2 Выбор способа сварки и сварочного оборудования

2.1 Технологическая свариваемость металла сварной конструкции

Свариваемость – характеристика металла, определяющая его пригодность к образованию, при рациональном технологическом процессе, сварного соединения. Свариваемость оценивается путем сопоставления свойств сварных соединений с одноименными свойствами основного металла [3, стр. 129].

Для получения нормальной работоспособности сварных соединений свариваемость необходимо оценивать исходя из следующих положений [4, стр. 20]:

1. Получение сварного бездефектного соединения, а особенно без холодных и горячих трещин.

2. Получение микроструктуры, прочности и вязкости сварного соединения, обеспечивающих надежность в эксплуатации в заданных температурных условиях.

3. Необходимость принятия специальных технологических мер при сварке (подогрев, регулирование погонной энергии и др.).

4. Необходимость проведения термообработки.

Низкоуглеродистые низколегированные стали хорошо свариваются. Это значит, что они не образуют при сварке холодных и горячих трещин. Горячие трещины образуются в шве в процессе кристаллизации, холодные – в результате мартенситного превращения. Свойства сварного соединения и участков, прилегающих к нему (зоны термического влияния), близки к свойствам основного металла.

Для примерной оценки свариваемости низколегированных низкоуглеродистых сталей можно пользоваться, так называемым, показателем эквивалента углерода [Хазанов с.20]:

, (1)

где C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu – содержание в стали углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля и меди соответственно, % [2, стр. 262].

Стали с эквивалентом по углероду более 0,45 склонны к образованию трещин при сварке.

Определим значение эквивалентного содержания углерода для нашей стали по формуле (1), мы имеем следующий эквивалент по содержанию углерода для стали 15ХСНД:

.

Сталь 15ХСНД имеет показатель эквивалента углерода ниже 0,45, что говорит о хорошей свариваемости. Стали с содержанием до 0.2% С имеют высокую критическую скорость охлаждения при закалке, поэтому после сварки в наплавленном металле и зоне термического влияния не образуются структуры подкалки. Прилегающие к кромкам участки изделия необходимо подогревать при сварке толщин более 35 – 40мм и если сварка ведется при температурах ниже -10°С. Но в нашем случае этого не требуется. Низкоуглеродистые низколегированные стали свариваются практически любыми способами сварки: ручной дуговой сваркой, автоматической дуговой сваркой, сваркой под слоем флюса, электрошлаковой сваркой.

2.2 Литературный обзор опыта сварки металла заданной толщины

Литературный обзор опыта сварки металла заданной толщины позволяет сделать вывод, сталь 15ХСНД свариваются практически любыми способами сварки. При применении соответствующих сварочных материалов металл шва легирован кремнием и марганцем больше, чем основной металл. Поэтому его механические свойства в большинстве случаев выше, чем у основного металла. В этом случае основное требование при сварке – получение сварного шва с необходимыми геометрическими размерами и без дефектов.

При РДС, обеспечить полное проплавление кромок изделия, при толщине 4 – 5мм можно без разделки кромок. Диаметр электрода при сварке в нижнем положении принимают 3 – 4мм. Существенный недостаток данного способа сварки, малая производительность процесса, зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика. Применение ручной дуговой сварки нецелесообразно.

Сварка в среде защитных газов нашла широкое применение в промышленности, этим способом можно соединять в ручную, полуавтоматически или автоматически в различных пространственных положениях. По сравнению с другими способами сварка в среде защитных газов имеет ряд преимуществ: высокое качество сварного шва, возможность визуального наблюдения за образованием шва, отсутствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкая механизация, автоматизация; низкая стоимость при использовании активных защитных газов. Но так же имеет ряд недостатков: требуется дополнительное газовое оборудование, сварка только на постоянном токе (на переменном токе процесс горения дуги неустойчивый, так как затруднено повторное возбуждение дуги при смене полярности). При сварке в СО₂ на качество металла шва значительное влияние оказывает качество газа. При повышенном содержании азота, водорода, а так же влаги, в швах могут образовываться поры. В то же время сварка в СО₂ менее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины.

При автоматической сварке под слоем флюса существенным недостатком является то, что сварку производят только в нижнем положении и недоступность визуального наблюдения за процессом горения дуги.