Вы здесь

Структурна неоднорідність з'єднань низьколегованих маловуглецевих трубних сталей, виконаних зварюванням тиском з нагрівом.

Автор: 
Григоренко Світлана Георгіївна
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2002
Артикул:
3402U001208
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2

МАТЕРИАЛЫ, АППАРАТУРА, МЕТОДИКИ

2.1. Материалы, используемые в исследованиях

Для исследований использовалась трубная сталь класса прочности Х60, Х65 и Х70. Она относится к малоуглеродистым, низколегированным сталям феррито-перлитного класса. Для исследований также использовали малоуглеродистую сталь Ст3 и среднеуглеродистую Сталь 45.
Химический состав применяемых сталей представлен в табл. 2.1.

Таблица 2.1
Химический состав применяемых сталей [46,47]

Марка стали Содержание легирующих элементов, % массовых C Mn Si Nb Ti V S PХ 600,181,50,42? 0,03-0,140,0180,014Х 650,111,760,340,03?? 0,030,0060,023Х 700,111,90,360,0220,0220,060,0060,011Ст 30,20,50,2?????450,430,50,18---? 0,04? 0,04
Трубные стали (рис. 2.1) относят к строительным сталям повышенной прочности. Основными легирующими элементами в них являются недорогие и доступные марганец и кремний. Из трубных сталей изготавливаются сварные конструкции ответственного назначения. Трубы из этих сталей могут работать в сложных климатических условиях при низких температурах, выдерживая довольно значительные внутренние давления. Поэтому к таким сталям предъявляются повышенные требования в отношении комплекса свойств, которыми они должны обладать. Повышение механических свойств стального проката часто достигается благодаря применению специальных режимов прокатки. Трубные стали класса прочности Х60 - Х70 получают способом контролируемой прокатки. Этот метод обеспечивает получение высокопрочных низколегированных сталей с высокой ударной вязкостью при низких температурах без последующей термической обработки.

Рис. 2.1. Cтруктура трубной стали (? 100)

Ст3 относится к сталям обыкновенного качества и содержит 0,14 - 0,22 %С и 0,3 - 0,65 %Mn. Они наиболее дешевые, поэтому имеют широкое применение. По сравнению с качественными сталями в процессе выплавки они меньше очищаются от вредных примесей (содержат больше серы и фосфора). Из этих сталей изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Указанные полуфабрикаты широко применяют для строительных и других сварных, клепанных и болтовых конструкций.
Сталь 45 содержит 0,42 - 0,49%С и относится к среднеуглеродистым качественным сталям. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу: содержание серы ? 0,04 %, фосфора ? 0,035 - 0,04 %, а также меньшее количество неметаллических включений. Такие стали применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения (распределительных валков, шпинделей, фрикционных дисков, штоков, траверс, плунжеров и т.д.).
Механические свойства данных сталей приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2
Механические свойства применяемых сталей [46,47]

Марка стали?т?в?,
%ан,
МДж/м2 МПа Х 60422527341,4Х 65457541331,4Х 70492576361,4Ст 3250450270,4Сталь 45360610170,5

2.2. Сварочная аппаратура

Сварка образцов для исследований осуществлялась, как методом давления с низкоинтенсивным силовым воздействием - диффузионная сварка в вакууме (ДСВ), так и методом высокоинтенсивного силового воздействия - ударная сварка в вакууме (УСВ), на установке У-394М [48]. Циклограммы процессов УСВ и ДСВ представлены на рис. 2.2. Принципиальное отличие этих способов сварки состоит во времени деформирования (t3), которое при ДСВ составляло ~ 5 мин, а при УСВ - порядка 10-2 с, (см. рис. 2.2). Режим нагрева, температура сварки, условия охлаждения и степень пластической деформации были идентичны в обоих случаях.

Рис. 2.2. Циклограммы процессов УСВ (а) и ДСВ (б):
Тсв - температура сварки;
Wсв - энергия удара (УСВ);
Рсв - усилие сжатия образцов (ДСВ);
t1 - время нагрева до Тсв;
t2 - время выдержки при Тсв;
t3 - время сварки (УСВ ?10-2 с, ДСВ ?5 мин);
t4 - время охлаждения.
Установка У-394М (рис. 2.3) состоит из рабочей вакуумной камеры - 2 объемом 0,05 м3, механизмов динамического - 1 и статического - 3 нагружения, высоковольтного блока питания, пульта управления - 4, стойки с приборами, вакуумной системы и системы охлаждения.

1
2
3
4
5

Рис. 2.3. Общий вид установки У - 394 М:
1 - устройство динамического нагружения;
2 - вакуумная камера;
3 - устройство статического нагружения;
4 - пульт управления;
5 - источник питания.

Технические данные установки:

вес падающего бойка, кг ...................................................................... до 30
усилие сжатия, кг ....................................................................... 1 000
скорость движения бойка, м/с ............................................................ до 11,5
максимальная температура нагрева зоны контакта, 0С .......................... 2 000
рабочий вакуум в камере, Па .......................................................... 1,33?10-3
ускоряющее напряжение, кВ .................................................................. до 20
сила тока на пушке при нагреве, мА ....................................................... 200
В самой вакуумной камере (рис.2.4) расположен нагреватель -2 для электроннолучевого нагрева соединяемых заготовок -3 и механизм передвижения нагревателя по высоте заготовок -4.

1
2
3
4

Рис.2.4. Вакуумная камера:
1 - шток;
2 - электроннолучевой нагреватель;
3 - свариваемые заготовки;
4 - механизм передвижения нагревателя.

Корпус вакуумной камеры жестко зак