3. Порядок выполнения работы
во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп. 1 и 2.2.1 – 2.2.7 протокола лабораторной работы;
на занятии, перед выполнением работы ответить на вопросы билета предварительного контроля;
получить у преподавателя варианты задания, расшифровать марки материала, указать вероятные области его применения, заполнить табл. 3;
закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.
6. Анализ структуры и свойств металла зон сварного соединения при электродуговой сварке
1. Цель работы
1.1. Изучить строение сварного соединения и свойства металла его зон.
1.2. Научиться определять связь между маркой стали и склонностью к закалке металла в зоне термического влияния.
2. Основные теоретические положения и методические указания
Сварка является одним из важнейших технологических процессов. Наибольшее распространение в судостроении и судоремонте получила электродуговая сварка.
Для того, чтобы технически грамотно подходить к решению вопроса по сварочным работам, необходимо усвоить физические основы сварки, тщательно изучить строение и свойства сварных соединений, представлять причины возникновения в них дефектов.
О
собое
внимание следует обратить на склонность
стали к закалке в зоне термического
влияния (околошовной зоне), поскольку
она является одной из основных причин
появления трещин и ухудшения механических
свойств сварных соединений при сварке
сталей с повышенным содержанием углерода
и (или) легирующих элементов.
Под влиянием термического воздействия (нагрева и охлаждения) сварки основной металл в околошовных зонах претерпевает значительные структурные изменения. Сущность этих изменений выясняется при сопоставлении кривой максимальных температур нагрева точек околошовной зоны с диаграммой структурных превращений основного металла и его микроструктуры (рис. 6. 1).
Участок 1 зоны термического влияния нагревается при сварке до температуры, близкой к температуре плавления. Его называют участком перегрева. Он имеет крупнозернистую ферритно-игольчатую (Видманштеттову) структуру, обладает наибольшей хрупкостью и поэтому является самым слабым местом сварного соединения.
На 2-ом участке ЗTB температура металла не превышает 1100°С. Здесь наблюдается полная нормализация стали, в результате которой структура оказывается мелкозернистой. Металл на этом участке имеет повышенные механические свойства по сравнению с основным металлом.
На 3-ем участке ЗTB, температура которого лежит между критическими точками A1 и А3, происходит неполная перекристаллизация стали – наряду с крупными зернами феррита, которые не подверглись перекристаллизации, образуются новые, мелкие зерна феррита и перлита.
4-й участок ЗТВ присутствует только в сталях, которые подвергались холодной пластической деформации – на нем материал несколько разупрочняется из-за рекристаллизации. В сварных соединениях корпуса судна, изготавливаемого из горячекатаных листов стали, этом участок отсутствует.
Таким образом, при электродуговой сварке стали в 3TB, расположенной за зоной сплавления, структура основного металла сильно изменяется. Размеры 3TB зависят от способа и технологии сварки и рода свариваемого металла. Так, при ручной дуговой сварке стали тонкообмазанными электродами размеры ЗТВ минимальные (2…2,5 мм); при сварке электродами с толстой обмазкой протяженность ее равна 4…10 мм, а при газовой сварке – 20…25 мм.
Структурные изменения основного металла в ЗТВ мало отражаются на механических свойства малоуглеродистой стали при сварке ее любыми способами с последующим отжигом. Однако при сварке среднеуглеродистых и низколегированных сталей в ЗТВ может происходить образование закалочных структур, которые резко снижают пластические свойства сварных соединений и часто являются причиной образования трещин.
Качественной характеристикой склонности стали к образованию закалочных структур и трещин является эквивалентное содержание углерода Сэкв, рассчитываемое при известном химсоставе по формуле:
,
%
В зависимости от величины Сэкв стали разделяют на следующие три группы.
– незакаливающиеся
или малозакаливающиеся (стали 10ХСНД,
09Г2 и др.).
– закаливающиеся:
в ЗТВ таких сталей могут встречаться
неравновесные структуры: сорбит,
троостит, троостомартенсит и даже
мартенсит (стали З0ХГСА, 40Х, 20ХМФА и
др.).
– сильнозакаливающиеся.
В ЗТВ таких сталей присутствует
мартенсит (стали 30Х12, 40Х13, 18Х2Н4ВА, 40ХНМ
и др.).
На основании
изложенного следует, что для получения
качественного сварного соединения при
сварке сталей с содержанием
%
необходимо применять специальные меры,
предотвращающие образование мартенсита
и закалочных трещин. Наиболее часто для
этих целей используют предварительный
подогрев металла перед сваркой или в
процессе сварки. При этом приближенно
температуру подогрева t
можно определить по формуле:
,
°С
где δ - толщина места сварки, мм.
Обычно температура подогрева малолегированных сталей лежит в интервале 100…200°С, а для высоколегированных может достигать 400…500°С. Кроме подогрева перед сваркой, для повышения качества сварного соединения, рекомендуется тепловая изоляция свариваемой детали (покрытие асбестом, засыпка песком и т.п.). Это является особенно важным при сварке в судовых условиях.