Сварочное производство

Сварочное производство

Практическое задание

1. Формулировка задания

По представленным данным свариваемых марок стали спрогнозировать получаемую структуру металла, назначить свариваемые материалы и предложить технологию сварки под заданный способ сварки.

Отчет о выполнении задания должен содержать:

1) Титульный лист;

2) Исходные данные в соответствии с вариантом;

3) Химический состав и свойства свариваемых сталей;

4) Определение микроструктуры свариваемых материалов согласно диаграмме Шеффлера;

5) Подобрать электродный (или присадочный) материал и определить предполагаемую структуру согласно диаграмме Шеффлера;

6) При необходимости изменить электродный (или присадочный металл) для формирования оптимальной микроструктуры или обосновать отсутствие необходимости изменения электродного (или присадочного металла);

7) Список использованной литературы с указанием ссылок.

Выбор варианта для выполнения практической работы назначается в соответствии с табл. 1, 2, 3. Номер варианта соответствует первой букве фамилии, имени и отчества студента.

Порядок выполнения практического задания

1. Выполненная и оформленная работа должна содержать:

1) Титульный лист;

2) Исходные данные в соответствии с вариантом;

3) Химический состав и свойства свариваемых сталей;

4) Определение микроструктуры свариваемых материалов согласно диаграмме Шеффлера;

5) Подобрать электродный (или присадочный) материал и определить предполагаемую структуру согласно диаграмме Шеффлера;

6) При необходимости изменить электродный (или присадочный металл) для формирования оптимальной микроструктуры или обосновать отсутствие необходимости изменения электродного (или присадочного металла);

7) Список использованной литературы с указанием ссылок.

2. Работа предполагает выполнение следующих операций.

2.1. Химический состав и свойства свариваемых сталей.

Для примера разберем сварку стали 08Х13 и 12Х18Н10Т.

Сталь 12Х18Н10Т относится к высоколегированным сталям аустенитного класса. Стали аустенитного класса по масштабам использования – наиболее важный класс коррозионно-стойких сталей. Их преимущества кроме коррозионной стойкости – высокая пластичность и вязкость. Эти стали имеют хорошую свариваемость и литейные свойства. Оптимальной термической обработкой для всех аустенитных сталей является закалка с 1050-1150 ºС, после которой механические свойства характеризуются максимальной пластичностью и вязкостью, невысокими прочностью и твердостью. При холодной пластической деформации аустенитные стали интенсивно наклепываются. После деформирования на 70% σв увеличивается в 2-3 раза, σ0,2 – в 5-6 раз, а пластичность сохраняется на уровне δ = 8…12%. Недостатком аустенитных сталей является склонность к мехкристаллитной коррозии, коррозионному растрескиванию и точечной коррозии. Для уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии аустенитные стали дополнительно легируют титаном и ниобием или уменьшают в них содержание ушлерода ниже 0,1 %. Коррозионное растрескивание появляется в результате одновременного действия активной среды и растягивающих напряжений. Аустенитные стали, содержащие более 30-40% никеля стойки к этому виду коррозии. Стойкость против питтинговой коррозии повышают дополнительным легированием 2-3% Mo, уменьшением шероховатости поверхности, повышением структурной и химической однородности.

Область применения – для сварной аппаратуры в разных отраслях промышленности. Например, трубы, детали печной аппаратуры, теплообменники, муфели, реторты, патрубки и коллекторы выхлопных систем, электроды искровых зажигательных свечей и т.д.

Сталь 08Х13 относится к высоколегированной стали ферритного класса. Она уступает аустенитным сталям по всему комплексу механических свойств из исключением сопротивления коррозионному растрескиванию. После нагрева выше 1000-1100 ºС эта сталь охрупчивается, что затрудняет сварку. Для частичного уменьшения хрупкости сварные соединения необходимо подвергать отжигу при 750-800 ºС с ускоренным охлаждением, чтобы не допустить охрупчивание. После высокотемпературного нагрева ферритные стали подвержены межкристаллитной коррозии. Существенного улучшения стойкости ферритных сталей к местным видам коррозии добиваются путем применения современных методов очистки атомов внедрения и серы.

Область применения – детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметов домашнего обихода), а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и др.).

2.2. Определение микроструктуры свариваемых материалов согласно диаграмме Шеффлера.

В качестве рассматриваемого примера нами выбраны – сталь 08Х13 и сталь 12Х18Н10Т. Чтобы определить предполагаемую структуру свариваемых материалов для начала надо определить, какая структура будет у свариваемых сталей без присадочного материала или электродного материала.

Большинство используемых для сварных конструкций хромоникелевых сталей содержат более двух компонентов. Совместное влияние нескольких компонентов сплава на его свойства часто отличается от влияния каждого в отдельности. Многокомпонентное легирование в сплавах чаще всего учитывается в виде структурных диаграмм, например, диаграммы Шеффлера (рис. 1), позволяющей в большинстве случаев с достаточной точностью графически определять структуру металла сварных швов.

Положения точек на диаграмме Шеффлера, указывающих на структуру материалов, вычисляются через их химический состав с помощью формул так называемых Сr- и Ni- эквивалентов, отложенных по осям абсцисс и ординат соответственно.

Эти эквиваленты учитывают аустенитообразующее и ферритообразующее действие различных элементов. Аустенитообразующее действие сравнивается с никелем, а ферритообразующее – с хромом. Эквивалентное содержание никеля и хрома рассчитываются по формулам:

Niэкв = % Ni + 30*С + 0,5*Mn

Crэкв = % Cr + % Mo + 1,5*Si + 0,5*Nb

Выполним расчет для каждой из выбранных марок сталей. Расчет Niэкв и Crэкв для стали 08Х13:

Niэкв = 30*0,08 + 0,5*0,8 = 2,8

Crэкв = 13 + 1,5*0,8 = 14,2

Аналогично выполним расчет Niэкв и Crэкв для стали 12Х18Н10Т:

Niэкв = 10 + 30*0,12 + 0,5*2,0 = 14,6

Crэкв = 18 + 1,5*0,8 = 19,2

Теперь отметим соответствующие точки Niэкв и Crэкв на осях абсцисс и ординат.