-31,3Mn2-15Mo-4,5Ni2-275V2(27,5+350C+4,1Mn++4,3Cr+3,4Mo+2,2Ni+6,6V) •lnτ [МПа](5.22)- для относительного удлинения:δ=38,2-103C-3,94Mn1,61Si-8,59Cr-9,0Mo-20,6V+12,4Ti+0,478Nb0,85Cu+2,43Co-18S-18P-103N-18,5O+9,2C•Mn+11C•Cr+20C•Mo-1,1Mn•Si++1,64Mn•Mo+0,577Cr•Ni+0,826Mo•Ni+3,86Mo•V+78C2-0,27Cr2+0,686Mo2++2,12V2+(8,4C+0,905Cr-0,596Ni+4,9V-2P) •lnτ [%](5.23)- для оценки ударной вязкости:ln[aн (Т)]=0,41+1,56Mn-1,57Si-0,877Cr-1,98Mo-4,55V-8,9Ti+0,97Nb-0,11W+0,03Cu+15,4Zr-7,25P-4,8N-3,2O-0,196Mn•Ni+0,253Ni•V-11,5C2++0,051Mn2-0,220Mo2+0,141Ni2+0,533V2+(0,386-0,70C-0,514Mn+0,415Si++0,217Cr+0,703Mo-0,120Ni+0,715V-8,1N-3,44O)lnτ+(0,0183-0,034C-0,002Mn-0,0024Mo+0,0025Ni-0,0069V) •T+0,0039T•lnτ [aн в МДж/м2](5.24)302где τ – время (с) нахождения металла в температурном интервалемартенситного распада от 850 до 500 °С.Согласно уравнениям (5.21-5.24) можно оценить влияние отдельныхэлементов, вводимых в сварной шов, на его механические свойства.Следует отметить, что углерод (С) очень существенно повышаетпрочность сварного соединения, но снижает его пластичность и с точкизрения образования закалочных структур его содержание рациональноустановить на уровне 0,1 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
