Диссертация (1024714), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Марганец (Mn) очень положительно влияет насвойства, повышает прочность соединения, почти не снижая пластичности,однако его содержание не может превышать пределов растворимости науровне 2 %. Кремний (Si) почти не влияет на механические свойства шва,поэтому его введение необходимо только для компенсации выгораниямарганца при сварке. Сера (S) и фосфор (Р) это примесные элементы,ухудшающие свариваемость и увеличивающие склонность к образованиюхолодных трещин поэтому их содержание в металле шва должно бытьминимальным.
Хром (Cr) является элементом, повышающим прочностьсварногошвапринекоторомснижениипластичности,поэтомуиспользование его в качестве легирующего элемента вполне оправдано,однако введение его в количестве более 1 % способно значительно ухудшитьсвариваемость. Никель (Ni) в целом положительно влияет на механическиесвойства сварного шва и, что особенно важно, он значительно улучшаетсвариваемость и способен компенсировать негативное влияние многихэлементов на свойство сталей, однако введение его на уровне более 3-4процентов связано со значительным повышением стоимости присадочныхматериалов.
Содержание молибдена (Mo), судя по представленным в табл. 33расчетным коэффициентам, также ограничено значением 1 %. Ванадий (V)положительно влияет на повышение прочности сварного соединения, но егосодержание в стали не может превышать 0,3 %, так как большее содержаниеприводитксоединения.образованиюкарбидов,снижающихударнуювязкость303Для обеспечения различных технологических требований, в сварочныепроволоки вводятся дополнительные химические элементы [280, 281].Расчетные коэффициенты некоторых дополнительных химических элементов,вводимых в сварочные проволоки приведены в табл.
36.Таблица 36.Расчетные коэффициенты влияния содержания дополнительныхлегирующих элементовКоэффициенты легирующих элементовПараметрTiAlNbWCuZrNOCoσв-310-70-65+57+43-70+1900-90-σт-120-90-32+13+40+960+1740-110-δ+12,4-+0,478--0,85--103-18,5+2,43KСU-8,9-+0,97-0,11+0,03+15,4-4,8-3,2-Установлено, что введение титана (Ti), алюминия (Al), ниобия (Nb) нецелесообразно с точки зрения механических свойств, однако их совместныедобавки в небольших количествах способствуют измельчению структурысварных швов, что благоприятно влияет на свариваемость. Полезнойдобавкой может быть наличие вольфрама (W) и меди (Cu) на уровнедопустимых примесей, но и они не способны кардинально улучшитьсвойства шва.
Совместное введение марганца, молибдена, никеля, хрома,меди снижает температуру полиморфного γ→α-превращения и тормозит его,чтоспособствуетформированиюбейнитнойструктурыиявляетсяблагоприятным фактором механических свойств и свариваемости сталей.Введение азота (N) влияет на механические свойства стали приблизительнотак же как и влияние углерода. Однако вопрос легирования металла азотомсвязан с возможностью обеспечения равномерности его распределения вметалле шва.
Кислород (О) негативно влияет на все механические свойствасварногошва,чтотребуетпримененияспециальныхмерподополнительному раскислению металла в процессе сварки. Введениециркония (Zr) имеет смысл на уровне микролегирования, поскольку он304является очень активным раскислителем.Как и при оценке влияния содержания легирующих элементов наразброс прочностных характеристик сварных соединений учитывали, что сучетом значений коэффициентов усвоения легирующих элементов изосновного металла и электродной проволоки сварочной ванной, ихпроцентное содержание в шве уменьшается до 82…78 %.
от номинальногозначения [277]. Принимали также во внимание [277, 278], что при сварке поузкому зазору металл шва до 85…95% состоит из металла электроднойпроволоки, поэтому именно ее химический состав определяет свойства шва.Таким образам расчетный состав металла шва по основным элементамдолжен примерно состоять: С- 0,12%, Mn - 2%, Si - 1%, Cr - 1%, Ni - 3%, Mo0,6%, V - 0,3%.На рис. 5.19 приведены включения остаточного аустенита (светлыепрослойки) в стали 20ХГСНМ, они присутствуют в стали в состояниипоставки (рис. 5.19,а), а при быстром охлаждении после сварки толщинапрослоек и общее количество аустенита увеличивается, рис. 5.19,б.абРис. 5.19.
Субмикроструктура стали 20ХГСНМ - темнопольноеизображение g = (220)А - 22000, а - металл в состоянии поставки, б –основной металл метал, подвергнутый интенсивному термическомувоздействию по термическому циклу ЗТВ сварного соединения305Исходя из этого уставлено, что химический состав присадочногоматериала по основным элементам должен составлять: С - 0,06%, Mn - 2%,Si - 1%, Cr - 1%, Ni - 4%, Mo - 0,8%, V - 0,3%.В качестве проверки точности выбора материала был выполненпроверочный расчет прочности и механических свойств литого металла (гл.2,разделы 2.3.3, 2.3.4), результаты которого представлены в табл. 37.Таблица 37.Расчетные значения состава и свойств литого металлаСостав (мас.
%) и свойства литого металлаРасчетные составылитого металлаДля предлагаемогосостава шваσв,σ02,δ,МПаМПа%0,3147996110,60,780,80,3130377212,21,360,560,18147096812,50,79CMnSiCrNiMoV0,1221130,60,0621140,1281,401,151,112,65ан,Для выбранногосостава сварочнойпроволокиСталь 20ХГСНМ,сваренная проволокойвыбранного составаПри выполнении расчета приняли τ = 24 с. Доля основного металла всоединении принималась равной 85 %. Из данных табл. 38 видно, чтоопределенный в результате расчетов состав электродной проволоки способенобеспечить равнопрочность сварного соединения.
Поскольку ни одна изотечественных и зарубежных марок проволок полностью не соответствуетприведенному химическому составу был предпринят поиск ближайшиханалогов. Так проволока OK Autrod 13.31 производство ESAB (С- 0,1%, Mn 2%, Si - 0,8%, Cr - 0,4%, Ni - 2.1%, Mo - 0,6%) в большей степенисоответствует рекомендуемому составу, чем промышленно выпускаемыепроволоки других производителей. Изготовитель проволоки дает следующиеданные по механическим свойствам наплавленного проволокой OK Autrod13.31 металлу: предел прочности 890-895 МПа, предел текучести 850-854306Мпа, относительное удлинение 17-18 %, в то время когда, как известнопредел прочности наплавленного проволокой Св-08Г2С не превышает 600МПа.
В качестве проверки возможности применения проволоки OK Autrod13.31 при производстве корпусных конструкций был выполнен проверочныйрасчет прочности и механических свойств литого металла шва, результатыкоторого представлены в табл. 38.Таблица 38.Расчетные значения состава и свойств литого металла с участиемпроволоки OK Autrod 13.31Состав (мас.
%) и свойства литого металлаРасчетный составлитого металлаσв,σ02,δ,МПаМПа%0104370517,80124384916,2 1,26CMnSiCrNiMoV0,120,80,42,10,61,030,751,51 0,44ан,Для наплавкипроволокой ОК2,1Autrod 13.31Сталь 20ХГСНМ,свареннаяпроволокой ОК0,152 1,40Autrod 13.31Как видно из расчетов проволока OK Autrod 13.31 способна обеспечитьдостаточно высокую прочность литого металла и может быть рекомендованав качестве временной меры в связи с отсутствием проволоки специальногосостава.
Оценка технологических преимуществ предлагаемых проволок былавыполнена путем расчета углеродного эквивалента. Расчетное значение Сэдля ранее использованной наиболее прочной проволоки 08Х3Г2СМсоставило 1,145, в то время как для предложенного нами состава Сэ = 0,84, адля OK Autrod 13.31 - Сэ = 0,79.С целью практической проверки полученных результатов намакетной сварочной установке (рис. 5.20) была выполнена сварка пластиниз высокопрочной стали с использованием проволоки OK Autrod 13.31.307Рис.
5.20. Общий видэкспериментальнойустановкиМеханические испытания прочности литого металла сварного швапоказали практическое совпадение расчетных и полученных механическихсвойств. Предел прочности при испытаниях составил от 1220 до 1340 МПа,предел текучести от 880 до 950 Мпа, относительное удлинение до 16,5 %.Оценка по диаграммам рассеяния экспериментальных и расчетныхданных механических свойств сварного соединения приведена на рис. 5.21.Рис. 5.21.
Диаграммарассеяния значенийэкспериментальныхи расчетных данныхмеханических свойствсварного соединения308Выполненные расчёты позволили определить состав и содержаниелегирующих элементов электродной проволоки для сварки по узкомузазорукорпусныхконструкций,обеспечивающейпомимовысокойпрочности сварных соединений, и ряд других свойств, важнейшим изкоторых является способность литого металла шва останавливать вязкоеразрушение, обеспечиваемое оптимальным химическим составом шва.Таким образом, проведенные работы позволили определить оптимальныйсостав и содержание легирующих элементов электродной проволоки длядуговой многопроходной сварки по узкому зазору корпусных конструкцийспециальной техники из высокопрочных сталей.5.6.Технологические требования к процессам сварки по узкомузазору и оборудованию для обеспечения стабильно высокогокачества сварных соединений корпусных конструкцийПроведенныйкомплексработпозволилсформулироватьтехнологические требования к производственному процессу сварки иоборудованию для сварки по узкому зазору [282].5.6.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
