Характерные участки сварного соединения из стали Ст3, выполненного сваркой под флюсом, электродная проволока Св-08

1 – шов; 2 – участок перегрева; 3 – участок мелкого зерна; 4 – участок неполной перекристаллизации; 5 – основной металл

Влияние термического цикла сварки на структуру и свойства сварного соединения

Термический цикл – зависимость температуры в данной точке от времени.

Т_ИРЗ – температура интенсивного роста зерна

Т_НУА – температура наименьшей устойчивости аустенита.

Т_НУА=500-600 ^оС

Т_М – максимальная температура нагрева

Наибольшее влияние на структуру и свойства сварных соединений оказывают следующие параметры термического цикла:

1. Максимальная температура нагрева в данной точке.

Если Т_М1>Т_ИРЗ – рост зерна, снижение пластичности и ударной вязкости.

Если Т_М2<Т_ИРЗ – нет роста зерна.

Чем крупнее зерно, тем ниже пластичность и ударная вязкость.

2. Чем больше длительность нагрева t_н выше температуры интенсивного роста зерна (Т_ИРЗ), тем крупнее становится зерно, тем ниже пластичность и ударная вязкость.

3. Скорость охлаждения при Т_НУА – чем больше скорость охлаждения, тем сильнее происходит закалка, больше образуется мартенсита, тем ниже пластичность, ударная вязкость, большая твердость, прочность стали.

W_охл=tg=(T/t)

W_{охл (2’)}> W_{охл (2)}

(толстый лист)

(тонкий лист)

Оценка чувствительности стали к термическому циклу сварки по валиковой пробе мвту (мгту)

Чувствительность стали к термическому циклу сварки оценивается по данным валиковой пробы МВТУ (МГТУ)

W_охл

8 -10 пластин

валик (шов)

q_и/V

200

, Дж/см – погонная энергия

К СU – ударная вязкость

HV- твердость по Викерсу

 - размер зерна

W_опт – оптимальный интервал скоростей охлаждения, при котором ударная вязкость не меньше допустимого значения КСU_доп

Сталь 45 W_опт=2 - 4 ^оС/с КСU>35 Дж/см²

Сталь 09Г2 W_опт=1 - 12 ^оС/с КСU>40 Дж/см²

Чем уже интервал W_опт, тем больше чувствительность стали к термическому циклу сварки, тем хуже свариваемость стали.

Чтобы уменьшить W_охл:

• увеличить q_и = _иJ_свU_д;

• уменьшить V_св;

• увеличить Т₀ (подогрев), Т₀ = 100-400 ^оС.

Горячие трещины при сварке

Т_эфф (50 % тверд. ф. + 50 % жид. ф)

_min – минимальное значение

пластичности стали при высоких

температурах

ТИХ – температурный интервал

хрупкости

Т_хр = Т_эфф - Т_с

Горячие трещины при сварке и литье образуются на завершающей стадии кристаллизации металла.

ТИХ – температурный интервал хрупкости – это интервал температур в котором наблюдается провал пластичности.

- относительное удлинение

- относительная деформация

металла

 - предельная (максимальная) относительная деформация

₁ – внутренняя деформация накопления в ТИХ

1. ₁<_min – нет разрушения, т.е. не образуются горячие трещины.

2. ₃>_min – образуются горячие трещины. пересечение кривой внутренней деформации с кривой пластичности приводит к образованию горячих трещин.

3. ₂=_min – предельно критический случай.

Образование горячих трещин определяется следующими факторами

1. Величиной температурного интервала хрупкости - Т_хр;

2. Значение минимальной пластичности -_min ;

3. Темпом внутренней деформации _вн1<_вн2<_вн3

Чем больше темп внутренней деформации _вн, тем больше возможность образования горячих трещин. Темп внутренних деформаций зависит от формы, размеров и жесткости конструкции.

Наибольший темп внутренних деформаций будет при сварке конструкций малой и большой жесткости. Наименьший темп – будет при сварке конструкций средней жесткости.

Чем больше минимальная пластичность стали _min, тем меньше возможность образования горячих трещин.

Чем больше величина температурного интервала хрупкости Т_хр, тем больше возможность образования горячих трещин.

Т_хр; _min зависят от химического состава стали или сплава, от содержания вредных и полезных элементов. Самым вредным элементом с точки зрения горячих трещин в металлах и сплавах является сера. Сера расширяет Т_хр и снижает _min.

Вторым вредным элементом является С, он расширяет Т_хр и снижает _min.

Менее вредными элементами являются Р, Si, Ni, Cu.

Полезным является Mn – уменьшает Т_хр и повышает _min.

Марганец образует тугоплавкий сульфид MnS – Т_пл=1620 ^оС

Кроме марганца полезными являются Ti, Zr, Ce, V, Mo.