2.1.3 Анализ характера конструкции изделия и выбор неразъемных соединений
При анализе на технологичность конструкции с неразъемными соединениями следует рассмотреть следующие основные вопросы, такие как количество входящих в узел деталей и технологических разъемов для выполнения неразъемных соединений; использование листового, сортового и фасонного проката; наличие и характер концентраторов напряжений в изделии и др.
Общие принципы создания технологичных конструкций требуют экономически рационального уменьшения количества входящих в изделие деталей с целью уменьшения количества неразъемных соединений, что при модернизации сварной конструкции требует изменения конструкции и, во многих случаях, технологии изготовления комплектующих деталей.
Данная конструкция состоит из листов. Листы можно использовать из проката, которые по механическим свойствам удовлетворяют требуемым.
Основные конструктивные размеры сварного соединения представлены, соответственно на рисунках
Рис. 2.3.1 - Геометрические размеры сварных швов
2.1.4. Оценка свариваемости материала
Рассматриваемая низкоуглеродистая сталь ВСт3сп обладает хорошей свариваемостью. Технология её сварки должна обеспечивать определённый комплекс требований, одним из которых являются отсутствие дефектов в сварном шве. Равнопрочность сварного соединения стремятся получить наиболее близкую с основным металлом. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. При сварке ответственных конструкций швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым.
Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. Во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надёжности и долговечности конструкции.
В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется за счёт увеличения скорости его остывания и легирования металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием. Необходимое количество легирующих элементов в металле шва обеспечивается также путём их перехода из основного металла. Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности, при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость, однако критическая температура перехода в хрупкое состояние практически не изменяется.
Скорость остывания металла шва определяется толщиной свариваемого металла, режимом сварки и начальной температурой изделия. Изменение механических свойств металла шва связано не только со скоростью остывания, но и с пластической деформацией, возникающей в нём под действием сварочных напряжений и вызывающей заметное повышение предела текучести, но также и с изменением количества и строения перлитной фазы и зависит от свойств основного металла в околошовной зоне. При сварке стали 20 на участке неполного расплавления, металл нагревается в интервале температур между линиями солидуса и ликвидуса, что приводит к частичному расплавлению (оплавлению) зёрен металла. Пространство между нерасплавившимися зёрнами заполняется жидкими прослойками расплавленного металла, который может содержать элементы, вводимые в металл сварочной ванны. Это может привести к тому, что состав металла на этом участке будет отличаться от состава основного металла. Увеличению химической неоднородности на этом участке способствует слоистая ликвация, а также диффузия элементов, которая может происходить как из основного нерасплавленного металла, так и наоборот.
В низкоуглеродистых сталях сварные швы, полученные всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Однако при сварке низкоуглеродистых сталей, содержащих углерод по верхнему пределу (свыше 0,20%), угловых швов и первого корневого шва в многослойных швах, особенно с повышенным зазором, возможно образование в металле шва кристаллизационных трещин, что связано в основном с неблагоприятной формой провара.
Основной причиной возникновения пор при сварке стали являются водород, азот и окись углерода. Это обусловленно резким снижением их растворимости в процессе затвердевания металла сварочной ваннм. Более низкая растворимость водорода и азота в твердом металле по сравнению с растворимостью их в жидком металле ведет к обогащению расплава этими газами, что способствует зарождению газовых пузырьков на поверхности раздела жидкого и тверного металлов. Поры от окиси углерда возникают при недостаточной раскисленности металла сварочной ванны Уменьшить растворение водорода в металле сварочной ванны можно ограничением доступа водорода и водяного пара в зону сварки; снижением парциального давления водорода и водяного пара в атмосфере дуги за счет разбавления его другими газами; снижением растворимости водорода в жидком металле вследствии окисления или легирования последнего. Основным способом ограничения поступления водорода и водяного пара в зону сварки является очистка свариваемых кромок от ржавчины, влаги, масла, краски и других водородсодержащих веществ. Избежать пористость от азота можно путем ограничения растворимости азота в жидком электродном металле и металической ванны до величины, меньших растворимости азотав твердом металле; повышения растворимости азотв в твердом металле; связывания азота в металле шва в стойкие нитриды. Растворение азота в металле ограничивают применением газовой или шлаковой защиты зоны сварки от доступа воздуха.