Лаба №4 (Всё что нужно по лабораторным работам)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

Факультет “Машиностроительные технологии”

Кафедра “Технологии и оборудования сварочного производства”

Отчет по лабораторной работе №4 по разделу Б курса

«Теория сварочных процессов»

«Анализ металлургической свариваемости металлов и сплавов»

Выполнил: Гемберг А.А.

Группа: МТ7-83

Проверил: Якушин Б.Ф.

Москва, 2013 г.

1. Введение.

При создании новой техники, проектант должен назначить марку стали (сплава) из которого изготовлен сварной узе изделия. При этом действующие напряжения в связанном соединении и изменение прочности металла после воздействия сварочного термодеформационного цикла.

В настоящей лабораторном работе изучают метода, определяющие степень снижения механических и антикоррозионных свойств материалов в сварном соединении, а именно в ОШЗ, где нет влияния сварочных материалов и технологии формирования сварного шва (кромок, полярности, источников тока, электродов). При этом количественно оценивают влияние химического состава сталей и сплавов и их исходные структуры (литье, штамповка, прокат), а также исходного состояния(закалка, отпуск, аустенизация, старение) на сплошности (склонность к образованию ГТ и ХТ) при сварке, а также на степень сохранения прочности и антикоррозионных свойств сварного соединения.

Такую характеристику сталей и сплавов называют металлургической свариваемостью, в отличие от технологической, когда уровень необходимый свойств соединения достигается специальными сварочными материалами или способами сварки.

Методика оценки металлургической свариваемости.

Принципиальное отличие методики - обработка образцов из исследуемой стали и сплавов сварочным термодеформационным циклом (далее ТДСЦ) без расплавления, т.е. при фи физичесом моделировании структуры и напряжений, имеющих место в металле околошовной зоны, где нет перехода в жидкое состояние и перемешивания со сварными материалами. Этого достигают путем имитации сварочного цикла в испытуемых образцах электроконтактным или индукционным нагревом.

Эскиз образца представлен на рис.1. При изготовлении образца сохраняют структурные особенности, созданные при формировании слитков металла, направление его прокатки, исходную термообработку, а также ориентацию образца в металле для получения искомых свойств вдоль или поперёк проката, а также по толщине, т.е. в высотном направлении.

Для нагрева по сварочному циклу наиболее эффективен электроконтактный способ, т.е. протекание электрического тока большой плотности вдоль образца. При этом выделяется тепловая энергия рассчитываемая по формуле;

Эдектроконтактный нагрев позволяет повышать скорость нарастания температуры до . близкой к скорости при лазерной и электроннолучевой сварке. Скорость нагрева выбирают адекватно предполагаемому способу и режимам сварки при изготовлении

1.1. Обосновании температуры максимального нагрева при имитации ТДСЦ.

выбирают из условия адекватности структуры металла в образце и в проектируемом свароной конструкции, т.е. с учетом способа сварки, вида её выполнения (РДС, АДСW, АДС'П и т.п.), толщины металла в зоне сваривания и структурного состояния металла в ОЩЗ, где достигается частичное оплавление границ зерен. В связи с невозможностью прямого наблюдения степени оплавления в условиях скоростного нагрева и мгновенного его прекращения при достижении заданной температуры, применяют спецуильный методический прием косвенной оценки температуры по характеру изменения высокотемпературных механический свойств и . При высокоскоростном нагреве на границах зерен сохраняется исходная концентрация легирующих и примесных элементов в виде карбидов, интерметаллидов и эвтектик, что приводит к их оплавлению и коагуляции при изоллированыхх, а при более высоких температурах в виде сплошных жидких пленок по границам зерен.

При этом в первую очередь резко снижается пластичность, т.к. оплавленные участки являются концентраторами напряжений и деформаций, а при более высоком скоростном снижается прочность из-за появления сплошных жидких пленок по границам зёрен.

Особенно важно отметить, что температура оплавления границ зерен не равна равновесному солидусу, т.к. зависит не только от содержания углерода, но и от других, в том числе примесных элементов, а также от структуры размера зерна, фазового состава, т.к. упрочняющих, но более легкоплавких дисперсных фаз на границах.

Таким образом температура оплавления границ присуща каждой заготовке сварной конструкции, а численное значение определяют по температуре нулевой прочности, когда высокотемпературное хрупкое разрушение происходи при 15-20 МПа, т.е. на уровне предела чувствительности силоизмерительного устройства. По существу определение является испытанием предела мгновенной жаропрочности, дополненным оценкой характера разрушения и пластическими свойствами при межзеренном разрушении. Такие испытания впервые разработаны в МВТУ и опубликованы в 1967 году.

При испытаниях этого типа электроконтактный нагрев сосредоточен в центре образца, что уменьшает базу измерения пластичности до весьма малых, но в принципе измеримых величин.

Для упрощения испытаний в США в университете штата Огайо разработана методики (Рис.2) представляющая определение мгновенных значений и на этапе нагрева и охлаждения. Наряду с определением , оцениваются и ТИХ и пластичность в ТИХ несколькими условными критериями, оцениваемыми за нижним пределом ТИХ.

В работах МГТУ разработана более достоверная методика оценки пластичности, в основу которой положена методика оценки на горячие трещины в металле шва. По этой методике образцы из основного металла нагревают по СТЦ конкретного соединения под весьма малым напряжением и фиксируют температуру хрупкого межзеренного разрушения - , а пластические свойства определяют на этапе охлаждения от путем деформации образцов с различной скорость. При снижении скорости деформации находят критическую , т.е. при имитации цикла, что позволяет рассчитать запас пластичности во временном интервале ТИХ по формуле , где - база измерения деформации.

1.2. Важность применения методики.

1.2.1. Оценка свариваемости проката получаемого непрерывной разливкой на установках непрерывной разливки УНРС и техниках непрерывного литья заготовок.

В современной металлургии листового проката малой и большой толщины (>60 мм) получают па установках непрерывной разливки стали, где кристаллизация металла происходит в процессе его движения через медный водоохлаждаемый кристаллизатор. Во время кристаллизации получаемый металл имеет направлению столбчатую структур с замедленным затвердеванием середины литого сляба, что впоследствии приводит к зональной ликвации. Так в стали 09Г2С в центральной по толщине плоскости листового проката обнаруживается слои повышенной травимости и увеличение содержания элементов:

- по углуроду на 21%

- по фосфору на 23%

- по сере на 26%

- по марганцу на 5%

- по кремнию на 4%

, что в свою очередь допустимо ГОСТом, если рассматривать отклонения каждого элемента в отдельности, но для оценки их в сочетании нет эквивалентной величины.

При фазовом анализе помимо обнаружены легкоплавкие соединения , наличие которых не обнаружить ультрозвуковым контролем. Стандартные механические свойства такого металла после проката соответствует требованиям ГОСТа и металл идет на изготовление металлоконструкций, в том числе ответственного назначения ( стадион Спартак на Волоколамском шоссе).

При сварке такою проката в литературе отмечено наличие ультразвуковых сигналов о дефектах слева и справа от шва и образование надрывов по полосе ликвата. Также в процессе сварки под флюсом образуются микровзрывы с выбросом жидкого шлака при газификации серы, фосфора, углерода и других элементов.

Наряду с этими факторами сварные металлоконструкции могут оказаться менее надежными, если сварочные напряжения направлены поперек проката. Они могут вызывать раскрытие расслоений в зоне сварки с последующим разрушением соединения. Так сварка затруднена при изготовлении шаровых кранов магистральных нефтегазовых трубопроводов, состоящая из вольцовки и сварки обечаек и при сборке сваркой корпуса крана из штампованных полусфер.

Цель данной работы выявить критерии однородности листового проката, соединяющий все превышения химического состава в одном численном показателе, а также уменьшить зональную ликвацию в металле путем гомогенизационного отжига. Таким критерием может служить температура неравновесного солидуса, определенная в условиях сварочного нагрева.

Образцы из исследуемой стали с расположенным поперек их оси ликватом нагревают по СТЦ до температуры хрупкого разрушения под весьма малым растягивающим напряжением на установке ЛТП-3-5. Разрушение возникает в результате оплавления границ зерен, обогащенных ликватом. Для сравнения, образцы, вырезанные вдоль ликвата разрушались при температуре на 100°С выше.

В настоящей работе проведено сравнение по аналогичному критерию для образцов прошедших гомогенизацию при 900°С в течение 8 часов. Из результатов следует, что такая термическая обработка в процессе прокатки листов повышает однородность стали. Однако усреднение химического состава происходит в пределах одного зерна, т.е. устраняется в основном внутрикристаллитная ликвация. Чтобы устранить зональную ликвацию (химическую неоднородность в пределах части слитка), необходимо выдерживать слитки при данной температуре в течение длительного времени. А это практически невозможно.

2. Цель работы: изучить устройство испытательной машины для имитации сварочных циклов и метод сравнительной оценки свариваемости сплавов.

3. Описание лабораторного оборудования.

На кафедре разработана экспериментальная установка МИС-1, которая предназначена для проведения испытаний металлургической свариваемости.

Она имеет силовой механизм для растяжения образцов с различной скоростью и источник для электроконтактного нагрева переменным током с системой компьютерною управления его мощностью с помощью обратной связи через термопару и программного устройства, а также с помощью бесконтактного диодно-теристорного регулятора и блока АЦП-ЦПУ.

Блок-схема установки МИС-1 (машина для испытания свариваемости) представлена на рис.1. а испытываемые образцы на рис.2

Образцы «1», имеющие плоское или круглое сечение и проушины, прижимаются к токоведущим шаним вторичной обмотки трансформатора «2» и закрепляются в захватах «3» механизма растяжения и силоизмерителя «4». Нагрев производится по термическим циклам сварки (рис.3), а разрушение - при различных температурах ( ).

Указанное устройство позволяет растягивать образец непосредственно в процессе его электроконтактного нагрева по термическим циклам сварки. Для определения высокотемпературных механических свойств при конкретной температуре цикла машина осуществляют изотермическую выдержку длительностью в несколько секунд, во время которой начинается и завершается разрушение образца (рис.4).

Испытания механических свойств производятся при различных температурах. Максимальной считают температуру, при которой прочность близка к нулевым значениям (1.5 МПа). Металл при таком уровне прочности находится в стадии оплавления границ зерен, т.е. по структуре соответствует металлу в околошовной зоне. По стандарту РФ сопротивляемость образованию горячих трещин определяют по схеме (рис.6) критическим темпом деформации. По методике США ее определяют критериями на рис.7.

4. Содержание работы.