Расчет углеродного эквивалента стали 09г2с

Оценка свариваемости сталей. Формулы углеродного эквивалента

Оценка свариваемости сталей включает в себя такие показатели, как:

1. Склонность стали к образованию холодных и горячих трещин при сварке в металле сварного шва или зоне термического влияния.

2. Склонность к образованию закалочных структур и изменению структуры металла в зоне термического влияния. В этой области происходит сильное укрупнение зёрен, и, как следствие, снижение прочности.

3. Физико-механические характеристики сварного соединения

4. Соответствие специальных показателей сварного соединения (таких как жаропрочность, износостойкость и др.) заданным требованиям.

Формулы углеродного эквивалента сталей и других параметрических выражений для оценки свариваемости

Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент сталей (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, т.к. влияние легирующих элементов на свариваемость стали очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к образованию холодных трещин при сварке, применяют следующие формулы расчёта углеродного эквивалента:

Сэкв=С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, % — данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте

Сэкв=С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4, % — эта формула для определения углеродного эквивалента стали в стандартах Японии

Cэкв=C+Mn/20+Ni/15+(Cr+Mo+V)/10, % — такая формула углеродного эквивалента предлагается Британским институтом сварки

Однако, как оказалось на практике, для микролегированных сталей с пониженным содержанием углерода эти уравнения не могут охарактеризовать снижение прочности из-за роста зёрен. Немцем Дюреном была выведена формула углеродного эквивалента микролегированных сталей, которая достаточно точно характеризует их склонность к образованию холодных трещин:

Значение углеродного эквивалента позволяет определить, к какой группе свариваемости сталей относится та, или иная марка, кроме того, это значение понядобится, чтобы определить температуру предварительного подогрева при сварке металлов. Определяется она по формуле:

где С — общий эквивалент углерода, который можно вычислить следующим образом:

Сэкв — химический эквивалент углерода, вычисляется по формулам, приведённым выше;
Сs — эквивалент углерода, в зависимости от толщины листа, в мм. Вычисляется по формуле:

В итоге, получаем: С=Сэкв*(1+0,005*S)

Кроме углеродного эквивалента для определения и оценки свариваемости сталей существуют несколько параметрических формул, из которых наибольшую популярность получила формула Ито-Бессио:

Где К — коэффициент интенсивности жёсткости, который Ито и Бессио применяли при расчётах на основании данных, которые они получили при оценке свариваемости сталей с У-образной разделкой кромок.

К=Ко*S, где Ко — константа, равная 69; S — толщина листа, мм. Исследования, проведённые позже, показали, что константу Ко=69 можно применять для приблизительных определений величины К в случае, когда свариваются листы большой толщины, до 150 мм включительно.

Рсм — коэффициент, характеризующий снижение прочности вследствие структурного преобразования сплава;
Н — количество растворённого водорода в металле, образующего сварной шов, измеряется в мл/100г. В Японских стандартах величина Н=0,64, в Европейских Н=0,93.

Многочисленные измерения показали, что при Рw>0,286, то возникает риск возникновения холодных трещин в сварном соединении.

Если речь идёт об опасности образования горячих трещин в металле сварного шва, то оценить свариваемость стали по этому критерию можно при помощи показателя HCS, вычисляемого по формуле:

Если получившаяся величина HCS>4, то возникает риск образования горячих трещин. Однако, если выполняется сварка высокопрочных сталей большой толщины, то риск возникновения данного дефекта сварного шва возникает уже при показателе HCS>1,6…2.

Основной способ оценки теоретической свариваемости сталей

На практике одним из основных и, зачастую, трудноопределимым дефектом сварного шва являются холодные трещины. Поэтому, наиболее популярной оценкой свариваемости стали, является определение углеродного эквивалента Сэкв по вышеуказанным формулам.

Исходя из получившейся величины, можно условно разделить стали на 4 группы свариваемости:

Сэкв не более 0,2 — свариваемость стали хорошая;
Сэкв свыше 0,2 и не более 0,35 — свариваемость стали удовлетворительная;
Сэкв свыше 0,35 и не более 0,45 — сталь ограниченно свариваемая;
Сэкв свыше 0,45 — свариваемость стали плохая (трудносвариваемая).

Об этом мы более подробно поговорим на странице: «Классификация сталей по свариваемости».

Источник

1.2 Свойства основных материалов.

Основным материалом является сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89.

Классификация: сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций.

Использование в промышленности: Прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы, чем при использовании других сталей. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей.

Механические свойства химический состав стали 09Г2С ГОСТ 19281-89.

Химический состав в % стали 09Г2С ГОСТ 19281-89.

Механические свойства при Т=20̊ С ГОСТ 19281-89.

Относительное удлинение при разрыве, %

Оценка свариваемости стали 09Г2С.

Свариваемость основного металла по его влиянию на состав и свойства металла шва, а также по его сопротивляемости образованию холодных трещин можно приближенно оценить, исходя из химического состава основного металла низколегированной стали, на ее сопротивляемость образования трещин при сварке принято выражать посредством эквивалента углерода .

Эквивалент углерода высчитывается по формуле [1]:

Согласно химическому составу стали 09Г2С (таблица 1) эквивалент углерода равен:

Так как 0,25 то сталь 09Г2С является хорошо свариваемой.

1.3 Технические условия изготовления изделия.

Металлоконструкции грузоподъемных кранов должны изготовляться в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (Г1Б-10-14-92) и конструкторско-технологической документацией, разработанной и утвержденной в установленном порядке.

Элементы металлоконструкций кранов должны быть изготовлены из сталей, марки и категории которых должны соответствовать РД 24.090.97- 98.

Соответствие применяемых марок сталей требованиям стандартов или технических условий должно подтверждаться сертификатами заводов- изготовителей.

Прокат из конструкционных сталей, используемый для изготовления сварных металлоконструкций кранов, при поступлении па склад должен быть подвергнут входному контролю.

Перед подачей в производство металлопрокат должен быть очищен от загрязнений, просушен и выправлен.

Вырезка заготовок элементов металлоконструкций из проката допускается любым промышленным способом резки, в соответствии с конструкторской документацией.

Поверхность реза несущих и вспомогательных элементов металлоконструкций, подлежащих сварке, после термической резки должна быть очищена от грата, шлака и брызг.

Сборка и подготовка металлоконструкций к сварке.

Сборка стальных конструкций при изготовлении должна производиться на стендах или в условиях, исключающих возможность смещения свариваемых кромок и деформации собираемых сборочных единиц и конструкций.

В металлоконструкциях коробчатого сечения стыки поясов должны быть смещены относительно стыков стенок не менее, чем на 150 мм, а при наличии диафрагм, стыки поясов и стенок должны отстоять от нее на расстоянии не меньше, чем 50 мм.

Для выполнения стыковых сварных соединений должны быть предусмотрены выводные технологические планки. Размеры выводных планок должны быть:

— толщина, равная толщине свариваемых элементов.

Допускается смещение свариваемых кромок элементов в плоскости перпендикулярной оси шва в стыковых соединениях, не более:

— для элементов толщиной до 4,0 мм включительно — 0,5 мм;

— для элементов толщиной свыше 4,0 до 10 мм включительно — 1,0 мм;

— для элементов толщиной свыше 10,0 мм — 0,1S мм, (S — толщина

элемента), но не более 3 мм.

Длина прихваток на несущих элементах (сборочных единицах) металлоконструкции должна быть не менее 30 мм. Размер прихваток по высоте выполнять не менее 0,75К (К — катет шва или толщина элементов свариваемых встык).

Прихватки при сборке перед сваркой, накладываемые на расчетные элементы металлоконструкций должны выполнять сварщики, имеющие удостоверение на право производства указанных работ.

Сварку металлоконструкций при изготовлении необходимо производить в соответствии с требованиями технологического процесса, устанавливающего способ сварки, порядок положения швов, режимы сварки.

Перед сваркой необходимо очистить сварочную проволоку от грязи и ржавчины. Электроды и флюс просушить и прокалить по режимам, указанным в паспортах на эти материалы.

К выполнению работ по сварке несущих металлоконструкций должны допускаться только сварщики, аттестованные в соответствии с требованиями. С правилами аттестации си специалистов сварочного производства знакомят через ПБ 03-273-99.

Сварщик обязан проставлять присвоенный ему номер или условный знак (клеймо) рядом с выполненным им швом. Место клеймения и способ нанесения указываются в конструкторской документации.

Сварка деталей или сборочных единиц должна производиться только после проверки правильности их установки, сборки (контроль ОГК, БТК).

При многослойной сварке каждый слой шва должен быть перед наложением последующего слоя очищен от шлака и брызг металла. Участки слоев шва с порами и недопустимыми дефектами (раковинами и трещинами) должны быть вырублены до чистого металла. Перед наложением шва с обратной стороны стыкового соединения при ручной подварке и двухсторонней сварке корень шва должен быть вырублен (или выплавлен) и очищен от шлака до чистого металла. Не разрешается зажигать дугу на основном металле вне границ шва, а также выводить кратер на основной металл. При перерыве процесса сварки, возобновлять его разрешается только после очистки концевого участка шва длиной не менее 50 мм и кратера от шлака. Кратер должен быть заплавлен (заварен). По окончании сварки швы и прилегающие к ним зоны, должны быть зачищены от шлака, брызг и натеков металла, а выводные планки удалены термической резкой. Ширина зоны очистки устанавливается технологическим процессом, но не менее 20 мм по обе стороны от оси шва.

Контроль качества сварных соединений:

— внешним осмотром и замерами швов;

— другими методами неразрушающего контроля, обеспечивающими выявляемость дефектов в объемах и по размерам, согласованными с головной организацией по краностроению;

Заключение о качестве сварных соединений при изготовлении, ремонте и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов выдает подразделение неразрушающего контроля предприятия-изготовителя или независимая лаборатория неразрушающего контроля, аттестованные и имеющие соответствующие лицензии Ростехнадзора России.

Вчычнешнему осмотру должны подвергаться 100% сварных

соединений. Форма и размеры сварных швов должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов, чертежам.

Недопустимыми дефектами сварных соединений и швов, выявленными внешним осмотром являются:

— трещины всех размеров и направлений;

— местные наплывы общей длиной более 10 мм на участке шва 1000 мм;

— подрезы глубиной более 0,5 мм при толщине наиболее тонкого из свариваемых элементов до 20 мм включительно;

— подрезы глубиной более 3% толщины наиболее тонкого из свариваемых элементов, при его толщине свыше 20 мм;

— поры в количестве более 4 штук на длине шва 100 мм, при этом максимальный размер пор не должен быть более 1,0 мм, при толщине свариваемых элементов до 8,0 мм включительно, и более 1,5 мм при толщине свариваемых элементов свыше 8,0 мм до 50,0 м включительно;

— скопление пор в количестве более 5 штук на 1 см 2 площади шва, при этом максимальный размер любой из пор не должен быть более 1 мм;

В стыковых сварных соединениях разность высот гребешка и впадины поверхности шва в любом сечении по его длине не должна быть более допуска на выпуклость шва. Частота чередования гребешков и впадин на единицу длины шва не регламентируется.

В угловых швах разность высот гребешка и впадины, замеренных по толщине шва, в любом месте его длины, не должна быть более 0,7Е (Е — допуск на катет углового шва). Частота гребешков и впадин на единицу углового шва не регламентируется.

Контроль радиографический выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 7512, РД РОСЭК-002-96. «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (ПБ-10-14-94)

Радиографическому методу контроля должны подвергаться стыковые сварные соединения несущих (расчетных) элементов

радиографический метод контроля применяется с целью выявления внутренних дефектов сварного соединения (шва), при этом:

— за размеры внутренних дефектов принимаются размеры их изображения на радиограммах;

— за размер непроваров и трещин принимается их длина;

— за размер пор, шлаковых включений: для сферических пор и включений — их длина, для удлиненных пор и включений — их длина и ширина.

Радиографический контроль стыковых сварных соединений несущих (расчетных) элементов металлоконструкций проводится только после устранения дефектов, выполненных внешним осмотром, при этом:

— обязательному контролю подвергаются начало и окончание сварных швов стыковых соединений поясов и стенок металлоконструкций коробчатого сечения;

— на каждом стыке растянутого пояса коробчатой или решетчатой металлоконструкции суммарная длина радиограмм должна быть не менее 50% длины стыка;

— на стыках сжатых поясов или сжатых участках стенок суммарная длина радиограмм должна быть не менее 25% длины стыка или сжатого участка

— на каждом стыке конструкций стрел, хоботов и реечных коробок портальных кранов суммарная длина радиограмм должна быть не менее 75% длины стыка.

недопустимыми дефектами сварных швов, выявляемыми при радиографическом методе контроля

— дефекты (поры и шлаковые включения) размером или суммарной длиной больше допустимых;

— скопление пор и шлаковых включений более 5 штук на 1 см 2 площади шва (проекция шва на радиограмме), при этом максимальный размер любой из пор или любого шлакового включения не должна быть более 1,5 мм.

Ультразвуковой контроль выполняется в соответствии с требованиями «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов», ГОСТ 14782, ГОСТ 20415, РД РОСЭК-001096.

Ультразвуковой контроль стыковых сварных соединений несущих (расчётных) элементов металлоконструкций проводится только после устранения дефектов, выявленных внешним осмотром;

Недопустимыми эффектами сварных стыковых соединений при УЗК являются:

— трещины и непровары (как трещиноподобные) любой протяжённости;

— поры, шлаковые включения или их скопления, характеристики которых или их количество превышают нормы.

Контроль качества механическими испытаниями.

Механическими испытаниями должны проверяться сварные соединения в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов Ростехнадзора России, а также конструкторско-технологической ремонтной документацией, установленной в утверждённом порядке, и данными РД.

Источник