Расчет параметров наплавленного металла и режима наплавки

По заданному составу наплавленного металла (С=0.2%; Mn=0.6%; Si=0.6 %;

Cr=13%; Ni=0.6 %) определить температуру начала и конца мартенситного превращения и температуру подогрева изделия при толщине металла 100мм и содержания диффузионного водорода 2 см3.

1.Температура начала (Тн) и температура конечная (Тк) мартенситного превращения для конструкционных низколегированных сталей определяются по формулам:

Тн = 539 – 423С – 30.4Мn – 17.7Ni – 12.1Cr – 7.5Мо;

Тк = 346 – 474С – 33Мn – 17Сr – 21Mo;

Тн = 539 – 423*0.2 – 30.4*0.6 – 17.7*0.6 – 12.1*13 = 268.24ºС;

Тк = 346 – 474*0.2 – 33*0.6 – 17*13 = 10.4ºС;

2.Определение эквивалента углерода:

- по формуле предложенной МИС;

Сэкв = Мn/6 + (Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15;

Cэкв = 0.6/6+13/5+0.6/15 = 2.74%;

-по формуле Д. Сефериана

Сэкв = Сх + Ср,

где 360Сх = 360С +40(Mn+Cr)+20Ni+28Mo;

360Cx = 360*0.2 +40 (0.6+13)+20*0.6 = 1.74%.

Ср – эквивалент углерода, который учитывает размеры детали

Ср = 0.005*δ*Сx,

где δ – толщина металла, мм.

Ср = 0.005*100*1.74 = 0.87.

тогда Сэкв = 1.74+0.87 = 2.61%.

-по формуле Сэкв = С + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14;

Сэкв = 0.2 + 0.6/6 + 0.6/24 + 0.6/40 + 13/5 = 2.74%

-по параметру Рпр.

Рпр = С +Si/30 +(Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 +5B + δ/600 + H/60;

Рпр = 0.2 + 0.6/30 + (0.6+13)/20 +0.6/60 + 100/600 + 2/60 = 1.043.

Потому что Рпр ≥0.3, то трещины могут возникнуть.

3.Определяем максимальную твердость в зоне термического влияния по следующей формуле:

Нmax = 660 Сэкв ± 40 = 660*2.74±40 = 1808±40 =1848 (1768).

При Нmax выше 325 – температура подогрева выше 250 ºС.

4.Определяем температуру подогрева

- по формуле Д. Сефериана

Тпод = 350 √ Сэкв – 0.25 = 350 √ 2.74 - 0.25 = 350 * 1.58 = 553 ºС.

- по формуле

Тпод = 1440* Рпр – 392 = 1440*1.043 – 392 = 1050 ºС.

Расчет параметров наплавленного металла и режима наплавки.

Исходные данные:

- ширина участка, которая наплавляется (L) – 200мм;

- концентрация элемента в n-ому слое – Сн = 3.5%

- концентрация легирующих элементов в наплавленном металле, который не содержит добавок основного металла – Снм = 3.2%

- перекрытие валиков – 1/3.

Решение

1- принимаем диаметр электрода – 5мм.

2- Определяем величину сварочного тока из зависимости

Iсв = /4 * j= 3.14*25*30/4 = 588А;

Где j– плотность тока для dэл = 5 мм находится в пределах 20 – 45 А/мм2;

3. Определяем величину напряжения на дуге по зависимости

Uд = 20 +0.02 Iсв = 20 +0.02*588 = 31.76 В.

Принимаем Uд = 32В.

4. Определяем коэффициент формы провара.

Ψпр = е/h= dэлUд(a– 1.5 dэл)/ Iсв = 5*32 (14-1.5*5)/588 = 1.76

Где е – ширина валика, мм;

h– глубина проплавления,мм;

a– коэффициент, который зависит от dэл (а = 14-16), принимаем а = 14.

Оптимальное значение Ψпр =1.3-2.0 (при сварке)\

5. Определяем глубину проплавления по формуле:

Iсв = h/k * 100 откуда h= Iсв*k/100 = 588*1.3/100 = 7.64 мм.

6. Определяем ширину валика.

е = Ψпр*h= 1.76*7.64 = 13.4мм

7. Определяем усиление валика по формуле

q= e/ ψв = 13.4/6 = 2.2 мм.

где ψв – коэффициент формы валика находится в пределах 5-8. Принимаем ψв= 6.

8. Определяем площадь наплавленного металла по формуле

Fн = 0.75еq = 0.75*13.4*2.2 = 22.11 мм2.

9. Определяем скорость наплавки по формуле:

Vсв = αн Iсв / Fн γ100,

где αн– коэффициент наплавки, который определяется из зависимости:

αн = А+В* Iсв / dэл = 2.3+0.065 * 588/5 = 9.95 г/ A*ч.

Vсв = 9.95*588/0.221* 7.8*100 = 34 м/ч.

10. Определяем часть основного металла в наплавленном по формуле:

γ= Fпр / Fпр + Fн = 77/77+22.11 = 0.78

γ1= Fн / Fпр + Fн = 22.11/ 77+22.11 = 0.22

Fпр1 = h*h= 7.64*7.64 = 58 мм2;

Fпр2 = eh/2 = 7.64*13.4 = 51.18 мм2;

Fпр3 = 0.75 eh= 0.75*7.64*13.4 = 77 мм2;

K1 = 22.11/77 = 0.23

11. Определяем минимальное количество слоев n:

Cн = Снм – Снм*γn;

Где Сн – концентрация элементов в n-ном слое;

Cнм – концентрация легирующих элементов в наплавленном металле, который не содержит добавок основного металла;

n - количество наплавленных слоев.

Сн1= 3.2 – 3.2*0.78 = 0.7

Сн2= 3.2 – 3.2* 0.78*0.78 = 1.26

Сн3 = 3.2 – 3.2*0.78*0.78*0.78 = 1.69

Сн3 = 3.2 - 3.2*0.78*0.78*0.78*0.78 = 2.02

Сн4 = 3.2 – 3.2*0.78*0.78*0.78*0.78*0.78 = 2.48

Сн5 = 3.2 – 3.2*0.78*0.78*0.78*0.78*0.78*0.78= 3.15.

или

Сн1 = 3.5+0.22*0.3 = 3.566

Сн2 = 3.5+0.22*0.22*0.3 = 3.51

12. Определяем необходимое количество проходов (n) для наплавки поверхности 200 мм.

L= en– Kпер e(n-1),

Где n= L- Kпер e/ e(1 - Kпер) = 200-13.4*0.33/13.4 (1 – 0.33) = 22.

13. Вывод 1) концентрация легирующих элементов в наплавленном металле, который не содержит добавок основного металла достигается при наплавке 5 слоев. 2) колличество проходов для наплавки поверхности шириной 200 мм состовляет 22.

Техническая характеристика наплавочного оборудования.

Ручная наплавка,как правило, производится в стационарных условиях.

В комплект оборудования поста для ручной дуговой наплавки входит: источник питания, стол или манипулятор изделия, электродержатель,сварочные провода, защитные приспособления, вспомогательный инструмент (зубило, молоток, стальные щетки). Для оснащения поста используется обычное оборудование для ручной дуговой сварки.

Рабочее место наплавщика оборудуется приточно-вытяжной вентиляцией.