Анализ основных материалов.

Основание крана изготавливается из стали 16 Г 2 АФД_пс, поставляемой по ГОСТ 19282-73 и предназначена для изготовления ответственных сварных конструкций, в том числе северного исполнения.

2.2.1. Для оценки характеристик свариваемости данной стали необходимо рассмотреть ее химический состав и механические свойства, приводимые в таблицах

Согласно ГОСТ на данный материал определяем химический состав и механические свойства, которые приведены в таблицах:

Таблица Химический состав стали марки 16Г2АФД по ГОСТ 19282-73.

Марка	С	Si	Мn	Cr	Ni	V	N	P	S
16Г2АФДпс ГОСТ19282-73	0,14-0,20	0,3-0,6	1,3-1,7	Не более 0,4	Не более 0,3	0,08-0,14	0,015-0,025	0,035	0,04

Таблица Механические свойства стали марки 12 Г 2 А по ГОСТ 19282-73.

Марка	Gв, МПа	Gт, МПа	G5, %	aн Дж/см ^2, при температуре
16Г2АФДпс ГОСТ19282-73				- 40 ^0 С	- 70 ^0 С

Исходя из химического состава стали, а именно содержание углерода 0,12-0,18 % и общего количества легирующих элементов более 2,5 % сталь можно отнести к группе низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Стали данной группы обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки обеспечивает определенный комплекс требований, основными из которых являются, равнопрочность с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки. Для определения структуры и класса стали необходимо произвести расчет эквивалентов Cr и Ni и по диаграмме Шеффлера определить структуру.

Cr _экв = % Cr + %Mo +1,5 % Si + 2% Al + 2% Ti + %Nb + %W + %V (1)

Cr _экв= 0,3 + 1,5 х 1,7 + 2 + 0,1 = 2,85

Ni _экв =% Ni + 30% C+ 30% N + 12% В + % Co + 0,5% Mn (2)

Ni _экв = 0,3 + 30 х 0,15 + 30 х 0,02 + 0,5 х 1,5 = 6,15

Сталь 16 Г 2 АФД_пс относится к перлитному классу. Стали этого класса обладают достаточно хорошей свариваемостью, но при высоких скоростях охлаждения в них могут появляться неравновесные структуры закалочного характера.

2.2.2. Свариваемость – совокупность свойств свариваемого материала, которые при правильно выбранном технологическом процессе обеспечивают прочное сварное соединение.

Влияние на свариваемость легирующих элементов стали:

Углерод – повышает прочность, чувствительность к перегреву, закаливаемость, понижает пластичность и вязкость. Поэтому в низколегированных сталях содержание углерода не должно превышать 0,25%.

Марганец – повышает прочность и мало влияет на пластичность, а при содержании до 1,8 % рационально повышать содержание углерода в стали до 0,14 %.

Кремний – повышает предел прочности, при малом содержании углерода пластичность стали, незначительно снижается.

Хром – усиливает закаливаемость стали, особенно при увеличении содержания углерода. В небольших количествах он способствует повышению ударной вязкости при комнатных и повышенных температурах. При малом содержании углерода и в присутствии марганца и кремния хром в количестве до 1 % не ухудшает свариваемость стали.

Никель – повышает прочность и коррозионную стойкость стали, незначительно снижая ее пластичность. Ведение в сталь никеля до 1,5 % уменьшает склонность к росту зерна, и хладноломкость стали, не оказывая заметного влияния на ее закаливаемость и свариваемость. Но значительная сложность и дефицитность никеля заставляют ограничивать его содержание для легирования стали.

Ванадий – повышает прочность и жаропрочность стали, так как обладает большим сродством к углероду.

Медь – повышает пластичность и жаропрочность. Свариваемость не ухудшает.

Основные критерии свариваемости:

- окисляемость металла при сварке, зависящей от его химической активности;

- сопротивление образованию горячих трещин при повторных нагревах;

- сопротивление образованию холодных трещин и замедленному разрушению;

- чувствительность металла к тепловому воздействию сварки, характеризуемая его склонностью к росту зерна, структурными и фазовыми изменениями и зоне термического влияния, изменениями прочности и пластических свойств;

- чувствительность к образованию пор;

- соответствие сварных соединений эксплуатационным образованием.

На свариваемость стали, влияет углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали.

О свариваемости стали можно судить по эквиваленту углерода С_экв и суммарному содержанию легирующих элементов.

2.2.3. Анализ стали на образование холодных трещин.

Одним из главных факторов влияющих на образование холодных трещин является водород, который попадает в металл шва из покрытий электродов, флюсов, влажной окружающей среды, или загрязнений присутствующих на поверхности проволоки и свариваемых кромок, а также возникновение при сварке растягивающих напряжений. Холодные трещины в сварных соединениях в сталях обычно образуется при охлаждение аустенита околошовной зоны и металла шва и переохлаждение его, и превращение гамма железо в альфа железо. Холодные трещины зарождаются по истечению некоторого времени после окончания сварки, а затем распространяются как вдоль, так и поперек ОШЗ, а иногда и шва. Такой характер разрушения результат совместного действия в сварном соединение тепловых, сварочных, структурных напряжений и заметного снижения пластических свойств металла в связи в растворением в нем водорода.

Основным элементом увеличения закаливаемости стали является углерод, для оценки влияния термического цикла сварки на закаливаемость стали необходимо сосчитать эквивалент углерода. По формуле:

С_э = С% + Mn% / 6 + Si% / 24 + Cr% / 5 + V% / 5 + Mo% / 4 + Ni% / 10 +

+ Cu% / 13 + P% / 2 (3)

C_э= 0,18 + 1,7 / 6 + 0,17 / 24 + 0,3 / 5 + 0,15 / 5 + 0,03 / 10 + 0,3 / 13 + 0,035 / 2 =

= 0,5

0,5 > 0,35, поэтому сталь склона к образованию холодных трещин. Для уменьшения вероятности образования холодных трещин необходимо выполнить подогрев металла с учетом толщины.

N = 0,005 х S х C_э, (4)

где: N-поправка эквивалента углерода.

S-толщина свариваемого металла 005-коэффицент толщины, определенный опытным путем.

Полный эквивалент углерода состоит:

C_э = С _э + N = 0,005 S C_э = C_э (1 + 0,005 х S) = 0,52 (5)

Температура предварительного подогрева определяется:

_______

T_под = 350 х ÖC_э – 0,25

_________

Т_под = 350 х Ö0,52– 0,25 = 175 ^оС, для толщины 8 мм

_________

Т_под = 350 х Ö0,66 – 0,25 = 187 ^оС, для толщины 5 мм.

Температура предварительного подогрева170-190 С ⁰.

Предупредить образование холодных трещин в сварных соединениях можно:

- применение предварительного и сопутствующего подогрева при сварке;

- использование сварочных материалов с минимальным содержанием водородопроизводящих компонентов;

- выбор оптимального режима сварки и правильной последовательности наложений швов;

- проведение термической обработки после сварки.

2.2.4. Анализ стали на образование горячих трещин.

Горячими трещинами называются хрупкие межкристаллитные разрушения сварного шва или ОШЗ. Горячие трещины чаще всего возникают в сталях обладающих выраженным крупнокристаллическим строением, с повышенной локальной концентрацией легкоплавких фаз. Они возникают в том случае, если интенсивность нарастания деформации в металле сварного соединения в период остывания приводит к деформациям большим, чем его пластичность в данных температурных условиях. Образование горячих трещин, тем вероятнее, чем больше в металле элементов способствующих образованию легкоплавких эвтектик и химических соединений, застывающих в последнею очередь при относительно низких температурах: сера, углерод, никель образует прослойки легкоплавких эвтектик, и увеличивают склонность металла к образованию горячих трещин. Марганец повышает стойкость металла шва против образования горячих трещин, т.к. марганец связывает срез в тугоплавкое соединение.

При содержании углерода 0,16 % даже при малых концентрациях серы достаточно высоким содержанием Mn в шве возникают горячие трещины. Образованию горячих трещин способствует так же элементы, обладающий ограниченной растворимостью в железе и более легкоплавкие чем железо, например медь.

При дуговых способах сварки чувствительность металла шва к образованию горячих трещин можно определить по формуле:

НСs = C(S + P + Si/25 + Ni/100) х 10 ³ (6)

3Mn + Cr + Mo + V

HCs = 0,18 (0,04 + 0,035 + 0,17/25 х 0,3/100) х 10 ³ = 1,97>0,002

3 х 1,7 + 0,3 + 0,15

Сталь 16 Г 2 АФД_пс склонна к образованию горячих трещин.

Мероприятия по устранению горячих трещин:

- введение марганца в шов, который связывает серу и выводит ее в шлак,

- введение в шов титана, хрома, ванадия для размельчения структуры,

- снижение сварочных напряжений за счет предварительного и сопутствующего подогрева,

- уменьшение доли участия основного металла в металле шва.

Дата добавления: 2015-10-24