Geum.ru

Ж. В. Смирнова Ф. П. Сироткин выбор материала сварной конструкции и ее технологичность

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


Смирнова Ж.В., Сироткин Ф.П. Выбор материала сварной конструкции и ее технологичность
Бщие положения
2 Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость
Химический состав некоторых углеродистых конструкционных сталей
Механические свойства некоторых марок углеродистых сталей в холодном состоянии
Ударная вязкость некоторых углеродистых конструкционных сталей (Дж/см
Химический состав некоторых низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей
Механически свойства некоторых низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей в состоянии поставки
Химический состав и механические свойства среднеуглеродистых мартенсито – бейнитных сталей после закалки и низкого отпуска
Химический состав высокохромистых мартенситных сталей
Механические свойства высокохромистых мартенситных сталей
Химический состав мертенситно – ферритных сталей
Механические свойства мартенситно – ферритных сталей
Высоколегированные стали
Механические свойства некоторых марок высоколегированных аустенитных и аустенитно – ферритных сталей и сплавов
Химический состав и механические свойства некоторых типовых марок алюминия и его сплавов
Структура, состав и механические свойства промышленных титановых сплавов
Основная литература
Подобный материал:

Ж.В. Смирнова

Ф.П. Сироткин


ВЫБОР МАТЕРИАЛА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ


Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волжский государственный инженерно – педагогический университет»

Профессионально-педагогический институт

Кафедра строительства и сварочных технологий


Ж.В. Смирнова

Ф.П. Сироткин


ВЫБОР МАТЕРИАЛА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

Учебно – методическое пособие


Нижний Новгород

2011

ББК. 34.641

С40


Смирнова Ж.В., Сироткин Ф.П. Выбор материала сварной конструкции и ее технологичность: Учебно – методическое пособие / Смирнова Ж.В., Сироткин Ф.П./-Н.Новгород, ВГИПУ, 2011г.-29 с.


Рецензенты: Китов А.Г. – кандидат технических наук, доцент ВГИПУ

Фадеева М.М. – преподаватель высшей категории НИК


Учебное пособие охватывает широкий круг вопросов, связанных с выбором материалов для изготовления сварных конструкций, определением свариваемости выбранных материалов, а также вопросы, связанные с определением технологичности выбранных сварных конструкций.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям), профиль подготовки: Металлургия и машиностроение, профилизация-технологии и технологических менеджмент в сварочном производстве.


© Смирнова Ж.В., 2011

© Сироткин Ф.П., 2011

© ВГИПУ, 2011

СОДЕРЖАНИЕ


Введение ………………………………………………………………………….5

1.Общие положения………………………………………………………………6

2.Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость……………....7

3.Технологичность сварной конструкции………………………………………26

Литература…………………………………………………………………………29


ВВЕДЕНИЕ

Учебное – методическое пособие предназначено для студентов очного обучения специальности 030500.08 «Профессиональное обучение» специализации 030504.08 «Технология и технологический менеджмент в сварочном производстве» при выполнении разделов курсовой (дипломной) работы.

В данном пособии рассматриваются разделы курсовой и дипломной работы:

1. Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость.

2. Технологичность сварной конструкции.

В этих разделах приводятся рекомендации по выбору материала сварной конструкции, химические составы сталей и сплавов, их механические свойства, дается понятие свариваемости в соответствии с ГОСТ 14.205-83, приводятся формулы по определению эквивалента углерода для различных сталей.

В разделе «Оценка технологичности сварной конструкции» приводятся показатели технологичности, дается их характеристика.


  1. БЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
    1. При описании раздела «Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость» следует:

а) указать чем следует руководствоваться при выборе материала сварной конструкции;

б) указать две марки сталей с указанием их химического состава в таблице № 1, механических свойств в таблице № 2 с указанием соответствующих ГОСТов;

в) указать условия и состояние поставки материала по размерам листа или профиля, виду термической обработки;

г) дать оценку соответствия материала назначению конструкции и условиям ее работы.

1.2. При оценке свариваемости различных металлов:

а) дать определение свариваемости в соответствии с ГОСТ;

б) указать критерии оценки свариваемости;

в) определить свариваемость сталей по эквиваленту углерода используя формулы (1), (2), (3).

г) сделать вывод, какую из выбранных сталей целесообразно применить для изготовления конструкции и к каким сталям она относится по свариваемости.

1.3. При описании раздела: «Технологичность сварной конструкции» следует дать определение технологичности согласно ГОСТ 14.201-83, затем указать показатели технологичности.

Провести оценку технологичности по металлоемкости, расчленению конструкции на отдельные узлы, возможность использования автоматических приспособлений, общей трудоемкости ее изготовления и себестоимости.


2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕГО СВАРИВАЕМОСТЬ


От правильного выбора металла для сварных конструкций в значительной мере зависит их эксплутационная надежность и экономичность.

Для ответственных сварных конструкций, эксплуатирующихся в районах с температурой ниже –400С, следует рекомендовать легко свариваемые низколегированные стали 09Г2С, 15ГФ, 18Г2Ф, 09Г2, 10Г2С1, 15ХСНД, 16ГС, а для конструкций работающих при более высоких температурах – 10ХСНД, 14Г2, 15ГФ, 14ХГС.

Для изготовления различных изделий в машиностроении широко используются низколегированные стали с повышенным содержанием углерода 0,25% - 0,5% при суммарном легировании до 3 – 4%. Примерами таких марок могут служить: 35Х, 40Х, 35Г2, 40Г2, 50Г2, 30ХГСН2А, 30ХГТНА, 30ХГСА, а также теплоустойчивые стали – 20М, 20ХМ, 30ХМА, 25Х1М1Ф и др.

В данном разделе пояснительной записки необходимо обосновать выбор того или иного материала, указать в таблицах его химический состав и механические свойства согласно ГОСТу. Ниже даются наиболее распространенные стандарты с указанием марок, химического состава и механических свойств, которыми можно пользоваться при выборе основного металла:

ГОСТ 380 – 94 – сталь углеродистая, обыкновенного качества;

ГОСТ 1050 – 88 – сталь углеродистая, качественная конструкционная;

ГОСТ 19281 – 89 – сталь низколегированная сортовая, фасонная;

ГОСТ 19281 – 89 – сталь низколегированная для листового и широко – полосного проката, поковок, штамповок;

ГОСТ 5632 – 72 – стали высоколегированные и сплавы коррозионостойкие и жаропрочные;

ГОСТ 4784 – 74 – алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые.

Свариваемость различных металлов можно оценить:
  • по равнопрочности металла;
  • по эквиваленту углерода;
  • по склонности к образованию горячих и холодных трещин.

В зависимости от свойств свариваемого металла, требований, предъявляемых к сварному соединению, способа и режима сварки, состава флюса, покрытия, защитного газа, состава дополнительного металла, оценку свариваемости можно проводить по различным показателям: по данным изменения структуры в З.Т.В., механических свойств сварного соединения или металла отдельных областей З.Т.В., склонности к образованию пор, горячих трещин и холодных.

Под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статистических нагрузках, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и О.Ш.З. в данном случае должны быть стойкими против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкции и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла. При сварке легированных сталей, применяемых при изготовлении химической аппаратуры, под свариваемостью также понимают и стойкость против образования трещин и закалочных структур в околошовной зоне, и обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких или низких температурах). При наплавке деталей, работающих на истирание, особое значение приобретает стойкость металла против эрозии, т.е. постепенного разрушения его вследствие механического износа.

С применением в технике высокопрочных конструкционных материалов, усложнением условий эксплуатации, работа конструкций и предъявление повышенных требований к работоспособности изделия, увеличивается и число показателей, входящих в понятие свариваемость. Для сталей, в основном, таким показателем является содержание в них углерода.

Повышенное содержание углерода, а также степень легирования увеличивает склонность стали к резкой закалке, в связи с чем такие стали обладают высокой чувствительность к термическому циклу сварки и околошовная зона оказывается резко закаленной, а значит непластичной при удовлетворительном формировании шва. Для снижения скорости охлаждения околошовной зоны с целью получения пластичности, для предотвращения образования горячих трещин, при сварке этих сталей необходим подогрев изделия.

Для приближенной оценки влияния термического цикла на закаливаемость О.Ш.З. можно пользоваться расчетом эквивалента углерода. Для сталей с минимальным содержанием углерода (низкоуглеродистые, низколегированные) можно пользоваться следующей формулой:

Сэкв = %С + (1)

Если Сэкв ≤ 0,35, то сталь сваривается удовлетворительно.

Для среднеуглеродистых и легированных сталей эквивалент углерода рассчитывается по формуле:


Сэкв = %С + (2)

Если Сэкв ≤ 0,45, то сталь сваривается без подогрева удовлетворительно, а если Сэкв>0,45, то требуется подогрев до Т0 С. Температура подогрева рассчитывается по формуле:


Т = 350 0С (3)

Где С=Сэкв (1+0,005S), где S – толщина металла, мм. Для высоколегированных сталей и цветных металлов эквивалент углерода не рассчитывается, поэтому, объясняя свариваемость этих металлов, необходимо отметить все трудности, возникающие при сварке и предложить мероприятия по их устранению.

После расчета эквивалента углерода следует сделать вывод, к каким сталям относится выбранная сталь по свариваемости и охарактеризовать как она сваривается.

В зависимости от эквивалентного содержания углерода и связанной с этим склонности к закалке и образованию трещин стали по свариваемости делят на 4 группы:

1. хорошо сваривающиеся, к этой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термической обработки; стали первой группы имеют Сэкв≤0,25% хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов, толщин и конструктивных форм.

2. удовлетворительно сваривающиеся, к этой группе относятся стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется, и стали которые нуждаются в предварительном подогреве, и последующей термообработке. Стали второй группы, имеют Сэкв=0,25 ÷ 0,35 %, мало склонны к образованию холодных трещин при правильном выборе режимов сварки.

3. ограниченно сваривающиеся, к этой группе относятся стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подогревают и подвергают термообработке. Стали третьей группы имеют Сэкв – 0,36 ÷ 0,45%.

4. плохо сваривающиеся, к этой группе относятся стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонны к образованию трещин. Стали четвертой группы имеют Сэкв > 0,45%, требуют при сварке подогрева, предварительной и последующей термообработки.

В таблица 1-14 приводятся химические составы и механические свойства углеродистых, низколегированных, среднеуглеродистых, высокохромистых сталей и сплавов, некоторых типовых марок алюминиевых и титановых сплавов.


Таблица 1

Химический состав некоторых углеродистых конструкционных сталей, %

Марка стали
ГОСТ
С
Mn
Si

Ст1кп

Ст1пс

Ст1сп

Ст2кп

Ст2пс

Ст2сп

Ст3пс

Ст2сп
380-94
0,06…0,12

0,06…0,12

0,06…0,12

0,09…0,15

0,09…0,15

0,09…0,15

0,14…0,22

0,14…0,22
0,25…0,50

0,25…0,50

0,25…0,50

0,25.0,50

0,25…0,50

0,025…0,50

0,40…0,65

0,40…0,65
не более 0,05

0,05…0,15

0,15…0,30

не более 0,05

0,05…0,15

0,15…0,30

0,05…0,15

0,15…0,30

10

15

20
1050-88
0,07…0,14

0,12…0,19

0,17…0,24
0,35…0,65

0,35…0,65

0,35…0,65
0,17…0,37

0,17…0,37

0,17…0,37

15Г

20Г

35Г
4543-71
0,12…0,19

0,17…0,24

0,32…0,40
0,70…1,00

0,70…1,00

0,70…1,00
0,17…0,37

0,17…0,37

0,17…0,37

12К

15К

20К

22К
5520-79
0,08…0,16

0,12…0,20

0,16…0,24

0,19…0,26
0,40…0,70

0,35…0,65

≤ 0,65

1,00
0,17…0,37

0,15…0,30

0,15…0,30

0,17…0,40

Ст3С
5521-86
0,14…0,22
0,35…0,60
0,12…0,35

Примечание: 1. Массовая доля хрома, никеля и меди в сталях марок Ст1, Ст2 и Ст3 различной выплавки должна быть не более 0,30% каждого, серы не более 0,050%, фосфора не более 0,70%.

2. Для проката из стали марок Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, предназначенного для сварных конструкций, отклонение по содержанию углерода в сторону его увеличения не допускается.

Таблица 2

Механические свойства некоторых марок углеродистых сталей в холодном состоянии

Марки стали
Временное сопротив-

ление σв, МПа
Предел текучести σт, МПа

для толщин, мм
Относительное удлинение δ5 (%), для толщин, мм

До 20
20…

40
40…

100
Свыше 100
До 20
20…

40
Свыше 40

Ст1кп

Ст1пс

Ст2кп

Ст2пс

Ст3кп

Ст3сп

Ст3Гпс

10

15

15

15Г

20Г

35Г
310…400

320…420

330…420

340…440

370…470

380…490

380…500

330

370

410

410

450

570
-

-

220

230

240

250

250

205

225

245

245

280

340
-

-

210

220

230

240

240

-

-

-

-

-

-
-

-

200

210

220

230

230

-

-

-

-

-

-
-

-

190

200

200

210

210

-

-

-

-

-

-
35

34

33

32

27

26

26

31

27

25

26

24

18
34

33

32

31

26

25

25

-

-

-

-

-

-
32

31

30

29

24

23

23

-

-

-

-

-

-


Примечание: Для сталей марок 10, 15, 20, 15Г и 20Г механические свойства определены на образцах из нормализованных заготовок.


Таблица 3

Ударная вязкость некоторых углеродистых конструкционных сталей (Дж/см2)

Марка стали
Вид проката стали
Располо-жение образца относитель-но проката
Толщина, мм
Ударная вязкость, (не менее), Дж/см2

при температуре, 0С
после механичес-

кого старения

+20
-20

Ст3пс
Листовая
Поперек
5…9

10…25

26…40
78

69

49
39

29

-
39

29

-

Ст3сп
Широко-полосная
Вдоль
10…25

26…40
78

69
29

-
29

-

Листовая
Поперек
10…30

31…40
69

49
29

-
29

-

Ст3Гпс
Широко-полосная
Вдоль
5…9

10…30

31…40
98

78

69
49

29

-
49

29

-



Таблица 4

Химический состав некоторых низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей

Марки

стали
Химический состав, %
Тип стали

C
Si
Mn
Прочие

09Г2

14Г2

18Г2
≤ 0,12

0,12...0,18

0,14...0,20
0,17...0,37

0,17...0,37

0,25...0,55
1,4...1,8

1,2...1,6

1,2...1,6
Cu ≤ 0,3

Cr ≤ 0,3

Ni ≤ 0,3
Марганцевые

12ГС

16ГС

17ГС

19Г2С

10Г2С1
0,09…0,15

0,12…0,18

0,14…0,20

≤ 0,12

≤ 0,12
0,5…0,8

0,4…0,7

0,4…0,6

0,5…0,8

0,8…1,1
0,8…1,2

0,9…1,2

1,0…1,4

1,3…1,7

1,3…1,65


Cu < 0,3
Кремне-марганцевые

10Г2С1Д
≤ 0,2
0,8…1,1
1,3…1,65
Cu=0,15...0,3

Ni ≤ 0,3

Cr ≤ 0,3
Кремне-марганцево-медистые

15ГФ
0,12…0,18
0,17…0,37
0,9…1,2
V=0,05…0,10
Марганце

вованадиевые

14ХГС
0,11…0,16
0,4…0,7
0,9…1,3
Cr=0,5...0,8

Ni ≤ 0,3

Cu ≤ 0,3
Хромок-ремнемар-ганцовая

10ХСНД
≤ 0,12
0,8…1,1
0,5…0,8
Cr=0,6..0,9

Ni=0,5…0,8

Cu=0,4…0,65
Хромок-ремнени-келемеди-стые

15ХСНД
0,12…0,18
0,4…0,7
0,4…0,7
Cr=0,6…0,9

Ni=0,3…0,6

Cu=0,2…0,4

Примечание: Содержание серы и фосфора не более 0,035%.

Таблица 5

Механически свойства некоторых низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей в состоянии поставки

Марка стали
Ударная вязкость при температуре

-400С, Дж/см2
σв
σт
δ5, %

Не менее, МПа

09Г2
30
450
310
21

14Г2
34
470
340
21

18Г2
40
520
360
21

12ГС
-
470
320
26

16ГС
29
500
330
21

09Г2С
39
500
350
21

10Г2С1
40
520
380
21

15ГФ
39
520
380
21

14ХГС
39
500
350
22

10ХСНД
49
540
400
39

15ХСНД
39
500
350
39


Примечание: Прокат толщиной 4…10 мм.


Таблица 6

Химический состав и механические свойства среднеуглеродистых мартенсито – бейнитных сталей после закалки и низкого отпуска

Марка стали
Химический состав, %
Механические свойства

C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
S
P
σВ,

МПа
σ0,2,

МПа
δ5,

%
КCU при

+200С.

Дж/см2

не более

42Х2ГСНМА*
0,41…

0,48
0,9…

1,2
0,75…

1,0
1,5…

2,0
0,5..

0,8
0,4…

0,6
0,010
0,02
2000±100
1700±50
6…

7
50

40ХГСН3МА
0,36…0,43
0,7…

1,7
0,5…

0,8
0,8…

1,1
2,5..

3,0
0,3…

0,4
0,025
0,025
2000±100
1500
8
70

30Х2ГСНВМА**
0,26…

0,33
0,9…

1,2
1,0…

1,3
1,5…

2,0
1,0…

1,3
0,4…

0,5
0,011
0,015
1700±50
1360
7
70

30ХГСН2А

(30ХГСНА)
0,27…

0,34
0,9…

1,2
1,0…

1,3
0,9…

1,2
1,4…1,8
-
0,015
0,025
1700
1450
10
70

30ХГСА
0,28…

0,34
0,9…

1,2
0,8…

1,1
0,8…

1,1
-
-
0,030
0,03
1600
1400
6
50

25ХГСА
0,22…

0,28
0,9…1,2
0,8…

1,1
0,8…

1,1
-
-
0,030
0,03
1400
1300
6
50

* 0,03…0,08% V; ** 0,9…1,3 %W

Таблица 7

Химический состав высокохромистых мартенситных сталей

Сталь, марка
Содержание элементов, % (по массе)

C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
Mo
V
прочие

15Х11МФ
0,12...

0,19
≤ 0,5
≤ 0,7
≤ 0,025
≤ 0,030
10,0...

11,5
-
0,6...

0,8
0,25...

0,40
-

15Х12ВНМФ
0,12...

0,18
≤ 0,4
0,5...

0,9
≤ 0,025
≤ 0,030
11,0...

13,0
0,4..0,8
0,5...

0,7
0,15...

0,30
W0,7…1,1

18Х11МНФБ
0,15...

0,21
≤ 0,6
0,6...

1,0
≤ 0,025
≤ 0,030
10,0...

11,5
0,5...1,0
0,8...

1,1
0,20...

0,40
Nb0,20…0,45

13Х11Н2В2МФ
0,10...

0,16
≤ 0,6
≤ 0,6
≤ 0,025
≤ 0,030
10,5...

12,0
1,50...

1,80
0,35...

0,50
0,18...

0,30
W1,60…2,00

12Х11В2МФ
0,10...

0,15
≤ 0,50
0,50...

0,80
≤ 0,025
≤ 0,025
10,0...

12,0
0,60
0,60...

0,90
0,15...

0,30
W1,70…2,20

10Х12НД
≤ 0,10
≤ 0,30
≤ 0,60
≤ 0,025
≤ 0,025
12,0...

13,5
2,8...3,2
0,8...

1,1
-
Cu0,8…1,0

06Х12Н3Д
≤ 0,06
≤ 0,30
≤ 0,60
≤ 0,025
≤ 0,025
12,0...

13,5
2,80...

3,20
-
-
Cu0,80…1,10



Таблица 8

Механические свойства высокохромистых мартенситных сталей

Марки стали
σ0,2, МПа
σв, МПа
δ5, %
Ψ, %
КCU, МДж/м2

не менее

15Х11МФ

15Х12ВНМФ

18Х11МНФБ

13Х11Н2В2МФ

12Х11В2МФ

10Х12НД

06Х12Н3Д
490

590

590…735

735

392

500

500…700
690

740

740

880

588

650

700
15

15

15

15

18

14

14
55

45

50

55

-

30

30
0,6

0,6

0,6

0,9

-

0,3

0,5


Таблица 9

Химический состав мертенситно – ферритных сталей

Марки стали
Содержание элементов, % по массе

C
Si
Mn
S
P
Cr

8Х13
≤ 0,08
≤ 0,80
≤ 0,80
≤ 0,025
≤ 0,030
12,0…14,0

12Х13
0,09…0,15
≤ 0,80
≤ 0,80
≤ 0,025
≤ 0,030
12,0…14,0

20Х13
0,16…0,25
≤ 0,80
≤ 0,80
≤ 0,025
≤ 0,030
12,0…14,0

08Х14МФ*
0,03…0,12
0,20…0,45
0,08…1,2
≤ 0,025
≤ 0,035
12,0…14,8

14Х17Н2
0,11…0,17
≤ 0,08
≤ 0,08
≤ 0,025
≤ 0,030
16,0…18,0


* 0,2…0,4% Мо; 0,15…0,30% V; 1,0…2,5% Ni


Таблица 10

Механические свойства мартенситно – ферритных сталей

Марки стали
σ0,2, МПа
σв, МПа
δ5, %
Ψ, %
КCU, МДж/м2

не менее

08Х13
410
590
20
60
1,0

12Х13
410
590
20
60
0,9

20Х13
440
650
16
55
0,8

08Х14МФ
300
450
22
-
-

14Х17Н2
635
835
10
30
0,5



Таблица 11

Состав некоторых марок высоколегированных аустенитных и аустенитно – ферритных сталей и сплавов по ГОСТ 5632-72 (в ред. 1989г.), применяемых для изготовления сварных конструкций, %

Марка
C
Si
Mn
Cr
Ni
Прочие элементы
Основное применение

коррозионностойкая
жаростойкая
жаропрочная

Высоколегированные стали

08Х18Н10Т

12Х18Н10Т

08Х18Н12Т

10Х17Н13М2Т

08Х18Н12Б

10Х14Г14Н4Т

08Х22Н6Т

08Х21Н6М2Т

09Х17Н7Ю

09Х14Н19В2БР


08Х16Н13М2Б
≤ 0,08

≤ 0,12

≤ 0,08

≤ 0,10

≤ 0,08

≤ 0,10

≤ 0,08

≤ 0,08

≤ 0,09

0,07…

0,12

0,06…

0,12
≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,80

≤ 0,60


≤ 0,80
1,0…2,0

1,0…2,0

1,0…2,0

1,0…2,0

1,0…2,0

13,0…15,0

≤ 0,80

≤ 0,80

< 0,80

1,0…2,0


≤ 1,0
17,0…19,0

17,0…19,0

17,0…19,0

16,0…18,0

17,0…19,0

13,0…15,0

20,0…22,0

20,0…22,0

16,0…18,0

13,0…15,0


15,0…17,0
9,0…11,0

9,0…11,0

11,0…13,0

12,0…14,0

11,0…13,0

2,5…3,5

4,8…5,8

5,5…6,5

6,5…7,5

18,0…20,0


12,5…14,5
-

Ti=(%C-0,02)5≥0,7

Ti-(%Cx5)≥0,6

Mn-1,8...2,5; Ti=0,3...0,6

Nb=(%Cx8)≥1,20

Ti=(%C-0,02)5≥0,6

Ti=0,3...0,6

Ti=0,2...0,4; Mo1,8...2,5

Al=0,8...1,3

W=2,00...2,75;Nb=0,9...

1,3;B≤0,005;Ce≤0,020

Mo=2,0...2,5;Nb=0,9...1,3
+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+





+

Таблица 12

Механические свойства некоторых марок высоколегированных аустенитных и аустенитно – ферритных сталей и сплавов

Марка стали
Термообработка
σв, МПа

σт, МПа
δ, %

08Х18Н10


12Х18Н12Т

10Х17Н13М2Т

08Х18Н12Б

10Х14Г14Н4Т


08Х22Н6Т


08Х21Н6М2Т


09Х17Н7Ю


20Х23Н18


20Х25Н20С2

ХН78Т


ХН67МВТЮ
Закалка при 1050…11000С, охлаждение на воздухе, в масле или воде.

То же

То же

То же

Закалка при 1000…10800С, охлаждение на воздухе, в масле или воде.

Закалка при 950…10500С, охлаждение на воздухе.

Закалка при 1000…10500С, охлаждение на воздухе.

Закалка при 1030…10700С, охлаждение на воздухе. Первый отпуск при 740…760, повторный при 550…6000С, охлаждение на воздухе.

Закалка при 1050…11000С, охлаждение на воздухе, в масле или воде.

То же

Закалка при 980…10200С, охлаждение на воздухе, в масле или воде.

Закалка при 12000С, охлаждение на воздухе, старение при 8500С

15ч.

480

550

520

500


650


550


700


850


500

600


700


1000…

1100

200

200

220

180


250


350


450


700


200

300


-


550…

750

40

40

40

40


35


25


25


10


35

35


27,5


20…

30

Таблица13

Химический состав и механические свойства некоторых типовых марок алюминия и его сплавов

Схема легиро-

вания сплава
Марка сплава
Химический состав, % по массе
Механические свойства

Al
Cu
Mg
Mn
Si
Zn
Fe
Ti
другие элементы
прочие примеси, не более
σв, МПа

σ0,2, МПа
δ, %

Техниче-

ский алюминий
АД00

А0
99,7

99,0
-
-
-
-
-
-
-
-
0,3

1,0
58
1,53
49

35

Алюми-

ниево – марган-

цевый
АМц
Ос-

нова
0,2
0,05
1-1,6
0,6
0,1
0,7
0,2
-
0,1
13
5
23

Алюми-

ниево – магнии-

евый
АМг3


АМг5


АМг6
“


“


“
0,1


0,1


0,1
3,2...

3,8

4,8...

5,8

5,8...

6,8
0,3...

0,6

0,5...

0,8

0,5...0,8
0,5.

0,8

0,5


0,4
0,2


0,2


0,2
0,5


0,5


0,4
0,1...

0,02

0,10


0,02.

0,10
-


все

0,005

все

0,005
0,1


0,1


0,1
24


27


30
10


12


15
20


18


18



Продолжение таблицы 13

Схема легиро-

вания сплава
Марка сплава
Химический состав, % по массе
Механические свойства

Al
Cu
Mg
Mn
Si
Zn
Fe
Ti
другие элементы
прочие примеси, не более
σв, МПа

σ0,2, МПа
δ, %

Алюминие-

во – магние-

во-медный (дюраль)
Д1
“
3,8...

4,8
0,4...0,8
0,4...0,8
0,7
0,3
0,7
0,1
Ni 0,1
0,1
41
25
15

алюминии-

ево – кремнис-

тый
АК4
“
1,9...

2,5
1,4...1,8
0,2
0,5.1,2
0,3
0,8...1,3
0,1
Ni 0,8…

1,3
0,1
39…

43
32…

36
10

Алюминиево – магниево- цинковый
В95
“
1,4...

2,0
1,8...

2,8
0,2...0,6
0,5
5,0.7,0
0,5
-
Cr 0,5…

0,25
0,1
52
44
14



Таблица 14

Структура, состав и механические свойства промышленных титановых сплавов

Сплавы
Марка сплава
Средний химический состав, %
Механические свойства

σв, МПа

δ, %

α
ВТ1-00

ВТ1-1

ВТ5-1
Нелегированный титан

То же

4,3…6,0 Al;2,0…3,0 Sn
294...442

442...563

785...981
25

25

10

Псевдо – α - сплавы
ОТ4-0

ОТ4-1

ОТ4


ВТ-20


АТ3

ПТ-7М

ВТ4
0,2...1,4Al; 0,2...1,3 Mn

1,0...2,5Al; 0,7...2,0 Mn

3,5...5,0 Al; 0,8...2,0Mn

5,5...7,5 Al; 0,5...2,0 Mo;

0,8...1,8 V; 1,5...2,5 Zr

2,0...3,5Al; 0,2...0,5 Cr;

0,2...0,4 Si; 0,2...0,5 Fe

1,8...2,5Al; 2,0...3,0 Zr

5,0Al; 1,5Mn
490...637

588...735

686...785


932...1128


588...735

490...686

821...981
20

15

10


10


15

15

12

α + β
ВТ6С

ВТ6

ВТ9


ВТ14


ВТ16


ВТ22


ВТ23
5,0Al; 4,0V

6,0 Al; 4.5V

6,0...7,3 Al; 2,8...3,8Mo; 0,2...0,4Si

3,5...6,3 Al; 2,0...3,8 Mo; 0,9...1,9V

1,8...3,8Al; 4,5...5,5 Mo; 4,0...5,5V

2,3...3,6Al; 4,0...5,5Mo;

4,0...5,5 V;0,5...2,0 Cr;

0,5...1,5Fe

4,5Al; 2,0Mo; 4,5V; 0,6Fe; 1Cr
875...932

932..987

981...1180


883..1030


834..932


1079...1226


1370
10

7

10


10


8


8


5

β
4201
31...35 Mo
834…883
16

Псевдо – β -сплавы
ВТ15


ТС6
2,3...3,6Al; 6,8...8,0 Mo; 9,5...11,5Cr

3,0Al; 5,0Mo; 6,0V; 11,0Cr
1270…1470


1370…1470
3


4



3 ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ


Развитие и совершенствование технологических процессов сварки, а также разработка сварочной техники и оборудования неразрывно связано с конечной целью, созданием рациональных сварных конструкций. Сварные конструкции должны отвечать ряду требований, из которых наиболее важным является технологичность.

Технологичность конструкции – это совокупность свойств изделия, определяющих приспособленность его конструкции к достижению оптимальных затрат ресурсов при производстве и эксплуатации для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Технологичность оценивается следующими показателями: материалоемкостью, энергоемкостью, длительностью производственного цикла и себестоимостью изделия.

Технологичность повышается при снижении металлоемкости, правильно выбранный материал, должен иметь хорошие технологические свойства, штампуемость, свариваемость, иметь высокие эксплуатационные характеристики. При изготовлении сварных конструкций следует учитывать, что примерно 70 % стоимости сварных конструкций составляет стоимость стали, являющейся дефицитным материалом. Один из путей снижения металлоемкости – широкое применение материалов с повышенной удельной прочностью. Для того, чтобы снизить массу изделия, можно, например, стальные детали заменить на алюминиевые или узлы из тяжелых углеродистых сталей выполнять из более легких низколегированных высокопрочных сталей, не склонных к хрупким разрушениям.

Технологичность сварной конструкции обеспечивается выбором рациональной схемы конструкции, ее материалом. При этом не следует забывать, что расчленение конструкции на отдельные узлы, секции, блоки обеспечивает заданную прочность при минимальных затратах металла.

Важным вопросом в деле улучшения качества, условий труда и снижения стоимости сварных конструкций являются механизация и автоматизация процессов заводского изготовления и индустриализации способов их возведения. Удачное решение этих вопросов часто позволяет поднять производство сварных конструкций на новую, более прогрессивную ступень развития.

Пооперационное изготовление сварных изделий позволяет в широких пределах использовать сборочные приспособления с максимальным уровнем механизации и автоматизации, а также выбрать самые прогрессивные способы сварки, учитывая тип соединения, объем производства, расход электроэнергии, производительность процесса.

Упрощение геометрических форм конструкции способствует уменьшению количества и суммарной длины швов, увеличению средней протяженности одного шва, уменьшению массы наплавленного металла, что увеличивает производительность труда, особенно при механизированных способах сварки. В этом случае форма деталей и узлов должна обеспечивать сварку швов прямолинейно в одной плоскости, при наличии однокалиберных швов, что не требует переналадки режимов сварки. Сварочные работы составляют 8-15% от общей стоимости конструкции.

Трудоемкость снижается от уменьшения числа деталей и узлов, так как уменьшается объем сварочных работ. Узел считается более технологичным, если возможно его испытание до общей сборки изделия, так как снижаются затраты труда, связанные с его установкой и снятием в случае неисправности.

На технологичность влияет тип и объем производства. Технологичность должна быть выше в массовом производстве, она снижается по мере перехода от серийного к единичному производству. Это объясняется тем, что в условиях массового производства большие затраты окупаются в установленные сроки, а в единичном – срок окупаемости превышает нормативный, что невыгодно в экономическом отношении.

Общим показателем и наилучшим критерием технологичности сварных конструкций является себестоимость и рентабельность, так как они характеризуют конструкцию в экономическом отношении.

Металлические сварные конструкции являются наиболее технологичными по сравнению с аналогичными литыми, клёпаными и другими конструкциями. Сварные отличаются от клёпаных меньшей массой, более низкой стоимостью, лучшим качеством швов и лучшими условиями выполнения работ (бесшумностью).

Снижение массы достигается за счет полного использования рабочих сечений элементов и меньшей массой наплавленного металла (в среднем 2% от массы изделия против 3-4% от массы заклёпок).

Стоимость конструкции снижается за счет снижения массы металла и трудоемкости. Общая трудоемкость изготовления сварных конструкций на 15-20% меньше, чем клёпаных. Сварные конструкции обладают меньшей массой по сравнению со стальными отливками на 30% и чугунными на 50-60%. Это объяснятся не только более высокой прочностью проката, но и большими припусками на механическую обработку. Таким образом, учитывая все показатели технологичности, в пояснительной записке необходимо дать подробный анализ изделия или узла, на которое разрабатывается технологический процесс в курсовой и (дипломной) работе.


ЛИТЕРАТУРА


Основная литература
  1. ГОСТ 380 – 94 – Стали углеродистые обыкновенного качества. Химический состав и механические свойства.
  2. ГОСТ 19281 – 89 – Низколегированные стали. Химический состав и механические свойства.
  3. ГОСТ 1050 – 88 – Углеродистые качественные стали. Химсостав и механические свойства.
  4. ГОСТ - 4543 – 88 – Легированные машиностроительные стали. Химсостав и механические свойства.
  5. Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина, - 1989г.
  6. Н.А. Николаева «Определение технологической свариваемости конструкционных материалов». Методические указания, - 2003г.
  7. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. Под ред. Д.т.н. проф. А.И. Акулова, - 2003г.
  8. ГОСТ 5632-72 – Стали высоколегированные и сплавы коррозионостойкие и жаропрочные.
  9. ГОСТ 4784 – 74 – Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые.
  10. ЕСТПП. Технологичность конструкций изделий. ГОСТ 14.205-83.
  11. ЕСТПП. Технологичность конструкций изделий. ГОСТ 14.201-83.

Дополнительная литература
  1. Амиров Ю.Д. Технологичность конструкции изделия. М., Машиностроение, 1990.
  2. Куркин С.А. Технология изготовления сварных конструкций. Атлас чертежей.