V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Исходя из оценки химического состава и свариваемости материала по эквиваленту углерода сталь марки 30ХГСН2А относится к мартенситному классу, для которой необходим подогрев заготовок под сварку и практически отпуск сразу же после сварки. 

Анализ практического использования ручной дуговой сварки электродами НИАТ-5 показывает, что использование подогрева до 250 °С в течении 1 ч и отжига сразу же после сварки при 250 °С в течении 3 ч позволило получать сварные соединения толщиной 15 мм из стали 30 ХГСН2А из закалённых элементов с удовлетворительными свойствами. При статических испытаниях предел прочности сварного шва при растяжении составил σ_в = от 750 до 900 МПа, предел прочности при изгибе σ_и = от 1490 до 1570 МПа; при повторно статических испытаниях  число циклов до разрушения составило N_ц = от 5∙10⁵ до 17∙10⁵. Во всех случаях разрушение происходило по сварному шву, а не в ЗТВ с повышенной твёрдостью, что  вполне удовлетворяло требованиям, предъявляемым к высоконагруженной конструкции.

Исследованиями [1] сварки погружённым вольфрамовым электродом (СПВЭ) стали 30ХГСН2А на установке ГСПД-1 в среде гелия было установлена возможность сварки за один проход толщин заготовок без разделки кромок до 50 мм с получением качественного шва. Термообработка исключала предварительный и сопутствующий подогрев. Через 30 мин после сварки образцы подвергались отжигу при температуре 630±10 °С в течении 2,5 ...3 ч.Окончательная термообработка заключалась в изотермической закалке с последующим отпуском. Исследованные механические свойства исходного материала и сварных швов после термообработки практически равноценны. Ни один из других известных способов сварки плавлением (кроме ЭЛС) не может обеспечить такого высокого уровня механических свойств сварных швов на среднелегированных сталях в сочетании с большой глубиной проплавления [1].

Менее энергоёмкий по сравнению со сваркой плавлением процесс диффузионной сварки металлов и сплавов в особенности сварки трением [2].Например, при сварке встык стальных стержней диаметром 20 мм при дуговом ванном способе необходимо ε_св = 1800 дж/мм² , при контактной стыковой сварке оплавлением ε_св = 400 дж/мм² , при сварке трением   ε_св = 130 дж/мм². Для сварки встык пластин из алюминиевого сплава толщиной 5 мм требуется : при аргонно-дуговой сварке ε_св = 300 дж/мм², при контактной сварке  ε_св = 200 дж/мм², при холодной сварке ε_св = 30 дж/мм².

Различные виды сварки на конкретном производстве оценивают по формуле [2];,

где  ЭКС  -  показатель включающий "экономичность - качество - скорость" процесса; K - безразмерный показатель качества соединения, зависящий от уровня требований к сварной конструкции; Vδ - площадь соединения, свариваемая за 1 сек, мм²/сек; З - удельные затраты, дж/мм².

Эффективность сварки нержавеющей стали. ЭКС составит: для сварки трением = 4; АД сварки = 1,2; для ЭЛ сварки = 2.Наилучшим по показателям ЭКС оказывается диффузионная сварка трением.

Одной из важнейших проблем получения сварных соединений из высокопрочных сталей является автоматизация технологического процесса сварки. Разработка процесса диффузионной сварки деталей из высокопрочных сталей потребует значительных первоначальных  вступительных затрат на создание оборудования, в особенности разработки системы автоматизации технологического процесса и др.

Заслуживает внимание орбитальная автоматическая аргонодуговая сварка труб на установке типа Orbimatic 300 AC/DC с предварительным подогревом образцов до 100 ...150 °С.  Однако, использование этого метода потребует определённых затрат для приобретения более мощной установки и обработки режимов СПВД с подогревом до температур не менее 250 °С трубных заготовок из высокопрочных сталей.

Для производства ответственных деталей подходит разработка режимов ЭЛС трубных заготовок из стали 30ХГСН2А на установке ЭЛУ КЛ-138.Основные преимуществами ЭЛУ сварки перед РДС являются: сварки толстостенных деталей (толщиной до 150 мм) за один проход без разделки кромок; малый размер сварного шва и зоны термического влияния; автоматизация, как процесса сварки, так и возможность подогрева кромок заготовок для сварки и после сварки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Долотов Б.Н. Сварка стали 30ХГСН2А погружённым вольфрамовым электродом / Б.И. Долотов, В.Н. Муравьёв, А.А. Дашковский,

Н.Б. Фейгенсон // Авиационная промышленность .-1986.-№ 8.стр.45-46.

2. Волченко В.Н. Источники энергии сварочных процессов / В.Н.Волченко.- М:Машиностроение,1971.-76 с.