Основные положения сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса

Инженерная Школа

Кафедра сварочного производства

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Технологические особенности сварки спецсталей и сплавов»

Направление 15.04.01 «Машиностроение»

Магистерская программа «Оборудование и технология сварочного производства»

На тему «Разработка технологического процесса сварки конструкций из легированных сталей»

 

 

Выполнил: студент гр. М3106 ­­­­­___________ Е.Д.Дощенников

Проверил: доцент

­­­­­­­­­_____________Н.А.Максимец

 

 

г. Владивосток

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1.1. Основные положения сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса............................................................................................................4

1.2. Причины возникновения и способы борьбы с дефектами при сварке никелевых сплавов......................................................................................12

1.3. Дефекты, возникающие в сварных соединениях при сварке гомогенных аустенитных сталей и способы их предупреждения........13

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Исходные данные согласно заданию……………………................16

2.2. Выбор способа сварки.........................................................................16

2.3. Выбор параметров режима сварки.....................................................20

2.4. Выбор сварочных материалов............................................................22

2.5. Расчет температуры предварительного подогрева..........................23

2.6. Режим термообработки после сварки................................................24

Список используемых источников.....................................................................25

 

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Основные положения сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса

Для изготовления энергетического и нефтехимического оборудования, подконтрольного Ростехнадзору применяют теплоустойчивые стали, которые эксплуатируются при температуре 450-600 ^оС. Указанные стали используют для изготовления котлов и технологических трубопроводов (12ХМ, 15МХ, 12Х1МФ, 12Х2М1, 12Х2МФСР, 12Х2МФБ), трубопроводов пара и горячей воды (12Х1МФ, 15Х1М1Ф), пароводяной арматуры (20ХМЛ, 20ХМФЛ,15Х1М1ФЛ), сосудов, работающих под давлением (12МХ, 15ХМ), трубопроводов, сосудов и корпусов атомных реакторов (10ХН1М, 15ГНМФА, 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 20ХМА,10Х2М, 10ГН2МФА, 12Х2МФА, 15Х2МФА, 18Х2МФА, 15Х2НМФА, 15Х3НМФА).

Теплоустойчивые стали обладают ограниченной свариваемостью, склонностью к образованию закалочных структур, холодных трещин и снижению длительной прочности (разупрочнению). Вероятность образования холодных трещин возрастает с увеличением размера аустенитного зерна, растягивающих сварочных напряжений, насыщенностью металла шва водородом, образованием закалочных структур. Для оценки склонности сталей к образованию холодных трещин используют показатель эквивалента углерода по формуле Международного института сварки

При С_экв > 0,4 сталь склонна к образованию холодных трещин при сварке.

Для уменьшения образования холодных трещин следует обеспечивать получение смешанной перлитно-мартенситной, бейнитно-мартенситной или бейнитной структуры, уменьшать количество мартенсита и нижнего бейнита, уменьшать размер аустенитного зерна, снижать микрохимическую неоднородность и сегрегацию примесей на границах зерен, предотвращать выделение дисперсных фаз в виде карбидов, карбонитридов, интерметаллидов, применять низкий и высокий отпуск. Уменьшение образования холодных трещин возможно достичь при медленном охлаждении сварного соединения в области температур ниже точки Ас₁, при котором превращение аустенита смещается в область высоких температур. Следует также предупреждать перегрев в околошовной зоне и шве, в результате чего может образовываться грубая столбчатая микроструктура.

Для уменьшения содержания водорода следует применять аргонодуговую сварку и сварку под слоем флюса. Эффективной мерой является связывание водорода в атмосфере дуги в нерастворимые в жидком металле соединения, путем применения активирующих флюсов, содержащих галогенидные соли. Швы, выполненные с применением активирующих флюсов, отличаются высокой - до 30 % пластичностью и большим пределом текучести. Активирующими флюсами называются специальные порошки, состоящие из галогенидных солей, которые вводят в зону горения дуги для увеличения глубины проплавления металла и улучшения механических свойств.

Другой трудностью при сварке теплоустойчивых сталей является разупрочнение - появление участка с повышенной пластичностью, образующегося в зонах нагретых в интервале температур Ас₁-Аc₃. Мягкая прослойка снижает уровень длительной прочности и вызывает преждевременное разрушение сварных соединений. Наличие тонких мягких прослоек может вызвать хрупкие разрушения, вероятность которых возрастает с увеличением прочности стали, длительности и температуры её эксплуатации. Для снижения разупрочнения необходимо ограничивать величину погонной энергии и применять источники тепла с концентрированным вводом теплоты, уменьшать ширину сварного шва и зоны термического влияния.

Для предупреждения образования холодных трещин и уменьшения разупрочнения рассчитывают мгновенную скорость охлаждения в интервале температур 773-873 К, которая для большинства теплоустойчивых сталей находится в интервале 274-298 К/с. Скорость охлаждения зависит от погонной энергии, толщины деталей и температуры подогрева. Погонную энергию принимают такой, чтобы получить требуемые механические свойства. Высокая погонная энергия приводит к образованию у линии сплавления крупнозернистой структуры с низкими механическими свойствами. Длительное пребывание металла при температурах выше температуры отпуска, приводит к разупрочнению и снижению предела прочности и текучести до 10-15 %.

После сварки теплоустойчивых сталей толщиной более 6-10 мм требуется термообработка в виде закалки с последующей нормализацией или в виде высокого отпуска. Высокий отпуск - это дополнительная термообработка, которая заключается в том, что шов и околошовная зона нагревается до температуры ниже точки Ас₃ на 30-80 ^оС, выдержке при данной температуре в течение 1-5 часов и медленном охлаждении под слоем теплоизоляции или в печи. В результате отпуска происходит диффузионное перераспределение примесей, снижение уровня остаточных напряжений, коагуляция карбидов, удаление водорода. При этом металл шва приобретает повышенную пластичность и пониженную твердость. Например, после сварки стали 15Х1М1Ф толщиной 50 мм электродами марки ТМЛ-3У твердость шва составляет 340-380 НВ, а после отпуска при 740 ^оС в течение 3 часов - 180-220 НВ.

Термообработка сварных соединений проводится индукционным и радиационным способом. Индукционный способ проводится токами промышленной частоты (50 Гц) и средней частоты (до 8000 Гц) при толщине деталей более 25 мм. Радиационный способ осуществляется при помощи электронагревателей сопротивления или газопламенными горелками. При термообработке важно обеспечить равномерность нагрева сварного соединения, контролировать температуру и скорость нагрева. Контроль производят при помощи термоэлектрического преобразователя (термопары) марки ТХА, которую присоединяют к термоизмерительному прибору КСП-2, КСП-4, РП-160 или к милливольтметру. Рабочий спай преобразователя закрепляют в бобышке на сварном шве. Медленное охлаждение сварного соединения после термообработки происходит под слоем теплоизоляции. На предупреждение холодных трещин положительно влияет отдых сварных соединений - низкотемпературный нагрев в течение длительного времени. В процессе отдыха происходит диффузионное перераспределение примесей, удаление водорода, снижение уровня остаточных напряжений. Температура отдыха составляет 100-200 ^оС в течение 8-10 часов. В ряде случаев отдых способен заменить высокий отпуск [7].