1. Общая часть

1.1 Материал сварной конструкции

Сталь – это железный сплав, содержащий до 2,14% С. В углеродистых конструкционных сталях, широко используемых в машиностроении, судостроении и др., содержание углерода обычно составляет 0,06-0,9%. Углерод является основным легирующим элементом и определяет механические свойства стали 10Г2С1Д. Повышение его содержания в стали усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов.

Легированными называются, стали, содержащие специально введенные элементы. Марганец считается легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний свыше 0,4%. Легирующие элементы, вводимые в сталь, вступая во взаимодействие с железом и углеродом, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкции.

Наличие марганца в стали 10Г2С1Д повышает ударную вязкость и хладноломкость (Таблица 1. Химический состав стали 10Г2С1Д ), обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями данная сталь позволяет получить сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в данную сталь небольшого количества меди (0,3%)повышает стойкость стали против коррозии атмосферной и в морской воде. Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали, используют в горячекатаном состоянии. Термообработка значительно улучшает механические свойства стали. При этом может быть достигнуто значительное снижение порога хладноломкости (Таблица 2. Механические характеристики стали 10Г2С1Д).

Таблица 1- Химический состав стали 10Г2С1Д (ГОСТ 5521-76)

Марка стали	Химический состав, %
	С	Si	Mn	Cu	N	Cr	P	S
10Г2С1Д	0,12	0,8-1,1	1,3-1,65	0,15-0,3	≤0,3	≤0,3	≤0,035	≤0,035

Таблица 2- Механические характеристики стали 10Г2С1Д

Марка стали	ан при температуре -40 0С, КГС М/СМ2	σВ	σт	δ, %
		Не менее КГС/ММ2
10Г2С1Д	-	50	35	18

1.2 Технологическая свариваемость

Рассматриваемая сталь обладает хорошей свариваемостью. Технология ее сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основные из которых – обеспечение надежности и долговечности конструкций. Важное требование при сварке данной стали – обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела соответствующих свойств основного металла.

Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и дополнительного металлов в образовании металла шва и взаимодействий между металлом, шлаком и газовой фазой. Повышенные скорости охлаждения металла шва также способствует повышению его прочности, однако при этом снижаются его пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Критическая температура перехода металла однослойного шва в хрупкое состояние, практически не зависит от скорости охлаждения. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. О свариваемости применительно её чувствительности к закаливаемости ориентировочно судят к коэффициенту эквивалентности по углероду для различных легирующих элементов.

Эквивалентное содержание углерода подсчитываем по формуле [1,c.203]

С_э=С+Mn/6+Cr/5+V/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+Р/2,

где C, Mn, Cr, V, Mo, Ni, Cu, P- процентное содержание легирующих элементов в металле шва.

С_э=0,12+1,3/6+0,3/5+0,3/13=0,42%

Ограниченно сваривающиеся стали (C_э = 0,36-0,45%) склонны к трещинообразованию, возможность регулирования сопротивляемости образованию трещин изменением режима ограничена, требуется подогрев. Плохо сваривающиеся стали (C_э > 0,45%) весьма склонны к закалке и трещинам, требуют при сварке подогрева, специальных технологических приемов сварки и термообработки.