1.2. Обоснование материала сварной конструкции

Балка строповочная изготавливается из стали 09Г2С. Эта сталь используется для изготовления сварных конструкций, которые работают в средних и тяжелых условиях и подвергают непосредственному влиянию динамических и вибрационных нагрузок.

Данная сталь имеет хорошую свариваемость. Обеспечение равнопрочности металла шва при дуговых способах сварки не вызывает затруднений.

Химический состав стали представлен в таблице 1.1 [1], а механические свойства - в таблице 1.2 [1].

Таблица 1.1 - Химический состав стали 09Г2С

Наименование элемента	C, не более	Si	Mn	Cu	Ni	Cr	Р, не более	S, не более
Массовая доля элемента, %	0,12	0,5-0,8	1,3-1,7	≤0,3	0,3	0,3	0,035	0,04

Для изготовления сварной конструкции низколегированные стали используют в гарячекатанном виде. Термообработка значительно улучшает механические свойства стали, которые зависят от толщины проката. При этом может быть достигнуто значительное уменьшение порога хладноломкости. Благодаря этому в последние годы эту сталь для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термообработки (закалка + отпуск)

Таблица 1.2 - Механические свойства стали 09Г2С

Толщина проката, мм	В, МПа/мм2	Т, МПа/мм2	δ, %
10-40	490	360	21

Необходимый комплекс служебных и технологических свойств этой стали обеспечивается структурой, которая формируется в процессе мартенситного преобразования и определяется легированием и термообработкой.

Под свариваемостью материала понимают свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Данный материал изделия хорошо сваривается при любых способах сварки, не склонен к образованию холодных и горячих трещин, т.к. содержит малое количество углерода и вредных примесей.

В связи с тем, что параметров, характеризующих основной и присадочный (электродный) материалы, очень много, то свариваемость представляет комплексную характеристику, включающую чувствительность металла к окислению и порообразованию, соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным, реакцию на термические циклы, сопротивляемость образованию холодных и горячих трещин и т.д.

Из перечисленных параметров наиболее существенным при сварке и наплавке углеродистых и низколегированных сталей является сопротивляемость образованию трещин.

Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин используется углеродный эквивалент, которым можно пользоваться как показателем, характеризующим свариваемость, при предварительной оценке последней. Для этой цели имеется ряд уравнений. Наиболее распространенным и приемлемым для сталей, используемых на подвижном составе, является следующее:

;

Так как Сэкв > 0,45%, то данная сталь склонна к образованию закалочных структур, а следовательно, и холодных трещин.

Поскольку оценка свариваемости по показателю Сэ указывает на склонность стали к появлению холодных трещин, то необходимо предусмотреть предварительный подогрев детали. Температуру подогрева, °С, можно определить по формуле:

где Соб - общий углеродный эквивалент,

где δ - толщина металла свариваемой детали, мм.

Назначаем предварительный подогрев 250 ⁰С с учетом остывания изделия перед сваркой после нагрева.

Уменьшение содержания водорода в наплавленном металле достигается улучшением защиты сварочной ванны от внешней среды, тщательной подготовкой поверхности перед наплавкой, прокаливанием присадочного материала и др.

Технологию сварки для данной стали выбирают из условия обеспечения комплекса требований, главное с который - равнопрочность свареного соединения и отсутствие дефектов в свареном соединении, которое разрешит обеспечить надежность и долговечность конструкции.

Для того чтобы обеспечить равнопрочность сварного соединения, необходимое применение сварочного материала близкого по составу с основным металлом. Красивая защита зоны сварки разрешит получить качественный шов без дефектов.