Характеристика свойств свариваемого металла

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Содержание

Введение

1. Характеристика свойств свариваемого металла

1.1 Основные параметры и константы свариваемого металла

1.2 Структура и свойства свариваемого металла

1.3 Оценка свариваемости металла

2. Исследование процессов взаимодействия между металлом, газом и шлаком

2.1 Характеристика защиты металла от взаимодействия с окружающей средой

2.2 Описание металлургических процессов

2.3 Термодинамическое исследование металлургического процесса

3. Расчёт тепловых процессов

3.1 Выбор расчётной схемы

3.2 Расчёт скорости охлаждения

3.3 Расчёт распределения температур вдоль оси шва

3.4 Расчёт изотерм на поверхности свариваемого материала

3.5 Расчёт распределения температур в поперечном сечении шва

3.6 Определение протяжённости отдельных участков в ЗТВ

3.7 Распределение максимальных температур в поперечном сечении шва

4. Анализ процесса формирования первичной структуры сварного соединения

5. Анализ процессов в ЗТВ

6. Оценка технологической прочности сварного соединения

6.1 Горячие трещины сварного соединения

6.2 Холодные трещины сварного соединения

Заключение

Cписок использованной литературы

Введение

Курсовая работа по дисциплине «Теория сварочных процессов» является заключительным этапом освоения дисциплины. Целью курсовой работы является приобретение навыков теоретического и экспериментального исследования сварочных процессов и поиска путей управления этими процессами для получения качественных сварных соединений.

Среди основных задач работы можно выделить следующие:

- исследование и описание физико-химических процессов взаимодействия металла с газом и шлаком;

- исследование процессов нагрева, плавления и охлаждения основного металла при сварке;

- изучение и описание процессов кристаллизации металла при образовании сварного соединения;

- разработка способов повышения технологической прочности в процессе кристаллизации сварного шва и остывания соединения.

Характеристика свойств свариваемого металла

Основные параметры и константы свариваемого металла

Сталь 30ХМА принадлежит к среднеуглеродистым низколегированным сталям. Для этой стали приблизительный химический состав и основные свойства указаны в нижеприведенных таблицах:

Таблица 1.Химический состав стали и основные показатели.

С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu
0, 26-0, 33	0, 40-0, 70	0, 17-0, 37	≤ 0, 025	≤ 0, 025	0, 8-1, 1	0, 3	0, 3

Таблица 1.2.Основные свойства стали.

Δ ω опт, град/с	А_С1	А_С3	М_н	Т_нир
0, 1-10	757	807	350	850

Таблица 1.3. Теплофизические коэффициенты:

λ – коэффициент теплопроводности	41, 9 Вт/м·град
а – коэффициент температуропроводности
сρ – объёмная теплоёмкость	4, 8 Дж/м³·град
α – коэффициент теплоотдачи	60 м²/с

Структура и свойства свариваемого металла

Сталь 30ХМА характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0, 3—0, 4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Легирующие элементы, вводимые в сталь 30ХМА, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает, механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций. В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют среднеуглеродистые, низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4, 0% (не считая углерода), а углерода 0, 3%.

Таблица 1.2.1. - Механические свойства стали 30ХМА:

Механические свойства
σ _в, МПа	σ _т, МПа	δ, %	, %
800	600	12	50

Исследование процессов взаимодействия между металлом, газом и шлаком

Расчёт тепловых процессов

Выбор расчётной схемы

Формы тел, нагреваемых при сварке, весьма разнообразны. Распространение тепловой энергии существенно зависит от формы и размеров шва. Однако точный учёт конфигурации тела может существенно усложнить расчёты. Поэтому целесообразно упрощать формы рассматриваемых тел, сводя их к простейшим.

В качестве расчётной схемы принимаем бесконечную пластину – тело, ограниченное двумя плоскостями: z=0 и z=δ. При использовании такой схемы предполагается, что температура по толщине листа распределена равномерно, а тепловая энергия может распространяться только в горизонтальной плоскости.

Расчёт скорости охлаждения

Мгновенная скорость охлаждения является первой производной температуры по времени:

Так как в большинстве случаев оказывается достаточным приближённое определение скорости охлаждения, то используют теорию мощных быстродвижущихся источников тепловой энергии без учёта теплоотдачи. Скорости охлаждения обычно определяют для оси шва ввиду незначительного её отличия от скорости охлаждения околошовной зоны. Скорость охлаждения рассчитываем по формуле:

Полученное значение Δ ω входит в оптимальный диапазон скоростей охлаждения (0, 1…10, 0).

Анализ процессов в ЗТВ

В процессе сварки происходит изменение структуры и свойств участков основного металла, прилегающих к шву.

Зона термического влияния (ЗТВ) – участок основного металла, примыкающий к сварному шву, структура и свойства которого вследствие теплового воздействия сварочного источника тепловой энергии изменяются.

ЗТВ имеет несколько структурных участков, отличающихся формой и строением зерна, в зависимости от температуры нагрева.

Участок неполного расплавления – переходный от наплавленного металла к основному. На этом участке образуется соединение и проходит граница сплавления. Он представляет собой очень узкую область основного металла, нагретого ниже линии ликвидуса, но выше линии солидуса. В этой зоне наблюдается значительный рост зёрен и скопления примесей, поэтому этот участок обычно является слабым местом сварного соединения, обладая пониженной прочностью и пластичностью.

Участок перегрева – область основного металла, нагреваемого до температурного диапазона 1100..1500°С. Металл этого участка претерпевает аллотропическое превращение Fe_α→ Fe_γ. Металл этой зоны отличается крупнозернистой структурой и пониженными механическими свойствами.

Участок нормализации – область металла, нагреваемая до температур 905-1100°С. Металл этого участка обладает высокими механическими свойствами, ввиду мелкозернистой структуры.

Участок неполной перекристаллизации – зона, металл которой нагревается до 727–905°С. Неполная перекристаллизация этого участка обусловлена недостатком времени и низкой температурой нагрева. Структура состоит из мелких перекристаллизовавшихся и крупных зёрен. По сравнению с участком нормализации, механические свойства несколько понижены.

Участок рекристаллизации – область металла, нагреваемого до температур 380–727°С. Рекристаллизация – изменение структуры деформированного металла при его нагреве выше определённой температуры. При этом искажённая кристаллическая структура переходит в ненапряжённую.

Участок старения (синеломкости) – нагреваемый до 200–380°С металл – переходный между ЗТВ и основным металлом. Спустя некоторое время могут происходить процессы старения в связи с выпадением карбидов и нитридов железа. Заметных структурных превращений нет.

Заключение

Сталь 30ХМА ограниченно сваривается, но желательно получение состава металла шва, близкого к основному металлу. Данная сталь может образовывать горячие и холодные трещины, поэтому есть необходимости в подогреве и последующей термообработке. Сварку можно производить как на постоянном, так и на переменном токах. Данному типу источника соответствует автоматическая дуговая сварка под флюсом встык за один проход.

Список использованной литературы

1. Теория сварочных процессов. Под ред. В.В. Фролова.- М.: Высшая школа, 1998.- 559 с.

2. Кох Б.А. Основы термодинамики металлургических процессов сварки. - Л.: Судостроение. 1975.- 219 с.

3. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. М.: Машиностроение, 1981.- 247 с.

4. Сварка в машиностроении. Справочник. Т. 1 - 4, - М.: Машиностроение, 1978.- 1979.

5. Марочник сталей / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640с.

6. Машиностроительные стали. Справочник./ В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. – М.: Машиностроение, 1981. – 391с.

[1] т.е. структура, образующаяся при переходе расплавленного металла из жидкого состояния в твёрдое