Определение средней скорости охлаждения.
Цель работы.
Изучение методики выбора и расчёта режима сварки хромоникелевой аустенитной стали, обеспечивающего стойкость металла шва против образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии; исследование микроструктуры сварных соединений.
Исходные данные:
dэл = 2 мм
Iсв = 100 А
Расход аргона, л/с = 0,20
Табл.1 Исходные данные
Марка стали | , мм | Вид соединения и форма подготовки кромок | Эскиз соединения | Способ сварки |
08Х18Н10Т | Стыковое со скосом кромок | ручная аргонодуговая сварка неплавящемся вольфрамовым электродом |
Табл.2. Химический состав стали 08Х18Н10Т
Марка стали | C | Si | Mn | Cr | Ni | Ti | S | P | |
Не более | |||||||||
08Х18Н10Т | До 0,08 | До 0,08 | До 0,2 | 17,0-19,0 | 9,0-11,0 | 5.С-0,7 | 0,02 | 0,035 | |
Выбор сварочных материалов.
Для сварки выбираем присадочную проволоку, марки Св-08Х19Н9Ф2С2
(ГОСТ 2246-70).
Табл.3. Химический состав проволоки Св-08Х19Н9Ф2С2
Марка проволоки | C | Si | Mn | Cr | Ni | Ti | S | P | Пр. эл-ты |
Не более | |||||||||
Св-08Х19Н9Ф2С2 | До 0,10 | 1,30-1,80 | 1,0-2,0 | 18,0-20,0 | 8,0-10,0 | - | 0,025 | 0,030 | 1,80-2,40 V |
Ожидаемый химический состав металла шва.
Химический состав металла шва рассчитывается по формуле простого смешения с учетом коэффициентов перехода (усвоения) элементов:
[X]мш = r(g0·[X]ом + (1-g0)·[X]эл) ; (2.1)
Где:
[X]мш – содержание элемента Х в металле шва;
[X]ом – содержание элемента Х в основном металле;
[X]эл – содержание элемента Х в сварочной проволоке;
r - коэффициент перехода (усвоения) элемента Х;
g0 – доля участия основного металла в шве.
Подставляем данные в формулу (2.1):
[C]мш = 0,5 (0,5 · 0,07 + (1-0,5) · 0,08) = 0,0375
[Si]мш = 0,б78 (0,5 · 0,07 + (1-0,5) · 1,7) = 0,6903
[Mn]мш = 0,60 (0,5 · 0,1 + (1-0,5) · 1,5) = 0,48
[Cr]мш = 0,90 (0,5 · 18,5 + (1-0,5) · 19,5) = 17,1
[Ni]мш = 0,98 (0,5 · 10 + (1-0,5) · 9) = 9,31
[Ti]мш = 0,4 (0,5 · 0,5 + (1-0,5) · 0) = 0,1
[V]мш = 0,82 (0,5 · 0 + (1-0,5) · 2,3) = 0,943
Содержание ферритной фазы в металле шва.
Crэкв = Cr + Mo + 1,5Si + 0,5Nb + V; (2.1.1)
Niэкв = Ni + 30C + 0,5Mn + 30N ; (2.1.2)
Подставляем данные в формулу (2.1.1) и (2.1.2):
Crэкв = 17,1 + 1,5·0,6903 + 0,943 = 19,078
Niэкв = 9,31 + 30·0,0375 + 0,5·0,48 = 10,67
По диаграмме Шеффлера (рис. 2.1) определяем, что содержание ферритной фазы составляет 6%.
Рис 2.1. Структурная диаграмма Шеффлера.
По диаграмме Шеффлера видно, что содержание ферритной фазы приблизительно равно 6%, что (с учетом перемешивания основного и наплавленного металла) обеспечивает достаточную устойчивость металла шва к межкристаллитной коррозии.
Определение средней скорости охлаждения.
Средняя скорость охлаждения рассчитывается по формуле:
(3.1)
где: и – мгновенные скорости охлаждения при 780 и 680°С (1053 и 953К):
; (3.2)
; (3.3)
где:
λ – коэффициент теплопроводности (для аустенитной стали λ=(0,22-0,25) Вт/(см·К·с))
- безразмерные критерии, определяемые по графику (рис.3.1) в зависимости от безразмерного критерия :
; (3.4)
где:
δ – толщина изделия, см
- объемная теплоемкость (для аустенитной стали
- начальная температура изделия, К
T – температура при которой определяется мгновенная скорость охлаждения, К
Расчёт погонной энергии:
; (3.5)
При сварке толщины 6 мм рекомендуемый диаметр электрода – 2 мм.
Примем сварочный ток равным 100 А, напряжение на дуге 22 В, скорость сварки – 7 м/ч (0,194 см/сек). η – КПД. Для ручной аргонодуговой сварки неплавящемся вольфрамовым электродом = 0,7;
Поставим эти данные в формулу (3.5):
Для нашего случая, при сварке встык используется разделка кромок, поэтому и δ нужно подставлять не истинные значения, а приведенные.
Таблица 4. Значения коэффициентов приведения при сварке первого слоя стыкового шва в разделку α=60°.
Приводимая величина | Коэффициент | Значение коэффициента |
qп | n | 3/2 |
δ | m | 3/2 |
(qп)прив = 3/2 ·
δприв = 3/2 · δ
(qп)прив = 11907,2
δприв = 0,9 см
Подставляем полученные данные в формулу (3.4):
Используя график (рис.3.1) находим значения
= 0,22
= 0,20
Полученные данные подставляем в формулы (3.2) и (3.3) соответственно:
Полученные значения и подставляем в формулу (3.1):