Тольяттинский Государственный Университет

Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства и пайки»

У И Р С

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Вариант 17.03

Разработал студент: Вашурин Н. А.

Группа: ОТСП – 402

Преподаватель: Василенко Н. Н.

Тольятти 2006

СОДЕРЖАНИЕ

1. Библиографическая справка…………………………………………………...3

1.1. Краткое изложение статей………………………………………................5

2. Методология эксперимента…………………………………………………..13

2.1. Формулировка задачи эксперимента…………………………………….13

2.2. Состав и свойства материала 08кп……………………………………….14

2.3. Дуговая автоматическая сварка проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа………………………………………………………………....16

2.4. Присадочная проволока для сварки в среде углекислого газа…………18

2.5. Подготовка поверхности под сварку…………………………………….18

2.6.Режим автоматической сварки проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа…………………………………………………………………19

2.7. Оборудование……………………………………………………………...20

2.8. Образцы для испытания на прочность…………………………………..22

2.9. Условия проведения эксперимента………………………………………23

2.10. Планирование эксперимента…………………………………………...23

Список литературы………………………………………………………………27

БИБЛИОГРАФИЧЕСКАЯ СПРАВКА

по теме УИРС

Обеспечение прочности сварного соединения при сварке плавлением

Журнал: «Сварочное производство»:

№ пп	Год	№ журнала, реквизит РЖ	Наименование статьи	Авторы
1	2006	1	Расчет прочности сварного соединения восстановленных облученных ударных образцов Шарпи.	Фролов С. А., Голованов В. Н., Зинковский В. И.
2	2005	6	Сравнительное исследование прочностных характеристик сварных и паяных соединений узлов газотурбинных установок.	Мартышин Г. В., Шаронова Н. И., Гейкин В. А., Поклад В. А.
3	2004	5	Статистическая прочность сварного соединения с твердыми прослойками и дефектами по линии сплавления шва.	Дильман В. Л., Остсемин А. А.
4	2003	1	Оценка конструкционно-технологической прочности станины пресса средствами программного комплекса «СВАРКА».	Макаров Э. Л., Куркин А С., Батов Г. П., Розанов Д. С.
5	2003	3	Многоцикловая усталостная прочность и хладостойкость сварных конструкций, изготовленных из среднелегированной стали 10ХН3МД.	Цкипуришвили В. Б., Котельников В. Л., Бабурина И. А., Орлов С. Е.

Журнал: «Автоматическая сварка»:

№ пп	Год	№ журнала, реквизит РЖ	Наименование статьи	Авторы
6	2005	11	Статистическая прочность и напряженное состояние механически неоднородных стыковых сварных соединений с Х – образной разделкой кромок.	Отсемин А. А., Дильман В. Л.
7	2004	8	Влияние остаточных напряжений на технологическую прочность сварных соединений высокопрочной стали 14ХГН2МДАФБ.	Лобанов Л. М., Позняков В. Д., Миходуй О. Л.
8	2004	11	Повышение склонности наплавленной стали 110Г13Л к деформационному упрочнению.	Валиц К. А., Пасенчик С. Ю.
9	2004	12	Износостойкость наплавленного металла с повышенной долей карбидов титана.	Кальянов В. Н., Петренко А. Н.
10	2003	3	Прочность и вязкость металла сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов.	Лабур Т. М.
11	2003	5	Структура и свойства сварных соединений жаропрочного сплава на основе никеля.	Сливинский А. А., Файт П.
12	2003	5	Экономнолегированные высокопрочные стали для сварных конструкций.	Миходуй Л. И., Кирьян В. И., Позняков В. Д., Стрижак П. А., Снисаренко В. В.
13	2003	5	Получение равнопрочных сварных соединений закаливающихся сталей без подогрева и термической обработки.	Назарчук А. Т., Снисарь В. В., Демченко Э. Л.
14	2003	5	Прессово-термическое электрогидро-импульсное соединение труб с трубными решетками из высоколегированных сталей.	Демиденко Л. Ю., Онацкая Н. А., Юрченко Е. С.
15	2003	9	Оценка технологической прочности соединений толстолистовых закаливающихся сталей с многослойными швами.	Назарчук А. Т., Снисарь В. В., Забуранный Ю. А.
16	2003	10 – 11	Определение прочности ресурса и живучести конструкции.	Фролов К. В., Махутов Н. А., Годенин М. М.
17	2003	10 – 11	Прогноз разрушения сварных соединений пластичных сталей при наличии дефектов.	Зубченко А. С., Васильченко Г. С., Овчинников А. В.
18	2003	10 – 11	Современные проблемы сварки и долговечности сварных судостроительных конструкций.	Горбач В. Д., Соколов О. Г., Михайлов В. С.
19	2003	12	Использование флюса при сварке МИГ тонколистовых алюминиевых сплавов.	Саидов Р, М., Семмлер У., Маттес К. –Ю., Турнер С.
20	2002	1	Повышение прочности швов при дуговой сварке сплава 1420 с применением скандийсодержащих присадок.	Ищенко А. Я., Лозовская А. В., Покляцкий А. Г., Склабинская И. Е., Машин В. С., Яворская М. Р.

Составил

Студент: Вашурин Н. А.

Группа: ОТСП – 402

1. Расчет прочности сварного соединения восстановленных облученных ударных образцов Шарпи. Фролов С. А., Голованов В. Н., Зинковский В. И.

Выполнен приближенный расчет на прочность восстановленных сваркой с неполным проплавлением облученных обломков ударных образцов Шарпи из легированных сталей. Установлено, что экспериментальная конструкция сварного соединения отвечает условиям прочности при изгибе. Несущая способность соответствует требованиям эксплуатации при ударных нагрузках. Прочность металла шва на восстановленных ударных образцах не уступает прочности основного металла конструкции во всем интервале температур от -120 до 200ºС.

2. Сравнительное исследование прочностных характеристик сварных и паяных соединений узлов газотурбинных установок. Мартышин Г. В., Шаронова Н. И., Гейкин В. А., Поклад В. А.

Разработана методика сравнительного определения прочностных характеристик, отражающая особенности конструктивного исполнения и эксплуатации нестандартных неразъемных соединений корпусных узлов газотурбинных установок. С использованием вибронагружения и специальных образцов получены данные об уровне прочности, обеспечиваемом применением трех технологических вариантов сварки и пайки. Установленные результаты интерпретированы на основе исследования морфологии разрушения.

3. Статистическая прочность сварного соединения с твердыми прослойками и дефектами по линии сплавления шва. Дильман В. Л., Остсемин А. А.

Получены аналитические зависимости среднего разрушающего растягивающего напряжения от относительных глубины дефекта и толщины твердой прослойки и механической неоднородности сварного соединения. Определена наибольшая глубина дефекта, при котором сварное соединение равнопрочно бездефектному.

4. Оценка конструкционно-технологической прочности станины пресса средствами программного комплекса «СВАРКА». Макаров Э. Л., Куркин А С., Батов Г. П., Розанов Д. С.

Описано применение программного комплекса «СВАРКА», разработанного в МГТУ им. Н. Э. Баумана для оценки конструкционно-технологической прочности станины пресса для разработки эффективной технологии сварки и последующей термической обработки, исключающей образование трещин в сварных соединениях.

5. Многоцикловая усталостная прочность и хладостойкость сварных конструкций, изготовленных из среднелегированной стали 10ХН3МД. Цкипуришвили В. Б., Котельников В. Л., Бабурина И. А., Орлов С. Е.

Выполнены исследования усталостной прочности и хладостойкости сварных типовых балок из стали 10ХН3МД. Установлено, что предел выносливости балок без упрочняющей аргонодуговой обработки составляет 50МПа, а с обработкой – 120МПа. Сталь отличается повышенной чувствительностью к концентрации напряжений. Сварные конструкции из стали 10ХН3МД имеют высокую хладостойкость, вплоть до -60ºС. Применение стали в ответственных сварных конструкциях в условиях многоциклового нагружения возможно при оптимальном конструктивно-технологическом проектировании и изготовлении элементов конструкции с упрочняющей аргонодуговой обработкой.

6. Статистическая прочность и напряженное состояние механически неоднородных стыковых сварных соединений с Х – образной разделкой кромок. Отсемин А. А., Дильман В. Л.

На основании метода решений плоской задачи теории пластичности, выполнена расчетная оценка статической прочности соединений из пластин с Х-образной разделкой и менее прочным швом по сравнению с основным металлом. Исследовано напряженное состояние механически неоднородных стыковых соединений. Показана возможность определения оптимальных геометрических размеров металла шва.

7. Влияние остаточных напряжений на технологическую прочность сварных соединений высокопрочной стали 14ХГН2МДАФБ. Лобанов Л. М., Позняков В. Д., Миходуй О. Л.

Изучено влияние содержания диффузионного водорода и погонной энергии сварки на сопротивляемость замедленному разрушению сварных соединений стали 14ХГН2МДАФБ, выполненных проволокой Св-10ХН2ГСМФТЮ. Установлена взаимосвязь между уровнем остаточных напряжений и сопротивляемостью образованию продольных и поперечных трещин соединений данной стали, выполненных проволоками, обеспечивающими получение металла швов с бейнитно-мартенситной, ферритно-бейнитной и аустенитной структурами.

8. Повышение склонности наплавленной стали 110Г13Л к деформационному упрочнению. Валиц К. А., Пасенчик С. Ю.

Установлено, что электрошлаковая наплавка высокомарганцевой стали 110Г13Л, помимо восстановления геометрии деталей и их служебных свойств, позволяет существенно повысить склонность стали к деформированному упрочнению. Последнее повышает износостойкость металла и эксплуатационную долговечность деталей.

9. Износостойкость наплавленного металла с повышенной долей карбидов титана. Кальянов В. Н., Петренко А. Н.

Приведены результаты лабораторных испытаний на износостойкость и технологическую прочность трех типов наплавленного металла (боротитанового, аустенитно-мартенситного и мартенситно-аустенитного). Показано, что наилучший комплекс свойств имеют стали с высоким содержанием метастабильного аустенита, упрочненные дисперсными выделениями карбидов титана.

10. Прочность и вязкость металла сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов. Лабур Т. М.

Рассмотрены закономерности изменения прочности и вязкости сварных соединений алюминиево-литиевых сплавов в зависимости от химического состава основного и присадочного материалов, погонной энергии при сварке, структуры и условий эксплуатации.

11. Структура и свойства сварных соединений жаропрочного сплава на основе никеля. Сливинский А. А., Файт П.

Приведены результаты металлографических исследований различных участков сварных соединений высоконикелевого сплава типа NiCr25FeAlY, выполненных вольфрамовым электродом в инертном газе, плавящимся электродом в смеси газов и под слоем флюса. Оценена склонность сплава к образованию горячих трещин и установлено наличие у него провала пластичности вблизи температуры 700ºС после термической обработки. Показана связь пониженной пластичности сплава с развитием фазовой и химической неоднородности.

12. Экономнолегированные высокопрочные стали для сварных конструкций. Миходуй Л. И., Кирьян В. И., Позняков В. Д., Стрижак П. А., Снисаренко В. В.

Приведены результаты анализа свойств и свариваемости двух экономнолегированных высокопрочных сталей марок 06Г2Б и 09Г2СЮч (σ_т ≥ 440МПа). Оценена перспективность их использования при изготовлении уникальных и надежных строительных конструкций различного назначения (мосты, башни, сосуды для работы под давлением, резервуары).

13. Получение равнопрочных сварных соединений закаливающихся сталей без подогрева и термической обработки. Назарчук А. Т., Снисарь В. В., Демченко Э. Л.

Рассмотрены возможности получения равнопрочных соединений высокопрочных закаливающихся сталей дуговой сваркой без подогрева и термообработки. Показана перспективность применения аустенитно-мартенситных материалов при сварке высокопрочных сталей без подогрева и термообработки с уровнем прочности металла шва 1150 … 1200МПа.

14. Прессово-термическое электрогидроимпульсное соединение труб с трубными решетками из высоколегированных сталей. Демиденко Л. Ю., Онацкая Н. А., Юрченко Е. С.

По результатам прочностных испытаний и металлографических исследований проведена оценка качества соединений труб с трубными решетками, полученных с помощью прессово-термического электрогидроимпульсного процесса. Показано, что при этом на площади более 50% всей контактной поверхности в контактных теплообменных аппаратах из высоколегированных сталей образуется металлическая связь.

15. Оценка технологической прочности соединений толстолистовых закаливающихся сталей с многослойными швами. Назарчук А. Т., Снисарь В. В., Забуранный Ю. А.

Рассмотрены особенности разработки нового подхода к оценке технологической прочности соединений закаливающихся сталей с многослойными швами. На их основе обоснована и экспериментально подтверждена возможность применения методики составных образцов для оценки не только металла шва, но и сварного соединения в целом.

16. Определение прочности ресурса и живучести конструкции. Фролов К. В., Махутов Н. А., Годенин М. М.

Изложены основы методов и систем определения характеристик прочности, ресурса, живучести и безопасности сложных технических систем при комбинированном воздействии эксплуатационных поражающих факторов. При построении систем анализа и аварийных ситуаций предложено учитывать конструктивные, технологические и эксплуатационные параметры форм, размеров, материалов, способов изготовления, контроля и режимов работы несущих элементов высокорисковых объектов. Важен также учет влияния широкого использования сварки при создании этих объектов.

17. Прогноз разрушения сварных соединений пластичных сталей при наличии дефектов. Зубченко А. С., Васильченко Г. С., Овчинников А. В.

Предложен метод расчета предельных нагрузок для конструкции с дефектами сварных соединений. Метод позволяет моделировать процесс квазистатического развития трещин в пластичных сталях. Приведены примеры расчета.

18. Современные проблемы сварки и долговечности сварных судостроительных конструкций. Горбач В. Д., Соколов О. Г., Михайлов В. С.

Рассмотрены факторы, определяющие циклическую прочность и долговечность сварных судостроительных конструкций. Даны расчетные оценки сварочных деформаций на примере корпуса танкера и катамарана. Показаны направления снижения местных и общих деформаций стабилизации формы и точности сварных конструкций путем их низкочастотной вибрационной обработки. Приведены примеры использования принципиально новых типов сварных соединений на базе высококонцентрированных источников энергии и адаптивных методов сварки.

19. Использование флюса при сварке МИГ тонколистовых алюминиевых сплавов. Саидов Р, М., Семмлер У., Маттес К. – Ю., Турнер С.

Представлены результаты исследований сварки плавящимся электродом в инертном газе тонколистовых алюминиевых сплавов с использованием очищающего и формирующего флюса. Показано, что использование флюса при сварке алюминиевого сплава AlMg4,5Mn (5083) способствует получению сварных соединений с высокими качеством и уровнем механических свойств.

20. Повышение прочности швов при дуговой сварке сплава 1420 с применением скандийсодержащих присадок. Ищенко А. Я., Лозовская А. В., Покляцкий А. Г., Склабинская И. Е., Машин В. С., Яворская М. Р.

Проведен сравнительный анализ свойств листовых соединений сплава 1420, полученных сваркой плавлением с применением серийных и опытных присадочных проволок, содержащих скандий. Показано, что его введение в сварочные проволоки создает предпосылки дополнительного упрочнения металла шва. Предложен режим термической обработки, позволяющий получать равнопрочные сварные соединения с улучшенным комплексом физикомеханических характеристик.

ВЫВОД

При обеспечении прочности сварного соединения при сварке плавлением существуют некоторые трудности. Это обеспечение стойкости металла шва и околошовной зоны против образования трещин, обеспечение коррозионной стойкости сварных соединений, получение и сохранение в процессе эксплуатации требуемых свойств сварного соединения. Для того, чтобы их решить разрабатывают специальные электроды, флюсы, наносят активаторы на поверхности, вводят в проволоку специальные присадки. Кроме этого разрабатываются новые способы дуговой сварки для получения высоких механических свойств сварного изделия и дефекты контроля с помощью математических моделей, выполняют приближенные расчеты на прочность, разрабатывают методики сравнительного определения прочностных характеристик, выполняют расчетную оценку статической прочности соединений из пластин с Х-образной разделкой и менее прочным швом по сравнению с основным металлом, проводят лабораторные испытания на износостойкость и технологическую прочность.

МЕТОДОЛОГИЯ

2.1. Формулировка задачи эксперимента

Задача: разработать методику эксперимента, позволяющую из двух различных режимов одного и того же способа сварки выбрать тот, который обеспечивает более высокую прочность сварного шва.

Исходные данные:

а) общие признаки способа сварки - дуговая, автоматическая.

б) общий признак сварного соединения - стыковое соединение.

Дополнительные данные по варианту:

Сталь низкоуглеродистая, односторонний скос кромок.

2. Состав и свойства материала 08кп.

Для выполнения эксперимента выбирается низкоуглеродистая сталь марки сталь 08кп [1].

Сталь 08кп широко применяется для изготовления шайб, вилок, прокладок, труб, а также деталей, подвергаемых химико–термической обработке – втулок, проушин, тяг. Механические свойства представлены в табл. 1.

Таблица 1

Механические свойства при Т=20ºС материала 08кп.

Сортамент	Размер	Напр.	σв	σт	δ5	ψ	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж/м2	-
Сталь калиброван.			314-412			60		Отжиг

Обозначения:

σ_в – предел кратковременной прочности, МПа;

σ_т – предел пропорциональности (предел текучести для остаточных деформаций), МПа;

δ₅ – относительное удлинение при разрыве, %;

ψ – относительное сужение, %;

KCU – ударная вязкость, кДж/м².

Основными требованиями являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требованиям.

Химические состав материала 08кп представлен в табл.2.

Таблица 2

Химический состав в % материала 08кп.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.05-0.11	До 0,03	0,25-0,5	До 0,25	До 0,04	До 0,035	До 0,1	До 0,25	До 0,08

Для сварки стали 08кп предлагается использовать следующий способ сварки – дуговая автоматическая сварка проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа.

Технологические свойства материала 08кп представлены в табл.3.

Таблица3

Свариваемость:	без ограничений
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна

Физический состав материала 08кп представлен в табл.4.

Таблица 4

Т	Е 10-5	α 106	λ	ρ	С	R 109
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2,03		63	7871		147
100	2,07	12,5	60	7846	482	178
200	1,82	13,4	56	7814	498	252
300	1,53	14	51	7781	514	341
400	1,41	14,5	47	7745	533	448
500		14,9	41	7708	555	575
600		15,1	37	7668	584	725
700		15,3	34	7628	626	898
800		14,7	30	7598	695	1073
900		12,7	27	7602	703	1124
1000		13,8			695

Обозначения:

Т – температура, при которой получены данные свойства, Град;

Е – модуль упругости первого рода, МПа;

α – коэффициент температурного (линейного)расширения (диапазон 20º - Т), 1/Град;

λ – коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·град);

ρ – плотность материала, кг/м³;

С - удельная теплоемкость материала (диапазон 20º - Т), Дж/(кг·град);

R – удельное электросопротивление, Ом·м.