2.5. Полученные результаты расчета используют на всех последующих этапах проектирования технологии (при выборе и обосновании способа сварки, сварочных материалов; при выборе параметров режима сварки, техники её выполнения и т.д.). Результаты оценки склонности сварных соединений к образованию холодных трещин могут быть обоснованием для включения дополнительных операций (предварительного подогрева; последующей термической обработки и др.).

3. Расчет температуры предварительного подогрева

По параметрическим уравнениям для расчетной оценки склонности легированной стали к холодным трещинам при сварке рассчитывают температуру предварительного подогрева. Из уравнения Ито-Бессио эта температура (То) равна

To=1440Pω-392, °С.	(П.1.9)
По Д.Сефериану
To=350√[C]-0,25, °С.	(П.1.10)

Приняв показатель Бокэ Ps =-0,5, рассчитывают требуемую скорость охлаждения металла при 300°С (ω300), при которой холодные трещины не образуются. При известных параметрах режима сварки из уравнений акад. Н.Н. Рыкалина для мгновенных скоростей охлаждения (при 300°С) определяют температуру предварительного подогрева.

4. Пример расчета

Исходные данные:

Химический состав стали: углерода 0,24%; кремния 0,99%; марганца 0,83%; хрома 0,93%; никеля 0,17%; серы 0,019%; фосфора

0,025%.

Толщина свариваемых листов 10 мм.

Сварка под флюсом, односторонняя, однопроходная. Расчетная погонная энергия сварки 39 кДж/см.

Показатель Уилкинсона

HCS=[0,24(0,019+0,025+0,99/25+0,17/100)1000]/[3·0,83+0,93]=5,98.

HSC>4,0, cледовательно, сталь склонна к горячим трещинам. Для предупреждения появления горячих трещин в металле шва необходимо использовать сварочные проволоки с меньшим содержанием углерода и кремния (условия эксплуатации не требуют химического состава металла шва аналогичного основному). Желательно дополнительное легирование металла шва марганцем, хромом, ванадием, молибденом. Для снижения доли участия основного металла целесообразно выпол-

30

нять сварку соединения с разделкой кромок (или с гарантированным зазором).

Расчет параметра трещинообразования Ито-Бессио

Pсм=0,24+0,99/30+(0,83+0,93)/20+0,17/60=0,364.

Допуская, что на предприятии возможны нарушения технологической дисциплины, принимаем Hмис=25 мл/100г. Параметр Ито-Бессио равен

Pω=0,364+(0,64·25-0,93)/60-69·10/(40·104)=0,455.

Pω>0,286 , следовательно, при сварке рассматриваемой стали при принятых условиях вероятно появление холодных трещин.

Учитывая, что сталь склонна к горячим и холодным трещинам, принимаем решение о предварительном подогреве.

Расчет температуры предварительного подогрева. По уравнению Д.Сефериана температура равна

([C]=0,445(1+0,005 10)=0,467%): To=350√0,467-0,25=163°С.

Из уравнения Ито-Бессио

To=1440·0,455-392=263°С.

Эти результаты расчета не позволяют однозначно назначить температуру предварительного подогрева. В таких случаях целесообразно выполнить расчет по другим методикам. Например, принимаем показатель Бокэ Ps = -0,5. Тогда (см. уравнение (1.8))

lg(ω300/ωk)= -0,5-(0,64·25-0,93)/10-0,132= -2,232, lg(ω300/ωk)=0,00586.

По уравнению (1. 8а) lg(ωk)=3,0-(4,62·0,24+1,05·0,83+0,54·0,17+0,5·0,93)=0,4692,

ωk =2,9 град/с.

Холодные трещины в сварном соединении не появятся, если скорость охлаждения при 300°С будет не более

ω300≤2,9·0,00586=0,017, град/с.

Из уравнения мгновенной скорости и охлаждения (сварка однопроходная)

ω300≤0,17=2πλсηδ2[(300-To)3/(q/V)2], град/с,

31

рассчитываем температуру предварительного подогрева To = 177°С (при λ=0,42 Вт/см град; сη=5,25 Дж/см3 град; δ =1см; q/V =39кДж/см).

Анализ полученных результатов (163°С; 263°С; 177°С) позволяет на этом этапе назначить температуру предварительного подогрева 175°С. (На практике эту температуру назначают по ряду, кратному 25°: 25°; 50°; 75 °; 100; 125°; 150°; 175°; 200°; 225°C и т.д.).

Таким образом, результаты расчетной оценки позволяют утверждать , что при односторонней однопроходной сварке под флюсом стали рассматриваемого химического состава толщиной 10 мм вероятно появление горячих и холодных трещин. Для предупреждения их образования возможно использование предварительного подогрева свариваемых деталей до 175°С.

Приложение составлено по данным работ, содержащих наиболее полные сведения о разработанных расчетных способах оценки стойкости сталей против образования трещин при сварке:

1.Гривняк И. Свариваемость сталей. М.: Машиностроение, 1984.

216 с.

2.Сварка и свариваемые материалы: В 3 т. T.I. Свариваемость материалов. Справ.изд. / Под ред. Э.Л. Макарова М.: Металлургия, 1991. 528 с.

32