Основным материалом является сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89.

Классификация: сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций.

Использование в промышленности: Прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы, чем при использовании других сталей. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей.

Механические свойства химический состав стали 09Г2С ГОСТ 19281-89.

Таблица 2

Химический состав в % стали 09Г2С ГОСТ 19281-89.

Таблица 3

Механические свойства при Т=20̊ С ГОСТ 19281-89.

Оценка свариваемости стали 09Г2С.

Свариваемость основного металла по его влиянию на состав и свойства металла шва, а также по его сопротивляемости образованию холодных трещин можно приближенно оценить, исходя из химического состава основного металла низколегированной стали, на ее сопротивляемость образования трещин при сварке принято выражать посредством эквивалента углерода .

Эквивалент углерода высчитывается по формуле :

Согласно химическому составу стали 09Г2С (таблица 1) эквивалент углерода равен:

Так как 0,25 то сталь 09Г2С является хорошо свариваемой.

1.3 Технические условия изготовления изделия.

Общие положения.

Металлоконструкции грузоподъемных кранов должны изготовляться в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (Г1Б-10-14-92) и конструкторско-технологической документацией, разработанной и утвержденной в установленном порядке.

Элементы металлоконструкций кранов должны быть изготовлены из сталей, марки и категории которых должны соответствовать РД 24.090.97- 98.

Соответствие применяемых марок сталей требованиям стандартов или технических условий должно подтверждаться сертификатами заводов- изготовителей.

Прокат из конструкционных сталей, используемый для изготовления сварных металлоконструкций кранов, при поступлении па склад должен быть подвергнут входному контролю.

Перед подачей в производство металлопрокат должен быть очищен от загрязнений, просушен и выправлен.

Вырезка заготовок элементов металлоконструкций из проката допускается любым промышленным способом резки, в соответствии с конструкторской документацией.

Поверхность реза несущих и вспомогательных элементов металлоконструкций, подлежащих сварке, после термической резки должна быть очищена от грата, шлака и брызг.

Сборка и подготовка металлоконструкций к сварке.

Сборка стальных конструкций при изготовлении должна производиться на стендах или в условиях, исключающих возможность смещения свариваемых кромок и деформации собираемых сборочных единиц и конструкций.

В металлоконструкциях коробчатого сечения стыки поясов должны быть смещены относительно стыков стенок не менее, чем на 150 мм, а при наличии диафрагм, стыки поясов и стенок должны отстоять от нее на расстоянии не меньше, чем 50 мм.

Для выполнения стыковых сварных соединений должны быть предусмотрены выводные технологические планки. Размеры выводных планок должны быть:

Длина не менее 100 мм;

Ширина не менее 60 мм;

Толщина, равная толщине свариваемых элементов.

Допускается смещение свариваемых кромок элементов в плоскости перпендикулярной оси шва в стыковых соединениях, не более:

Для элементов толщиной до 4,0 мм включительно - 0,5 мм;

Для элементов толщиной свыше 4,0 до 10 мм включительно - 1,0 мм;

Для элементов толщиной свыше 10,0 мм - 0,1S мм, (S - толщина

элемента), но не более 3 мм.

Длина прихваток на несущих элементах (сборочных единицах) металлоконструкции должна быть не менее 30 мм. Размер прихваток по высоте выполнять не менее 0,75К (К - катет шва или толщина элементов свариваемых встык).

Прихватки при сборке перед сваркой, накладываемые на расчетные элементы металлоконструкций должны выполнять сварщики, имеющие удостоверение на право производства указанных работ.

Сварка металлоконструкций.

Сварку металлоконструкций при изготовлении необходимо производить в соответствии с требованиями технологического процесса, устанавливающего способ сварки, порядок положения швов, режимы сварки.

Перед сваркой необходимо очистить сварочную проволоку от грязи и ржавчины. Электроды и флюс просушить и прокалить по режимам, указанным в паспортах на эти материалы.

К выполнению работ по сварке несущих металлоконструкций должны допускаться только сварщики, аттестованные в соответствии с требованиями. С правилами аттестации си специалистов сварочного производства знакомят через ПБ 03-273-99.

Сварщик обязан проставлять присвоенный ему номер или условный знак (клеймо) рядом с выполненным им швом. Место клеймения и способ нанесения указываются в конструкторской документации.

Сварка деталей или сборочных единиц должна производиться только после проверки правильности их установки, сборки (контроль ОГК, БТК).

При многослойной сварке каждый слой шва должен быть перед наложением последующего слоя очищен от шлака и брызг металла. Участки слоев шва с порами и недопустимыми дефектами (раковинами и трещинами) должны быть вырублены до чистого металла.Перед наложением шва с обратной стороны стыкового соединения при ручной подварке и двухсторонней сварке корень шва должен быть вырублен (или выплавлен) и очищен от шлака до чистого металла. Не разрешается зажигать дугу на основном металле вне границ шва, а также выводить кратер на основной металл. При перерыве процесса сварки, возобновлять его разрешается только после очистки концевого участка шва длиной не менее 50 мм и кратера от шлака. Кратер должен быть заплавлен (заварен). По окончании сварки швы и прилегающие к ним зоны, должны быть зачищены от шлака, брызг и натеков металла, а выводные планки удалены термической резкой. Ширина зоны очистки устанавливается технологическим процессом, но не менее 20 мм по обе стороны от оси шва.

Контроль качества сварных соединений:

Внешним осмотром и замерами швов;

Радиографическим;

Ультразвуковым;

Другими методами неразрушающего контроля, обеспечивающими выявляемость дефектов в объемах и по размерам, согласованными с головной организацией по краностроению;

Механическими испытаниями.

Заключение о качестве сварных соединений при изготовлении, ремонте и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов выдает подразделение неразрушающего контроля предприятия-изготовителя или независимая лаборатория неразрушающего контроля, аттестованные и имеющие соответствующие лицензии Ростехнадзора России.

Внешний осмотр.

Вчычнешнему осмотру должны подвергаться 100% сварных

соединений. Форма и размеры сварных швов должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов, чертежам.

Недопустимыми дефектами сварных соединений и швов, выявленными внешним осмотром являются:

Трещины всех размеров и направлений;

Местные наплывы общей длиной более 10 мм на участке шва 1000 мм;

Подрезы глубиной более 0,5 мм при толщине наиболее тонкого из свариваемых элементов до 20 мм включительно;

Подрезы глубиной более 3% толщины наиболее тонкого из свариваемых элементов, при его толщине свыше 20 мм;

Поры в количестве более 4 штук на длине шва 100 мм, при этом максимальный размер пор не должен быть более 1,0 мм, при толщине свариваемых элементов до 8,0 мм включительно, и более 1,5 мм при толщине свариваемых элементов свыше 8,0 мм до 50,0 м включительно;

Скопление пор в количестве более 5 штук на 1 см 2 площади шва, при этом максимальный размер любой из пор не должен быть более 1 мм;

Незаваренные кратеры;

Прожоги и свищи.

В стыковых сварных соединениях разность высот гребешка и впадины поверхности шва в любом сечении по его длине не должна быть более допуска на выпуклость шва. Частота чередования гребешков и впадин на единицу длины шва не регламентируется.

В угловых швах разность высот гребешка и впадины, замеренных по толщине шва, в любом месте его длины, не должна быть более 0,7Е (Е - допуск на катет углового шва). Частота гребешков и впадин на единицу углового шва не регламентируется.

Радиографический контроль.

Контроль радиографический выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 7512, РД РОСЭК-002-96. «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (ПБ-10-14-94)

Радиографическому методу контроля должны подвергаться стыковые сварные соединения несущих (расчетных) элементов

радиографический метод контроля применяется с целью выявления внутренних дефектов сварного соединения (шва), при этом:

За размеры внутренних дефектов принимаются размеры их изображения на радиограммах;

За размер непроваров и трещин принимается их длина;

За размер пор, шлаковых включений: для сферических пор и включений - их длина, для удлиненных пор и включений - их длина и ширина.

Радиографический контроль стыковых сварных соединений несущих (расчетных) элементов металлоконструкций проводится только после устранения дефектов, выполненных внешним осмотром, при этом:

Обязательному контролю подвергаются начало и окончание сварных швов стыковых соединений поясов и стенок металлоконструкций коробчатого сечения;

На каждом стыке растянутого пояса коробчатой или решетчатой металлоконструкции суммарная длина радиограмм должна быть не менее 50% длины стыка;

На стыках сжатых поясов или сжатых участках стенок суммарная длина радиограмм должна быть не менее 25% длины стыка или сжатого участка

На каждом стыке конструкций стрел, хоботов и реечных коробок портальных кранов суммарная длина радиограмм должна быть не менее 75% длины стыка.

недопустимыми дефектами сварных швов, выявляемыми при радиографическом методе контроля

Трещины и непровары;

Дефекты (поры и шлаковые включения) размером или суммарной длиной больше допустимых;

Скопление пор и шлаковых включений более 5 штук на 1 см 2 площади шва (проекция шва на радиограмме), при этом максимальный размер любой из пор или любого шлакового включения не должна быть более 1,5 мм.

Ультразвуковой контроль.

Ультразвуковой контроль выполняется в соответствии с требованиями «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов», ГОСТ 14782, ГОСТ 20415, РД РОСЭК-001096.

Ультразвуковой контроль стыковых сварных соединений несущих (расчётных) элементов металлоконструкций проводится только после устранения дефектов, выявленных внешним осмотром;

Недопустимыми эффектами сварных стыковых соединений при УЗК являются:

Трещины и непровары (как трещиноподобные) любой протяжённости;

Поры, шлаковые включения или их скопления, характеристики которых или их количество превышают нормы.

Контроль качества механическими испытаниями.

Механическими испытаниями должны проверяться сварные соединения в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов Ростехнадзора России, а также конструкторско-технологической ремонтной документацией, установленной в утверждённом порядке, и данными РД.

НТД	C	S	P	Mn	Cr	Zn	V	Sn	Si	Sb	Pb	Ni	N	Mo	Fe	Cu	Bi	As	Al
ТУ 14-1-1672-76, ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,20	-	-	-
ТУ 14-1-3987-85	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-1-5058-91	0,18-0,24	≤0,012	≤0,020	0,35-0,65	≤0,15	≤0,0040	≤0,040	≤0,005	0,17-0,37	0,00015-0,00045	≤0,0030	≤0,10	≤0,010	-	Ост.	≤0,10	0,0002-0,00045	≤0,010	-
ТУ 108.1273-84, ТУ 14-3Р-251-2007, ТУ 14-3-251-74, ГОСТ 1050-88, ОСТ 3-98-80	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,006	-	Ост.	≤0,30	-	≤0,080	-
ГОСТ 11017-80	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,006	-	Ост.	≤0,30	-	≤0,080	-
ТУ 14-1-1529-2003, ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-3-808-78	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	≤0,006	-	Ост.	≤0,25	-	≤0,080	0,02-0,08
ТУ 14-3-1971-97	0,17-0,21	≤0,008	≤0,012	0,35-0,65	≤0,25	-	≤0,060	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	0,02-0,05
ТУ 14-3-341-75	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,025	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-162-14-96	0,17-0,22	≤0,015	≤0,015	0,50-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,25	-	-	0,03-0,05
ТУ 14-1-5185-93	0,18-0,24	0,002-0,015	0,005-0,015	0,35-0,65	≤0,15	0,0005-0,0040	0,002-0,100	0,0005-0,0040	0,17-0,37	0,0005-0,0030	0,0003-0,0040	≤0,15	0,002-0,012	-	Ост.	≤0,15	0,0001-0,0030	≤0,010	0,002-0,009
ТУ 08.002.0501.5348-92	0,17-0,24	≤0,020	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	-	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-159-1128-2008	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,006	-	Ост.	≤0,30	-	≤0,080	-
ТУ 14-161-148-94, ТУ 14-161-149-94	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	-	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	-	Ост.	≤0,25	-	-	-
TУ 1317-006.1-593377520-2003	0,17-0,24	≤0,015	≤0,017	0,35-0,65	≤0,40	-	≤0,050	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	≤0,008	-	Ост.	≤0,25	-	-	0,02-0,05
ТУ 1301-039-00212179-2010	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,25	-	≤0,15	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-3Р-1128-2007	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	-	-	-	0,17-0,37	-	-	≤0,30	≤0,008	-	Ост.	≤0,30	-	-	-
ТУ 14-158-113-99	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	-	-	-	-	0,17-0,37	-	-	-	≤0,0080	-	Ост.	≤0,25	-	-	0,02-0,05

Fe - основа.
По ТУ 14-1-1672-76 химический состав приведен для стали марки 20А. Содержание остаточной меди допускается не более 0,25% при выплавке стали скрап-процессом. Допускаются отклонения от норм химического состава в соответствии с ГОСТ 1050. По требованию заказа сталь может поставляться с суженными пределами содержания углерода - "селект": 0,19-0,25%; 0,19-0,23%; 0,22-0,25%; 0,21-0,24%.
По ГОСТ 1050-88 содержание азота указано для стали кислородно-конвертерного способа выплавки. Для всех других видов выплавки стали содержание азота N≤0,008%.
По ТУ 14-1-5185-93, ТУ 14-1-5058-91 химический состав дан для стали марки 20пв.
По ТУ 08.002.0501.5348-92 химический состав дан для стали марки 20-Ш.
По ТУ 14-1-3987-85 химический состав дан для стали марки 20.
По ТУ 14-1-1529-2003, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-341-75 для стали, изготовленной скрап-процессом или из медистых руд, допускается массовая доля остаточной меди и никеля до 0,30 % каждого. Разрешается технологическая добавка редкоземельных элементов для улучшения качества металла.
По ТУ 14-3Р-55-2001 химический состав приведен для стали 20; для стали 20-ПВ массовая доля углерода 0,18-0,24 %, хрома, никеля, меди, серы и фосфора ≤ 0,15 % каждого, массовая доля остальных элементов - идентична стали марки 20. В стали 20 допускается содержание никеля и хрома не более 0,40 % каждого. Допускается присутствие редкоземельных элементов, введенных в качестве технологических добавок.
По ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76 химический состав приведен для стали 20А. При выплавке стали скаппроцессом массовая доля меди должна быть ≤ 0,25 %. Предельные отклонения по химическому составу - в соответствии с ГОСТ 1050.
По TУ 1317-006.1-593377520-2003 химический состав приведен для стали марки 20А. Массовая доля водорода в стали в металле трубы не должна превышать 1,0 ppm (2,0 ppm - в ковшевой пробе. Допускается введение ниобия и титана из расчета получения массовой доли до 0,030 % и 0,010 % соответственно. В раскисленную сталь для глобуляризации сульфидных включений вводят кальций (силикокальций) или церий из расчета получения массовой доли 0,050 %.
По ТУ 14-162-14-96 химический состав приведен для стали марки 20А. В стали допускаются отклонения по содержанию углерода (-0,020 %), алюминия (±0,010 %), марганца (+0,15 %), серы (+0,005 %), фосфора (+0,005 %). С целью повышения прочностных свойств допускается введение в сталь ванадия в количестве до 0,050 %.
По ТУ 14-3-1971-97 химический состав приведен для стали марки 20В повышенной коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности. Для обеспечения мелкозернистости структуры вводится ванадий до 0,06 %. Углеродный эквивалент Сэкв не должен превышать 0,40 %.
По ТУ 1301-039-00212179-2010 химический состав приведен для стали марки 20-Ш. Содержание каждого примесного элемента, не регламентированного таблицей, допускается до 0,050 %.
По ТУ 108.1273-84 допускаются отклонения по никелю +0,20%, по меди +0,20%.
По ТУ 14-158-113-99 химический состав приведен для стали марки 20 повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости. В готовом металле допускаются отклонения по химическому составу в соответствии с ГОСТ 1050, кроме того - для алюминия +0,0050 %. При массовой доле азота более 0,0080 % обязательно микролегирование ванадием не менее 0,030 %.
По ТУ 14-161-149-94 химический состав приведен для стали марки 20 для труб обсадных и муфт ним сероводородостойких и хладостойких.

4. Епифанов, Г. И. Физика твердого тела: учеб. пособие для вузов. - М. : Высшая школа, 1965. - 276 с.

5. Алешин, Н. П. Ультразвуковая дефектоскопия: справ. пособие / Н. П. Алешин, В. Г. Лупачев. - Мн. : Высшая школа, 1987. - 271 с.

6. Ермолов, И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля / И. Н. Ермолов. - М. : Машиностроение, 1981. - 240 с.

ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Нефтехимические технологии и оборудование».

Адрес для переписки: 190567@ mail.ru МОРГУНОВ Анатолий Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Технология машиностроения».

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, кафедра ТМ.

Статья поступила в редакцию 25.02.2015 г. © О. С. Ломова, А. П. Моргунов

УДК 621.791.011+669.14.018

Б. Е. ЛОПАЕВ Р. Р. ХИСМАТУЛИН И. И. КАГАРМАНОВ А. М. УСТЯН

Омский государственный технический университет

ОЦЕНКА СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ЭКВИВАЛЕНТА УГЛЕРОДА_

На основе расчета химического эквивалента углерода проведена оценка склонности углеродистых и легированных сталей к образованию холодных трещин, относящихся к понятию «свариваемость материалов».

Ключевые слова: химический эквивалент углерода, свариваемость, холодные трещины, мартенсит, локальная концентрация, инкубационный период.

Способность материалов образовывать сварное соединение определяется испытаниями на свариваемость.

Свариваемость (соединяемость) - свойство материала образовывать неразъемное соединение с требуемым качеством и уровнем физико-механических и функциональных свойств соединения как в процессе его получения, так и при эксплуатации изделия .

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей, - склонность к образованию трещин различного типа и механические свойства сварного соединения.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая - хорошо сваривающиеся; вторая - удовлетворительно сваривающиеся; третья - ограниченно сваривающиеся; четвертая - плохо сваривающиеся стали .

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относят стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном подогреве, а также в предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергают термообработке после сварки.

К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

При сварке углеродистых и легированных сталей свариваемость определяется испытаниями на склонность к образованию холодных трещин.

Известно, что холодные трещины возникают в металле зоны термического влияния при наличии трех условий: образования закалочных микроструктур (мартенсита); наличия диффузионного водорода и растягивающих напряжений .

Для оценки склонности металла к образованию холодных трещин используют понятие химического эквивалента углерода. В основу математического подхода к описанию химического эквивалента углерода было положено предположение, что свариваемость можно определить по показателю, определяющему, какое минимальное критическое время охлаждения необходимо, чтобы в металле шва образовалось 100 % мартенсита. Чем меньше подгото-

Химический состав исследуемых сталей, %

Марка стали С Б! Мп № Сг Мо Си

Низкоуглеродистые

Сталь Ст 3 сп 0,14-0,22 0,12-0,30 0,40-0,65 0,30 0,30 - 0,25

Сталь 20 0,17-0,24 0,17-0,37 0,35-0,65 0,30 <0,30 - 0,25

Сталь 20г 0,17-0,24 0,17-0,37 0,70-1,00 0,25 <0,25 - -

Сталь 15 0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,30 0,30 - 0,30

Среднеуглеродистые

Сталь Ст 4 сп 0,18-0,27 0,12-0,30 0,40-0,70 - - - -

Сталь Ст 5 сп 0,28-0,37 0,15-0,35 0,50-0,80 - - - -

Сталь 25 0,22-0,30 0,17-0,37 0,50-0,80 - <0,25 - -

Сталь 40 0,37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,81 - <0,25 - -

Низколегированные

15ХСНД 0,12-0,18 0,40-0,70 0,40-0,70 0,3-0,6 0,6-0,9 - 0,20-0,4

10Г2С1 £0,12 0,90-1,20 1,30- 1,65 £0,30 £0,30 - £0,30

20ХМ 0,15-0,25 0,17-0,37 0,40-0,70 - 0,8-1,1 0,40-0,60 -

10Г2Б £0,12 0,17-0,37 1,20-1,60 £0,30 £0,30 - £0,30

17ГС 0,14-0,20 0,40-0,60 1,0- 1,40 £0,30 £0,30 - £0,30

16Г2АФ 0,12-0,18 0,17-0,37 1,30-1,70 - - - -

Среднелегированные

12Х5МА 0,15 0,6 0,5 - 4,0-6,0 0,5-0,6 -

20Х2МА 0,18-0,24 0,17-0,37 0,30-0,70 0,3-0,7 2,1-2,4 0,25-0,35 -

30ХН2МФА 0,26-0,33 0,17-0,37 0,30-0,60 2,0-2,5 0,6-0,9 0,20-0,30 -

06НЗ 0,04-0,08 0,3 0,5 3,0-4,0 - - -

20ХГСА 0,17-0,23 0,90-1,20 0,80- 1,10 - 0,8-1,1 - -

30ХГСНА 0,27-0,34 0,90-1,20 1,00- 1,30 1,4-1,8 0,9-1,2 - -

вительного времени необходимо для образования 100 %-й мартенситной структуры (т.е. чем выше критическая скорость охлаждения), тем лучше свариваемость и выше сопротивление образованию холодных трещин. Это свидетельствует о том, что подготовительные процессы, связанные с образованием холодных трещин, имеют диффузионный характер, и напрямую связаны с перераспределением водорода в металле шва. В случае малого инкубационного периода (1 - 10 с) образования мартенсита водород быстро фиксируется в металле шва, однако его локальная концентрация оказывается не достаточной для инициирования образования холодных трещин. В случае длительного инкубационного периода образования мартенсита (1000 - 2000 с) времени оказывается вполне достаточно для охрупчивания свариваемого металла в результате действия водорода. При малом инкубационном периоде, но последующей длительной выдержке возможно постепенное перераспределение водорода, что и вызывает эффект замедленного разрушения.

Уравнение химического эквивалента углерода имеет вид :

СЕ м = С+--+--Мп+-№ +

Сг+--Мо +-Си,

где С, Мп и т.д. элементов, %.

концентрация химических

Оценка закаливаемости металла ЗТВ рассчитывается по уравнению:

1п(Мм) = А СЕм + В,

АМ - критическое время охлаждения от температуры от 800 до 500 °С, с.

При СЕм от 0,2 до 0,45 % стали обладают хорошей свариваемостью; при

СЕ м = 0,46 - 0,576 % - удовлетворительной; при СЕ м = 0,577 -0,782 % - ограниченной и при СЕ м = = 0,783-1,0 % - плохой свариваемостью .

Целью настоящей работы является определение свариваемости по химическому эквиваленту углерода некоторых низко- и среднеуглеродистых, низко-и среднелегированных сталей, химический состав которых приведен в табл. 1.

Расчеты СЕм и 1п(А^) приведены ниже, а графические зависимости 1п(А^) от СЕм представлены на рис. 1-4.

Расчет СЕм и 1п(А^) по уравнениям (1) и (2)

Низкоуглеродистые стали

Сталь Ст. 3 сп _ _ 0,12 0,40 0,30 0,30 0,25

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Ау = 11,26-0,427-3,51 = 1,29

для хорошо сваривающихся сталей: Ст. 3 сп, 20, 20Г, 15, Ст. 4 сп, 25, 06Н3

Рис. 2. Влияние СЕМ на 1п(Ау для удовлетворительно сваривающихся сталей: Ст. 5 сп, 15ХСНД, 10Г2С1, 10Г2Б, 17ГС, 16Г2АФ

Рис. 3. Влияние СЕМ на 1п(А(м) для ограниченно сваривающихся сталей: 40, 20ХГСА

се м = 0,17+017+035+030+025+025=0,422, % ;

М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,42 -3,51 = 1,24

СЕ м = 0,17+0И+035+030+025+025=0,422, % ;

М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,442 -3,51 = 1,46

^ 0,17 0,35 0,30 0,30 0,30 п лпг 0.

СЕм = 0,12+--+--+--+--+--=0,406 , % ; М 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Ду = 11,26.0,406 -3,51 = 1,06

У всех вышеперечисленных низкоуглеродистых сталей химический эквивалент углерода СЕМ <0,45, поэтому они относятся к хорошо сваривающимся сталям.

Рис. 4. Влияние СЕМ на 1п(А(м) для плохо сваривающихся сталей: 20ХМ, 12Х5МА, 20Х2МА, 30ХН2МФА, 30ХГСНА

Среднеуглеродистые стали Сталь Ст. 4 сп

СЕ м =0,27+030+070=0,394, % ; М 38 6,0

1п(ДМ) = 11,26.0,394 -3,51= 0,92

Оценка свариваемости сталей

Марка стали СЕм, % 1п(ЛГм) ЛГм, с Свариваемость

Низкоуглеродистые

Сталь Ст 3 сп 0,427 1,29 3,661 хорошая

Сталь 20 0,422 1,24 3,459 хорошая

Сталь 20г 0,442 1,46 4,331 хорошая

Сталь 15 0,406 1,06 2,889 хорошая

Среднеуглеродистые

Сталь Ст 4 сп 0,394 0,92 2,524 хорошая

Сталь Ст 5 сп 0,492 2,02 7,606 удовлетворительная

Сталь 25 0,429 1,32 3,743 хорошая

Сталь 40 0,626 3,53 34,398 ограниченная

Низколегированные

15ХСНД 0,575 2,96 19,375 удовлетворительная

10Г2С1 0,564 2,84 17,115 удовлетворительная

20ХМ 0,869 6,27 531,126 плохая

10Г2Б 0,529 2,44 11,542 удовлетворительная

17ГС 0,541 2,58 13,210 удовлетворительная

16Г2АФ 0,464 1,71 5,551 удовлетворительная

Среднелегированные

12Х5МА 3,842 39,75 1,833 1017 плохая

20Х2МА 1,534 11,98 160011,345 плохая

30ХН2МФА 0,899 6,61 743,969 плохая

06НЗ 0,402 1,01 2,762 хорошая

20ХГСА 0,771 5,17 176,09 ограниченная

30ХГСНА 1,076 8,42 4536,90 плохая

Сталь Ст. 5 сп

СЕм = 0,35 +035+080=0,492 , % ; м 38 6,0

1п(ЛМ) = 11,26-0,492 -3,51= 2,02

Сталь 10Г2С1

™ пш 0,9 1,3 0,30 0,30 0,30 %

СЕм = 0,10+--+--+--+--=0,564 , % м 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(ЛМ) = 11,26-0,564 -3,51= 2,84

СЕ м = 0,22 +

Сталь 25 0,17 0,50 0,22

1п(Лу = 11,26-0,429 -3,51 = 1,32

Сталь 20ХМ

П10 0,17 0,40 0,8 0,40 п огп 0. СЕм = 0,18+--+--+--+--=0,869 , % ; м 38 6,0 1,8 2,3

1п(Лу = 11,26-0,869 -3,51= 6,27

0,17 0,50 0,25 --+-+-

1п(Лу = 11,26-0,626 -3,51= 3,53

У сталей Ст. 4 и 25 химический эквивалент углерода СЕм <0,45 %, и они относятся к хорошо сваривающимся сталям. У стали 40 СЕм = 0,626 %, поэтому ее можно отнести к ограниченно сваривающимся, сталь Сп. 5 СЕм = 0,492 %, поэтому она относится удовлетворительно сваривающимся сталям.

Низколегированные стали

СЕ м = 0,12 +

Сталь 15ХСНД 0,40 0,40 0,30 0,60 0,20

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Лу = 11,26-0,57 -3,51= 2,96

Сталь 10Г2Б

0,17 1,2 0,30 0,30 0,30 „ 10 +--+--+--+--=0 38 6,0 12 1,8 9,1

1п(Лу = 11,26-0,529-3,51=2,44

Сталь 17ГС 0,40 1,0 0,30 0,30 0,30

-+-■+--+--+--=0,541, %

38 6,0 12 1,8 9,1 1п(Лу = 11,26-0,541 -3,51= 2,58

Сталь 16Г2АФ

СЕ м = 0,18 + 037+165=0,464, % ; м 38 6,0

1п(Лу= АСЕм +В =11,26-0,464-3,51 = 1,71

Стали 10Г2С1, 10Г2Б, 17ГС, 15ХСД, 16Г2АФ относятся к удовлетворительно сваривающимся сталям, 20ХМ - к плохо сваривающимся сталям.

Среднелегированные стали

Сталь 12Х5МА

^ плг 0,6 0,5 6 0,6 „ , СЕM = 0,15+-++-++-+-=3,842 , % M 38 6,0 1,8 2,3

ln(AfM) = 11,26-3,842 -3,51= 39,75

Сталь 20Х2М2

0,17 0,3 0,3 2,1 0,25 „ --+-++-++-+--=1,534, % 38 6,0 12 1,8 2,3

ln(AfM) = 11,26-1,534-3,51 = 11,98

Сталь 30ХН2МФА 0,17 0,3 2,0 0,6 0,20

СЕ M = 0,26 +--+-++-++-++■

38 6,0 12 1,8 2,3 ln(AiM) = 11,26-0,899 -3,51= 6,6

Сталь 06НЗ

030 + 050 + М=0 02 , % ; 38 6,0 12

ln(AiM) = 11,26-0,402-3,51 = 1,01

ступить для построения графиков соответствующих удовлетворительной, ограниченной и плохой свари-ваемостям (рис 2 - 4).

Из табл. 2 видно, что чем меньше критическое время охлаждения 100 % мартенсита, тем меньше значение химического эквивалента углерода, тем выше свариваемость и тем меньше вероятность образования холодных трещин в углеродистых и легированных сталях.

При малом значении времени (1 - 10) с локальная концентрация водорода недостаточна для образования холодных трещин.

Численное значение времени, влияющее на свариваемость сталей (табл. 2) можно распределить так: (1-5) с - хорошая; (5-18) с - удовлетворительная; при AtM>18 с - ограниченная и плохая свариваемости.

Таким образом, изложенные в статье сведения будут полезны разработчикам свариваемых материалов, технологам при проектировании технологии сварки различных конструкций, студентам при изучении дисциплины «Теория сварочных процессов».

Библиографический список

Сталь 20ХГСА

СЕ« = 0,17 + 09+08+08 = 0,771, % ;

1п(Ду = 11,26-0,771-3,51=5,1

Сталь 30ХГСНА

п ^ 0,9 1,0 1,4 0,9 1 ппг 0.

СЕм = 0,27 I-1-I-:-I-:-I--=1,076 , % ; м 38 6,0 12 1,8

1п(Ду = 11,26-1,076 -3,51=8,4

Сталь 06Н3 имеет СЕм =0,402, она относится к хорошо сваривающимся сталям. Сталь 20ХГСА имеет СЕм =0,771, поэтому она относится к ограниченно сваривающимся сталям. Стали 12Х5МА, 20Х2М2, 30ХН2МФА, 30ХСНА относятся к плохо сваривающимся сталям.

Полученные в результате расчета СЕм и 1п(Ду сводим в табл. 2.

Построим графические зависимости химического эквивалента углерода от логарифма критического времени охлаждения 100 % мартенсита по группам свариваемости.

Например, для построения графика «свариваемость хорошая» необходимо из табл. 2 выбрать значения СЕм в пределах 0,2 - 0,45 % и соответствующие им значения 1п(Ду. Таким же образом нужно по-

1. Ющенко, К. А. Свариваемость и перспективные процессы сварки материалов [Текст] / К. А. Ющенко // Автоматическая сварка. - 2004. - № 9. - С. 40 - 45.

2. Справочник сварщика / Под ред. В. В. Степанова. - 3-е изд. - М. : Машиностроение, 1974. - 520 с.

3. Костин, В. А. Математические описание углеродного эквивалента как критерия оценки свариваемости сталей [Текст] / В. А. Костин // Автоматическая сварка. - 2012. - № 8. - С. 12-17.

4. Технология электрической сварки металла и сплавов плавлением [Текст] / Под ред. Б. Е. Патона. - М. : Машиностроение, 1974. - 768 с.

ЛОПАЕВ Борис Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».

ХИСМАТУЛИН Роман Рафикович, студент гр. С-510

КАГАРМАНОВ Игорь Игоревич, студент гр. СМ-312

машиностроительного института.

УСТЯН Армен Манвелович, магистрант гр. СПМ-

514 машиностроительного института.

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 26-02-2015 г. © Б- Е- Лопаев, Р. Р. Хисматулин, И- И- Кагарманов, А- М- Устян

Книжная полка

Мылов, Г- В- Методологические основы автоматизации конструкторско-технологического проектирования гибких многослойных печатных плат / Г- В- Мылов, А- И- Таганов- - М- : Горячая линия-Телеком, 2014- - 167 c- - ISBN 978-5-9912-0367-8-

Изложены методологические основы, включающие в себя современную концепцию построения информационного сопровождения стадий жизненного цикла гибких многослойных печатных плат (ГМП), основы анализа и синтеза проектных конструкторско-технологических решений и информационной поддержки этапов автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства изделий ГМП. Для специалистов, будет полезна аспирантам и студентам.

Внедрение в промышленность сталей новых марок и сплавов с высокими свойствами затруднено из-за сложности обеспечения технологической прочности и эксплуатационной надежности сварных соединений. Как правило, при прочих равных условиях повышение эксплуатационной прочности металла сварных конструкций сопровождается снижением показателей технологической прочности при сварке. Поэтому разработка эффективного технологического процесса сварки может быть осуществлена только с учетом комплекса сведений, характеризующих как технологическую, так и эксплуатационную прочность, то есть с учетом сведений о свариваемости данной стали, сплава.

Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Различают физическую и технологическую свариваемость:

Физическая свариваемость – свойство материалов давать монолитное соединение с химической связью (такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами);

Технологическая свариваемость – технологическая характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность при этом образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами.

Свариваемость металла зависит от его химических и физических свойств, кристаллической решетки, степени легирования, наличия примесей и других факторов. Основные показатели (критерии) свариваемости металлов и их сплавов:

- Окисляемость металла при сварочном нагреве, зависящая от его химической активности;

Чувствительность металла к тепловому воздействию сварки, которая характеризуется склонностью металла к росту зерна, структурным и фазовым изменением в шве и зоне термического влияния, изменением прочностных и пластических свойств;

Сопротивляемость образованию горячих трещин;

Сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке;

Чувствительность к образованию пор;

Соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным требованиям, к таким свойствам относят: прочность, пластичность, выносливость, ползучесть, вязкость, жаростойкость и жаропрочность, коррозионную стойкость и др.

Кроме перечисленных основных показателей свариваемости, имеются еще показатели, от которых зависит качество сварных соединений. К ним относят качество формирования сварного шва, величину собственных напряжений, величину деформаций и коробления свариваемых материалов и изделий.

Применяемые на практике методы оценки свариваемости используются для проверки свойств основного металла и выяснения пригодности данной технологии сварки или сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки, флюсов, защитных газов) для изготовления конструкции, соответствующей требованиям эксплуатации.

Все испытания, проводимые для определения показателей свариваемости, условно делят на две основные группы. К первой группе относятся испытания, применяемые при разработке новых марок стали, новых способов сварки и сварочных материалов, новых типов конструкций и при выборе марки стали, которая при данной технологии обеспечивает возможность получения качественной конструкции. Эту группу испытаний проводят, как правило, исследовательские организации в лабораторных условиях. Ко второй группе относятся испытания, проводимые при проверке соответствия сертификату уже изученной марки стали или данного сварочного материала и при проверке пригодности изученной марки стали для изготовления новых конструкций.

Методы определения показателей свариваемости можно разделить на прямые, при которых оценку производят путем сварки образцов заданной конструкции на специальных установках либо пробах (образцах), и на косвенные, при которых сварочный процесс заменяют другим, имитирующим его процессом. Косвенные методы испытаний являются предварительными и пригодными для приближенной оценки свариваемости сталей.

В данной работе для определения свариваемости необходимо использовать косвенные методы оценки сопротивляемости сталей образованию горячих и холодных трещин. В случае если сталь имеет склонность к возникновению горячих либо холодных трещин, необходимо, используя справочную литературу или другие источники, подобрать мероприятия по снижению вероятности образования трещин (предварительный подогрев, последующая термообработка, температура нагрева, время выдержки и т.д.).

Короткий путь http://bibt.ru

УГЛЕРОД. УГЛЕРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ. УГЛЕРОДНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ С э.

УГЛЕРОД (от латинское Carboneum - уголь) - 1) химический элемент; символ С; атомная масса 12,011. Углерод существует в нескольких аллотропных формах (алмаз, графит, карбин встречается редко). При обычных условиях химически мало активен, при нагревании обладает высокой реакционной способностью. Промышленные продукты (кокс, сажа, древесный и активный уголь) близки по составу к чистому С. Углерод входит в состав чугунов, сталей, специальных сплавов; его применяют для изготовления электродов, тиглей, при выплавлении металлов (кокс), в качестве адсорбента (активный уголь). 2) Одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов. В свободном виде углерод выделяется в виде пластинчатого графита (серый чугун), хлопьевидного углеродного отжига (ковкий чугун), графита шаровидной формы (высокопрочный чугун), вермикулярного графита (чугун с вермикулярным графитом). Твердый раствор углерода в α-железе называются ферритом, в γ-железе - аустенитом; химическое соединение углерода с железом (Fe 3 С) называют цементитом. Смотри также Общий углерод.

УГЛЕРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ - величина, характеризующая науглероживающую способность цементующей атмосферы и выражаемая содержанием углерода в поверхностном слое металла, находящегося в равновесии с атмосфере. Например, Углеродный потенциал какой-либо атмосферы равен 0,8; эта атмосфера будет науглероживать стали с С<0,8% и обезуглероживать сталь с С>0,8%.

УГЛЕРОДНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ С э - величина, характеризующая влияние важнейших элементов на структуру и свойства серого чугуна; определяется по формуле C э =C э +0,3(Si-P). Углеродный эквивалент алюминиевых чугунов равен: C э =C+0,25Si+0,15Al. При С э <4,26 чугун является доэвтектическим; при С э =4,26 - эвтектическим; при С э > 4,26 - заэвтектическим. Углеродный эквивалент можно определить термографическим методом по кривой охлаждения чугуна, на которой фиксируются температуры ликвидуса (t л) и солидуса (t с) или Δ=t л -t c . Для немодифицированных чугунов С э =12,8 -0,0075t л =4,29-0,0072.Δt; для модифицированных С э = 14,04-0,0085t л =4,39-0,0079Δt.