Додаткова_література / Додаткова література / metod_tzp_rgr

а − коефіцієнт температуропроводності зварюваного матеріалу.

2. Для плоского процесу розповсюдження тепла, який описується схемою розрахунків рухомого, або потужного швидкодіючого, лінійного джерела тепла в пластині з тепловіддачею (РЛД, ПШЛД) коефіцієнт теплонасичення ψ2 представлений в залежності від безрозмірних критеріїв відстані та часу:

на теплоємність зварюваного матеріалу; s − товщина пластини.

Номограми, за якими, відповідно до безрозмірних критеріїв, можна знайти значення коефіцієнтів теплонасичення наведені в додатках. На номограмах побудовані криві, кожна з яких відповідає певному значенню безрозмірного кри-

терію ρ. Тому спочатку для заданих умов належить знайти величину ρ. Потім знаходимо безрозмірний критерій часу τ і проводимо на номограмі вертикальну лінію через отримане значення τ до перетину з кривою відповідного значення ρ. З точки перетину проводимо горизонтальну лінію вліво до шкали і зчитуємо отримане значення коефіцієнта теплонасичення ψ. У випадку, якщо значення критерію ρ не співпадає точно з наведеним на номограмі, можна проводити ап-

роксимацію між двома кривими з близькими до необхідного значеннями ρ.

Визначення розмірів ділянок зони термічного впливу та кінцевої структури ЗТВ.

Температури, при яких відбуваються фазові перетворення в вуглецевих та низьколегованих сталях визначаються їх хімічним складом: здебільшого вмістом вуглецю. Характер цих процесів відображає відома діаграма стану “ за- лізо-вуглець”. При зварюванні метал в зоні термічного впливу проходить повний цикл нагрівання до деякої максимальної температури і наступного охолодження до температури навколишнього середовища. При цьому, залежно від до-

29

сягнутої максимальної температури в металі відбуваються ті чи інші фазові перетворення відповідно до діаграми “ залізо-вуглець”. Тобто, при нагріванні утворюються структури, характерні для високих температур, які потім, при охолодженні, перебудовуються в структури, які мають місце при низьких температурах. Якщо не приймати до уваги значні швидкості нагрівання та охолодження, притаманні зварюванню, то для визначення структур та розмірів ділянок зони термічного впливу досить сумістити криву розподілу максимальних тем-

ператур {Tmax = ¦(y)} з діаграмою стану “ залізо-вуглець” в місці, яке відповідає хімічному складу сталі, яка зварюється. Нижче на рисунку виконана така процедура.

В лівій частині побудовано розподіл максимальних температур, в правій - низьковуглецевий кут діаграми стану “ залізо-вуглець”. Для сталі з вмістом вуглецю [С] на діаграмі стану проведено вертикальну пряму. Точки перетину цієї прямої з лініями, обмежуючими структурні зони (1, 2, 3, 4) покажуть температури структурних перетворень. Ці ж точки, будучи перенесені на криву розподілу максимальних температур і спроектовані потім вниз, на шкалу поперечних відстаней (Y) покажуть величини ділянок зони структурних перетворень:

y ≈1100°С… y 3 − ділянка нормалізації;

y 3… y 4 − ділянка неповної перекристалізації.

Аналогічним чином визначаються і ділянки рекристалізації та відпуску для високоміцних сталей, які не залежать від діаграми стану Fe-C, але можуть бути побудовані за допомогою тієї ж кривої розподілу максимальних температур.

Кінцева (після термічного циклу зварювання) структура ЗТВ залежить не тільки від хімічного складу сталі і розподілу максимальних температур, але й в значній мірі від швидкості охолодження. Справа в тому, що при більшій швидкості охолодження металу суттєво зменшуються температури початку і кінця фазових перетворень. Температура точки закінчення фазового перетворення γ-

залізо → α-залізо (Аr1 = 723°С) при високих швидкостях охолодження може бути зменшена на кілька сотень градусів. Це може приводити до пересичення

α−твердого розчину вуглецем і сприяє утворенню гартівних структур в сталі. Стандартна діаграма стану “ залізо-вуглець” відображає ізотермічний розпад (перекристалізацію) аустеніту, тобто такий, який відбувається нескінченно повільно, з нескінченно малими значеннями величини переохолодження. Крім того, вона не враховує впливу інших легуючих елементів, присутніх в складі сталі.

Явище зменшення критичних температур фазових перетворень і утворення структур, відмінних від стандартних, при високих швидкостях охолодження та в залежності від номінального хімічного складу сталі враховують діаграм ані-

зотермічного розпаду аустеніту (АРА), що являють собою окремий тип термокінетичних діаграм фазових перетворень, побудованих на підставі експери-

ментальних даних дилатометричного або термічного аналізу. Вони будуються для кожної марки сталі індивідуально. Вплив вмісту вуглецю та інших основних легуючих елементів в сталях (зростає від а до г) на загальний вигляд діаграм АРА або, інакше кажучи, на характер можливих перетворень аустеніту, показано на рисунку нижче.

31

Можемо бачити наступні закономірності:

∙зростання вмісту легуючих елементів (в т. ч. вуглецю) затримує в часі початок перетворення аустеніту та знижує температури утворення відповідних продуктів цього процесу, в т. ч. і температуру мартенситного перетворення ТМ;

∙внаслідок цього збільшується інкубаційний час ti, необхідний для дифузійного механізму перекристалізації, а критична швидкість охолодження, достатня для бездифузійної (мартенситної) перекристалізації – навпаки зменшується;

∙температурно-часовий діапазон утворення бейніту розширюється за рахунок областей утворення фериту та перліту;

∙стабільність аустенітної фази зростає.

В Додатку 5 наведені діаграми анізотермічного розпаду переохолодженого аустеніту для деяких найбільш вживаних в машинобудуванні вуглецевих та низьколегованих сталей. Для визначення кінцевої структури металу навколошовної зони належить нанести на діаграму гілку охолодження термічного циклу зварювання, побудованого для заданої максимальної температури (увага! шкала часу на діаграмі − логарифмічна). Область, в яку потрапляє на діаграмі крива охолодження і визначить кінцеву структуру металу.

32

Визначення еквівалентного вуглецю і температури попереднього піді-

грівання

Показник еквівалентного вуглецю застосовується як спроба комплексної характеристики стійкості проти утворення холодних тріщин при зварюванні вуглецевих та низьколегованих сталей. Еквівалентний вуглець обчислюється як сума вмісту вуглецю в сталі та вмісту інших легуючих компонентів і домішок, помножених на деякі емпіричні коефіцієнти, які враховують ступінь впливу кожного компоненту на тріщиноутворення. Єдиної стандартної процедури визначення еквівалентного вуглецю не існує, але є кілька більш-менш прийнятних загальновизнаних методик.

Найбільш доцільною вважається схема розрахунку Д. Сеферіана. Вона ґрунтується на явищі зниження точки мартенситного перетворення вуглецевих (низьколегованих) сталей при підвищенні вмісту вуглецю в них і впливом на це зниження легуючих домішок. Крім того, схема Д. Сеферіана опосередковано, через товщину деталі, враховує вплив на положення точки мартенситного перетворення середньої швидкості охолодження металу в зоні термічного впливу.

Схема розрахунку Д. Сеферіана зводиться до наступного ланцюга визначень, у яких емпіричні чисельні значення коефіцієнтів базуються на узагальненнях великого числа експериментальних результатів по ряду різних марок сталей:

1. Знаходимо розрахункову температуру мартенситного перетворення:

Тм = 550 - 360×Се ;

де: Тм - температура мартенситного перетворення, ° С;

Се - еквівалентний вуглець у сталі, %;

Прийнято вважати: якщо розрахункова температура Тм < 460°С, то попереднє підігрівання для уникнення холодних тріщин при зварюванні необхідне.

2. Еквівалентний вуглець визначається із залежності:

Се = С % + (1/9)×( Мn % + Сr %) + (1/18)× Ni % + (1/13)×Мо %;

33

Коефіцієнти наведені біля знаків хімічних елементів визначені експериментально і враховують вплив відповідного елемента на схильність сталі до загартовування.

3. Вплив товщини металу, який зварюється, враховується спеціальною поправкою:

Cδe = 0,005 × d × Ce ,

де: d - товщина металу (мм).

4.Повний еквівалент вуглецю подається у вигляді суми:

Спe = Се + Cδe = Се(1 + 0,005d).

5.Температура попереднього підігрівання деталей, які зварюються, визначається за формулою:

Тпід = 350Cпe - 0,25 .

Класична методика Д. Сеферіана враховує обмежену кількість легуючих компонентів, натомість значна кількість елементів, застосовуваних нині при виробництві низьколегованих (особливо високоміцних) сталей, залишається поза її увагою.

Згідно європейського стандарту EN 1011-2:2001 розрахунок температури попереднього підігрівання виконують за методикою японських дослідників Й. Іто, К. Бессіо та ін. Тут дано спробу врахувати вплив на схильність до утворення холодних тріщин не тільки хімічний склад основного металу та його товщину, але й прогнозований вміст у ньому водню:

th(…) – спеціальна функція від аргументу в дужках, т. з. гіперболічний тангенс:

x − −x

th(x) = e e− . ex + e x

При видачі завдання на розрахункову роботу кількість розчиненого в основному металі водню задається викладачем.

35

ОБ’ЄМ ТА ЗМІСТ РОЗРАХУНКОВОЇ РОБОТИ

Якісно виконана за типовим завданням розрахункова робота повинна містити наступні розділи:

Вступ, в якому дається характеристика заданого матеріалу, способу та режиму зварювання чи наплавлення, проводиться аналіз їх відповідності, прогнозуються можливі труднощі та проблеми, а відтак, декларуються цілі і задачі, які належить вирішити в розрахунковій роботі.

Вибір схеми розрахунків, в якому дається аналіз відомих типових схем розрахунків температурних полів при зварюванні на предмет їх відповідності заданому способу зварювання та режиму та обґрунтовується вибір необхідної схеми розрахунків.

Розрахунок температур граничного стану в зоні термічного впливу, в якому детально наводяться виконані обчислення, результатом яких повинна бути вичерпна відповідь про температурний режим ЗТВ в умовах усталеного температурного поля.

Розрахунок температур в період теплонасичення, в якому вагомо обґрунтовується вибір схеми розрахунків неусталеного теплового режиму ЗТВ, наводяться результати обчислень, та порівняння отриманих значень температур з температурами граничного стану.

Аналіз структур в зоні термічного впливу, в якому наводяться результати співставлення розподілу температур в ЗТВ та діаграми стану “ залізо-вуглець”, визначаються розміри ділянок зони термічного впливу, описуються та аналізуються їх структури, наводяться ескізи типових структур, а також, ґрунтуючись на діаграмі анізотермічного розпаду аустеніту, дається прогноз відносно кінцевих структур ЗТВ заданої сталі.

Розрахунок еквівалентного вуглецю та температури попереднього підігрівання, в якому наводяться та порівнюються результати обчислень за різними методиками і обирається та обґрунтовується найбільш прийнятний з них.

36

Дискусія (обговорення результатів), в якій аналізуються отримані результати по структурам, та температурі попереднього підігрівання, уточнюються розміри зон проплавлення, ділянок ЗТВ, кінцева структура і робиться детально обґрунтований висновок про відповідність заданого матеріалу та заданого режиму зварювання, або про умови досягнення такої відповідності.

Висновки, в яких в стислій, максимально скороченій формі, повідомляється, що зроблено в розрахунковій роботі, чого досягнуто, які рекомендації можна дати виконавцям зварних швів заданого матеріалу.

Список літератури, в якому наводяться всі використані джерела: підручники, монографії, наукові статті, конспекти, довідники, ін.

Графічна частина роботи повинна містити всі необхідні для детальних ілюстрацій змістовної частини матеріали.

37