Описание сварной конструкции или изделия

Данная конструкция представляет собой подкрановую балку. Конструкция состоит из стенки, верхней и нижней полок, двух центральных рёбер жесткости, четырёх ребер жесткости и двух опорных рёбер. Данная конструкция входит в стелу крана и работает на сжатие. Подкрановая балка сваривается следующим образом: сначала сваривается двутавр из верхней и нижней полок, и стенки, затем приваривается центральные рёбра жесткости, а потом рёбра жёсткости и опорные рёбра.

Данная конструкция применяется в качестве главной балки перекрытия и эксплуатируется в интервале температур от -40С до +40С при статических нагрузках.

Материал изделия

Для подкрановой балки будем использовать сталь 10ХСНД. Так как её назначение: элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 450 ⁰С [1, С.121].

Таблица 1 – Химический состав, % (ГОСТ 19282-73) [1, С.121]

C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	N	As
Не более						Не более
0,12	0,8-1,1	0,5-0,8	0,6-0,9	0,5-0,8	0,4-0,6	0,035	0,040	0,008	0,08

Таблица 2 – Механические свойства [1, С.121]

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм
			МПа
			не менее
19281 – 73 19282 - 73	Сортовой и фасонный прокат Листы и полосы в состоянии поставки (образцы поперечные)	До 15 мм. вкл. Св. 15 до 32 вкл. Св. 32 до 40 вкл.	390 390 390	590 530 530	19 19 19
17066 - 80	Листы горячекатаные	От 2 до 3,9 вкл.	-	530	(15)

Исходя из таблицы 2 выбираем сталь по ГОСТ 19281 – 73, так как толщина листов из которых будет изготавливаться подкрановая балка не будет превышать 15 мм..

Тогда исходя из [1, С. 122] ударная вязкость КСV будет: при температуре -40 ⁰С , при -70 ⁰С - .

Свариваемость – сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

Склонность к отпускной хрупкости – малосклонна [1, С.122].

Выбор способа сварки и сварочного оборудования Технологическая свариваемость металла сварной конструкции

Важное требование при сварке стали это обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом, а также отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва должны быть не ниже нижнего предела соответствующих свойств основного металла. Швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов.

Свариваемость конструкционной углеродистой и легированной стали можно определить, как способность стали переносить тепловой режим при том или ином сварочном процессе без образования в соединении участков металла с пониженными пластическими свойствами, способствующие возникновению трещин при сварке конструкций или разрушению сварных конструкций в эксплуатации.

Данная сталь не относится к закаливающимся сталям, в сварных соединениях под действием термического цикла процесса сварки только в редких случаях могут образовываться хрупкие и малопластичные зоны в участках, где металл нагревается до температуры выше точки А_С3.

Элементы, снижающие температуру М превращения, усиливают склонность металла к образованию холодных закалочных трещин. К таким элементом относятся, прежде всего, углерод. В среднелегированных сталях температура мартенситного превращения снижается при повышении содержания марганца, никеля, хрома, молибдена и др.

О свариваемости стали, применительно к чувствительности её к образованию закалочных структур, ориентировочно можно судить по коэффициенту эквивалентности по углероду для различных легирующих элементов 2, стр.119:

где в числителе указывается содержание химического элемента данной стали, в процентах.

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

Определим значение эквивалентного содержания углерода для нашей стали Согласно таблице 1 мы имеем следующий эквивалент по содержанию углерода для стали 10ХСНД:

Таким образом, сталь 10ХСНД склонна к образованию холодных трещин, так как ее эквивалентное содержание углерода превышает допустимое значение углерода 0,45.

Не мало важную роль на склонность к образованию в сварных соединениях холодных трещин играет способ сварки. Для среднелегированных сталей методы сварки по возрастанию сопротивляемости сварных швов к образованию холодных трещин можно распределить в следующем порядке: автоматическая сварка под кислыми флюсами (АН-348-А и др.), ручная дуговая сварка электродами типа

УОНИ-13 (УОНИ-13/45; УОНИ-13/85), сварка в СО₂, аргонодуговая сварка.

Для предупреждения холодных трещин необходимо снижать содержание водорода, для этого защитные газы необходима подвергать осушки, применять низководородистые электроды, прокаливать их и флюсов перед сваркой. Эквивалентное содержание углерода влияет на критическое содержание водорода в металле конструкционных легированных сталей. Чем выше содержание углерода и других элементов, понижающих температуру мартенситного превращения, тем при меньшем содержание водорода образуется холодные трещины.

Также при сварке стали 10ХСНД возможно образование кристаллизационных (горячих) трещин в металле шва. Для предупреждения появления горячих трещин необходимо снижать в сварном шве содержание серы, углерода, фосфора, кремния, меди, никеля (при содержание 2,5-4,5%), а также примесей металла с низкой температурой плавления (свинец, олово, цинк), то есть элементов, уменьшающих стойкость металла шва против образования горячих трещин. Элементы, повышающие стойкость металла шва к образованию горячих трещин в металле шва являются такие элементы как, марганец, хром, и др., особенно ванадий. При этом, чем ниже содержание легирующих элементов, поднимающих стойкость металла шва к образованию трещин, тем выше склонность к трещинообразованию при одном и том же содержание углерода. Наиболее опасными местами появления горячих трещин является конец и начало шва.

Еще одной трудностью при варке среднеуглеродистой стали 10ХСНД является получение механических характеристик металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом равноценных или близких к свойствам основного металла. Поскольку для повышения стойкости металла шва против образования холодных и горячих трещин ограничивают содержание углерода и некоторых легирующих элементов, достигнуть равноценности шва с основным металлом весьма затруднительно. Поэтому после сварки необходимо применять термическую обработку сварного шва. Термообработка сварного соединения должна быть более простой и одинаковой для основного металла и металла шва.

Из всех перечисленных затруднений, возникающих при сварке среднеуглеродистых сталей, наиболее серьезным и специфическим является предотвращение образования горячих трещин.