Сварка, родственные процессы и технологии. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Разработка ресурсосберегающих технологий сварки жаропрочных хромистых сталей
Статья научная
Разработана ресурсосберегающая технология сварки, позволяющая исключить операции подо¬грева и полной термической обработки (ТО) при сварке однородными электродами и полностью исключить операции ТО при сварке аустенитными сварочными материалами. Показано, что за счет применения технологии с регулированием термических циклов (РТЦ), за счет регулируемого сопутствующего охлаждения, происходит улучшение структурно-механической неоднородности в околошовных зонах (ОШЗ) сварных соединений, а также формируется специфическая структура с повышенной трещиностойкостью.
Бесплатно
Расчет режимов сварки с использованием современного программного обеспечения
Статья научная
Работа посвящена применению математического пакета MathCAD для расчета и оперативной оптимизации сварочных режимов. Математический пакет MathCAD выгодно отличается от других пакетов простотой синтаксиса и относительной легкостью изучения, что позволяет использовать его для решения инженерных задач, таких как построение термических циклов и температурных полей в металле при воздействии мгновенного точечного источника тепла, движущегося и быстродвижущегося источников тепла с последующим вычислением размеров зоны оплавления, мгновенной скорости охлаждения, продолжительности пребывания металла при температуре выше заданной и т. п. Использование готового алгоритма расчета режима сварки направлено на воспитание интереса к применению компьютерных технологий в инженерной практике, поскольку это существенно ускоряет выполнение работы. Для инженеров и специалистов сварочного производства представляет интерес использование математического пакета MathCAD для расчета и оптимизации сварочных режимов. Расчетная модель режимов сварки основана на строгом согласовании величины площади наплавленного металла с конструктивно заданными геометрическими характеристиками сварного соединения и расчетными параметрами режима сварки. Это достигается решением системы известных уравнений, что исключает возникновение ошибок вычислений, связанных с конфликтом начальных и конечных расчетных параметров. Результаты вычислений выводятся в виде матрицы или таблицы, в которую сводятся все параметры сварного соединения и режима сварки, а также вспомогательные показатели, которые могут быть использованы для оценки материальных и энергетических затрат. Таблицу расчетных параметров удобно использовать для анализа и оптимизации режимов сварки. Корректировка режимов может производиться изменением диаметра электрода, рода и полярности тока, типа сварного соединения или желаемого значения коэффициента формы шва.
Бесплатно
Совершенствование методики расчета размеров угловых швов
Статья научная
Наряду с повышением надежности и долговечности сварных конструкций к ним предъявляют требования по снижению металлоемкости, в частности, по снижению количества наплавленного металла. Это, в первую очередь, относится к сварным соединениям с угловыми швами, так как из всех сварочных материалов, потребляемых в промышленности, более 70 % расходуется на выполнение угловых швов. Согласно нормативному методу расчета на прочность сварных соединений с угловыми швами СНиП II-23-81*, расчет ведут на условный срез по минимальному сечению шва. Размер минимального сечения определяют в зависимости от размера катета шва и нормативного коэффициента , который, в свою очередь, зависит от способа сварки. Следует отметить, что в СНиП недостаточно полно учтены возможности увеличения размера расчетного сечения при выполнении угловых швов механизированными способами сварки. В частности, регулируя положение зоны проплавления углового шва относительно плоскости разъема свариваемых листов путем выполнения неравнокатетных угловых швов, можно значительно увеличить длину расчетного сечения и, что не менее важно, увеличить глубину проплавления стенки таврового соединения для заданного режима сварки. В расчетной методике (Акулов А.И., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением, 1977) рассматривается только вопрос определения высоты углового шва в зависимости от режима сварки, а вопрос определения размеров минимального сечения и глубины проплавления стенки остается открытым. В настоящей работе предпринята попытка усовершенствовать методику расчета размеров угловых швов. Методика базируется на подтвержденных экспериментально допущениях: зона проплавления углового шва описывается уравнением эллипса, а площадь поперечного сечения шва, независимо от его положения относительно плоскости разъема свариваемых листов, при заданном режиме сварки остается постоянной. Предлагаемая методика позволяет оптимизировать геометрию угловых швов, что, в свою очередь, позволяет без ущерба для прочности конструкции уменьшить размеры и расход сварочных материалов, используемых для выполнения угловых швов.
Бесплатно
Способ лазерно-электрошлаковой сварки
Статья научная
Для повышения механических свойств металла шва и околошовной зоны, а также повышения производительности сварки за счет увеличения скорости сварки предлагается комбинированный способ лазерно-электрошлаковой сварки, включающий наведение шлаковой и металлической ванн, удержание их в пространстве, ограниченном медными формирующими пластинами и свариваемыми кромками шва с нагревом шлака, присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода, металла шва и свариваемых кромок теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока между электродом и металлом шва через расплавленный шлак и теплом, вводимым лазерным лучом с равномерной интенсивностью распределения мощности лазера по всей поверхности зеркала сварочной ванны. Дополнительная энергия лазерного луча повышает температуру шлаковой ванны, ускоряет прогрев свариваемых кромок, увеличивает скорость оплавления электродной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода, значит увеличивается скорость подъема сварочной ванны и уменьшается время пребывания металла шва и околошовной зоны при высоких температурах при этом уменьшается прирост размеров зерна, что приведет к повышению механических свойств металла шва и околошовной зоны. Введение энергии лазера в электрошлаковый процесс позволит повысить температуру не только шлаковой ванны, но и прогревать лазерным лучом свариваемые кромки, исключая дефект несплавления по кромкам при недостаточной температуре шлаковой ванны. Кроме того, лазерный луч может быть направлен на сварочную проволоку или на пластинчатый электрод, подогревая присадочный металл, что дополнительно увеличит количество расплавляемого металла в единицу времени.
Бесплатно
Статья научная
Лазерно-гибридная сварка (далее ЛГС) является передовой высокопроизводительной технологией получения неразъемного соединения. На качество сварного соединения ЛГС влияют фазовые превращения, термический цикл сварки и микроструктура сварного шва и зоны термического влияния. В статье экспериментально определены термические циклы и отображены результаты кинетики распада аустенита при применении технологии лазерно-гибридной сварки в сочетании с многодуговой автоматической сваркой под флюсом. Определены скорости охлаждения, влияющие на изменение свойств зоны термического влияния сварных соединений из стали трубного сортамента класса прочности К52 и К60. В первой части статьи представлены объекты исследования, химический состав и технологии, при которых были получены сварные соединения. Вторая часть статьи раскрывает методику исследования, в которой отображены образцы и описаны действия с инструментом и приборами, с помощью которых были зафиксированы параметры термических циклов и скорости охлаждения. В третьей части показаны особенности формирования структурно-фазового состава сварных соединений с помощью таблиц, диаграмм и микроструктур зон термического влияния при разных скоростях охлаждения. Установлено, что в результате лазерно-гибридной сварки в ЗТВ распад аустенита в исследованных сталях протекает в основном в мартенситной области. А твердость металла шва и зоны термического влияния исследованных сталей составляет порядка 350-360 HV, что повышает вероятность образования закалочных структур в сварных швах и может привести к образованию трещин. Выявлено, что нормативное значение твердости может быть обеспечено, если скорость охлаждения металла при лазерно-гибридной сварке не превысит 20 °С/с.
Бесплатно
Физическое моделирование при исследовании свариваемости конструкционных сталей
Статья научная
Рассмотрена возможность исследования свариваемости сталей методом физического моделирования. Свариваемость является важной технологической характеристикой материала, определяющей его пригодность для производства тех или иных типов конструкций. Чаще всего данный параметр оценивают аналитическим методом, что дает лишь ориентировочные данные. На сегодняшний день наиболее прогрессивным и перспективным методом исследования свариваемости является метод физического моделирования, который заключается в полном и частичном воспроизведении исследуемого процесса. Важными факторами при оценке свариваемости являются: исходный химический состав стали, структура и термодеформационные циклы сварки. Оценка свариваемости производится на основе исследования металла участков зоны термического влияния сварных соединений. Из исследуемого металла изготавливаются образцы для испытаний в установке физического моделирования Gleeble 3500. Данная установка позволяет имитировать термодеформационные циклы различных участков зоны термического влияния. Затем полученные образцы подвергают различным видам испытаний: сопротивление разрыву, ударный изгиб, металлографические исследования, измерения твердости, микротвердости и др. Качественный и количественный состав структуры металла зоны термического влияния фактически определяет надежность и работоспособность сварного соединения. Полученные данные сравнивают с требованиями нормативной документации, на основании чего делается вывод о пригодности металла для изготовления конструкции, разрабатывается рациональная технология его сварки, обеспечивающая формирование эффективной структуры металла сварного соединения. Метод физического моделирования является мощным инструментом при разработке новых сталей с хорошими физическими и технологическими свойствами, а также при разработке оптимальной технологии их сварки.
Бесплатно
Электроды для ручной дуговой сварки в нефтегазовом комплексе
Статья научная
Разработаны электроды для сварки трубопроводов, в том числе с образованием обратного валика при сварке корня шва, обеспечивающие высокие механические свойства сварного соединения. Для ручной дуговой сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, а также конструкций, работающих в условиях пониженных температур, получили широкое распространение электроды с основным видам покрытия типа УОНИ. Механические свойства сварных соединений, выполненные этими электродами, обеспечивают высокие показатели по прочности, пластичности и ударной вязкости, в том числе при пониженных температурах. Однако эти электроды классического состава уступают по сварочно-технологическим свойствам электродам зарубежного производства, что ограничивает их применение при сварке трубных конструкций. Применяемые импортные электроды аналогичного назначения примерно в 2,5 раза дороже электродов марки УОНИ-13/55. Достойная замена импортных электродов позволит в определенной мере газовой и нефтехимической промышленности уйти от импортной зависимости, при этом сохранятся отечественные производства сварочных электродов. Задача состоит в том, чтобы при сохранении механических свойств сварных соединений получить улучшенные сварочно-технологические свойства, позволяющие проводить сварку трубных конструкций, в том числе неповоротных стыков с возможностью образования обратного валика при сварке корневых проходов. Для этого разработаны электроды марки ЛБ-52МК и рекомендации к их использованию при сварке трубопроводов. Получены положительные отзывы от многих потребителей. Проведён целый комплекс испытаний по химическому составу и механическим свойствам наплавленного металла; в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете определено количество диффузионного водорода в наплавленном металле вакуумным методом в соответствии с ГОСТ 23338-91 на электродах диаметром 3,2 мм. В результате установлено, что разработанные электроды марки ЛБ-52МК по механическим свойствам наплавленного металла соответствуют типу Э50А по ГОСТ 9467-75. По классификации в соответствии с AWS А5.1 они относятся к типу 7015-1. При сварке корневых проходов с обратной стороны шва образуется валик правильной формы без подрезов на основном металле. Для удобства потребителей, которые в настоящее время применяют электроды импортных производителей, планируется производить электроды диаметром 4,0; 3,2, а в перспективе - 2,6 мм.
Бесплатно
