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.

Cr_экв = Cr + Mo + 1,5Si + 0,5Nb + V; (2.1.1)

Ni_экв = Ni + 30C + 0,5Mn + 30N ; (2.1.2)

Подставляем данные в формулу (2.1.1) и (2.1.2):

Cr_экв = 17,1 + 1,5·0,6903 + 0,943 = 19,078

Ni_экв = 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°.