Магистерский диплом на тему Сварка разнородных металлов ХН32Т и 50Х25Н35С2Б

Содержание:

Введение 4
1. Обзор литературы 6
2. Объект и методы исследования 16
3.Расчет и аналитика 18
3.1 Инженерный расчет 18
3.1.1 Свариваемость сталей 18
3.1.2 Характеристика сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б 19
3.1.3 Сравнительный анализ двух видов сварки РД и РАД 20
3.1.4 Расчет режимов сварки 38
3.2 Технологический раздел 39
3.2.1 Разработка технологической карты сварки разнородных сталей 41
3.2.2 Выбор сварочных материалов 44
3.2.3 Выбор сварочного оборудования 46
4. Контроль качества сварного соединения 52
4.1 Сравнительная характеристика неразрушающих методов контроля 52
4.2 Механические испытания сварного соединения 55
5. Научно-исследовательский раздел 57
5.1. Особенности сварки сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б 57
5.2 Микроструктура сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б 59
5.3 Причины разрушения сварного соединения сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б 59
5.3.1 Результаты фрактографического анализа сварного соединения 61
5.3.2 Результаты металлографического анализа сварного соединения 65
5.3.3 Результаты специального фрактографического анализа сварного соединения 69
5.3.4 Результаты специального металлографического исследования сварного соединения 74
5.3.5 Выводы по результатам исследований сварного соединения. 80
Заключение. 81
Список использованных источников 83
Приложение А. Сертификат качества стали ХН32Т. 85
Приложение Б. Сертификат качества стали 50Х25Н35С2Б 87
Приложение В. Сертификат качества присадочной проволоки 88
Приложение Г. Сертификат качества покрытых электродов 89
Приложение Д. Фотоотчет проведения эксперимента по сварке разнородных сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б 90

Введение:

Современное машиностроение неразрывно связано с применением сварки сталей и сплавов, а также изготовлением конструкций, к сварным соединениям которых предъявляются требования повышенной прочности, пластичности и коррозионной стойкости.
В современных конструкциях широко применяют стали разных структурных классов (конструкционные, аустенитные). В большинстве случаев, отдельные узлы конструкций изготавливают сварными из разнородных сталей с использованием легированной стали, лишь в наиболее напряженных участках или участках, подверженных действию высоких температур, коррозионных или абразивных сред. Такое решение обеспечивает наиболее полное использование материала в конструкции, приводит к резкому снижению расхода легированных сталей и дает большой экономический эффект. В конструкциях часто используют сварные соединения сталей одного структурного класса разного легирования или разных структурных классов. Наибольшее распространение получили соединения перлитных сталей с аустенитными хромоникелевыми и мартенситно-ферритными высокохромистыми сталями.
Разнородные металлы и сплавы отличаются физическими, механическими и физико-химическими свойствами, что обуславливается сложностью сварки таких соединений и взаимодействие металлов между собой, так и их взаимодействие с вновь образующимися фазами. Многие сварные соединения разнородных металлов или сплавов различаются температурой плавления, плотностью, коэффициентами теплофизических свойств: коэффициентами линейного расширения, кристаллографическими характеристиками — типом решетки и ее параметрами.
В работе мы рассматриваем сварку разнородных сталей одного структурного класса (аустенитного) сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б с помощью ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Рассмотрим особенности сварки данных сталей и их микроструктуру, проведем анализ основных причин разрушения сварного соединения сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б.

Заключение:

В работе мы рассмотрели сварку разнородных сталей одного структурного класса (аустенитного) сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б с помощью ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Рассмотрели особенности сварки данных сталей и их микроструктуру, провели анализ основных причин разрушения сварного соединения сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б.
Провели эксперимент сварки разнородных сталей двумя способами сварки РАД (ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом в среде аргона) и РД (ручной дуговой сваркой покрытыми электродами). В результате проведенного эксперимента по исследованию микроструктур ЗТВ, основного металла и металла сварного шва мы делаем вывод, что сварку сталей ХН32Т и 50Х25Н35С2Б лучше производить РАД сваркой с вертикальном положении (образец №3).
Анализом химического состава материала труб коллектора, патрубков, электродов установлено, что химический состав всех материалов соответствует требованиям, указанным в документации.
Исходя из данных современной металловедческой литературы, выделение дисперсных фаз интерметаллидных соединений, резко охрупчивает сплавы, снижает их жаропрочность и стабильность. Это положение подтверждается данными, полученными в результате фрактографического анализа.
Использование светового и электронного сканирующего микроскопов для фрактографического анализа позволило показать, что хрупкие трещины развивались по границам между сеткой карбидной эвтектики и зернами γ-твердого раствора, то есть по зоне максимального охрупчивания.
Таким образом, сплавы, подобные тому, который был использован для патрубков 89х5 (50Х25Н35С2Б) при сварке в зоне действия высоких температур (1000 °С и выше) частично дестабилизируются, и часть атомов хрома, кремния и других элементов переходит в твердый раствор.
В данном конкретном случае, причиной такого повышения напряжений (термических), оказалось быстрое охлаждение труб. Трубы охлаждались со скоростью примерно 1300 °С/час или 22 °С/минуту, что приблизительно в 35-40 раз быстрее штатной скорости охлаждения, которая составляет 35-40 °С/час.

Фрагмент текста работы:

1. Обзор литературы

Существует большое количество работ посвящённых сварке разнородных сталей и сплавов.
Рассмотрим некоторые из этих работ.
Г.А. Николаев [1] в своей работе посвящает сварке разнородных металлов и сплавов целую главу. Раскрывая в ней сварку разнородных сталей одного и разных структурных классов, сварку разнородных металлов и сплавов, особенности сварки. Освещает особенности сварки сталей с цветными металлами и их сплавами. Выбор сварочных материалов и способа сварки различных разнородных соединений.
В книге автор делит сварные соединения разнородных металлов на три типа, исходя из условий работы сварного соединения. И к каждому типу подбирает сварочные материалы, технологию сварки и оценивает эксплуатационную надежность сварного шва.
При сварке разнородных сталей автор книги кроме общих положений свариваемости учитывает дополнительные факторы, которые определяют выбор сварочных материалов, способы, режим сварки и работоспособность изделия такие как:
1) неоднородность состава металла шва за счет проплавления при сварке основного металла другого легирования, чем наплавленный металл;
2) возникновение в зоне сварного шва и зоне термического влияния малопрочных и хрупких прослоек переменного состава;
3) наличие остаточных напряжений в сварном шве разного структурного класса, которые не могут быть сняты термической обработкой.
И отмечает, что указанные факторы обусловливают развитую химическую, структурную и механическую неоднородность разнородных сварных соединений.
В книге автор оценивает различные свойства сварных соединений разнородных металлов.
Автор заостряет внимание на том, что при сварке соединений из перлитных, мартенситных и ферритных сталей с аустенитными сталями и сплавами на никелевой основе в большей степени используют аустенитные сварочные материалы. Перлитные материалы для этой цели не применяют из-за неизбежности получения при проплавлении аустенитного основного металла хрупких слоев шва, имеющих структуру мартенсита, который обладает высокой хрупкостью и в таких соединениях образуются трещины.
Автор книги утверждает, что термическая обработка не снижает остаточных напряжений соединений из перлитных, мартенситных и ферритных сталей с аустенитными сталями и сплавами на никелевой основе, поэтому в соединениях из незакаливающейся при сварке перлитной стали, например низкоуглеродистой с аустенитной, ее можно не проводить. Если используют закаливающуюся при сварке перлитную или мартенситную сталь, то в жестких соединениях из разнородных сталей ее можно вводить по условию снятия закалки в околошовной зоне этих сталей. Вместо отпуска всего соединения узла можно проводить облицовку кромок со стороны закаливающейся стали аустенитными электродами и отпуск лишь облицованной детали. В этом случае термическая обработка всего соединения не требуется.
При термической обработке рассматриваемых сварных соединений автор указывает на возможность коробления конструкции в результате перераспределения поля остаточных напряжений. Коробление возникает в наибольшей степени при несимметричном расположении швов в конструкции. При симметричном расположении швов коробление минимально и его можно не учитывать.

В работе [2] детально рассмотрены различные типы комбинированных сварных конструкций из разнородных сталей, применяемых в общем машиностроении, энергетических установках, химических аппаратах и нефтеперерабатывающем оборудовании.