Curs 3 Optimizarea Temperaturii de Princalzire
6
Utilizarea şi reproducerea integrală sau parţială a prezentului document, în orice publicaţie şi prin orice procedeu electron ic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzisă, dacă nu există acordul scris al elaboratorului, cu excepția studenților an IV –IS, an univ. 2013/2014 1 Curs 3 Optimi zarea temperaturi i de preî ncălzire. Metodologie pentru oţelurile carbon şi slab aliate 3.1. Consideraţii generale La sudarea unei game largi de oţeluri carbon ş i slab aliate se produc importante modificări ale caracteristicilor mecanice, care au ca urmare afectarea el asticităţii îmbinării şi uneori, în cazul în care apar şi alţi factori, la producerea fenomenelor de macro şi micro fisurare. Duritatea maximă în ZIT (zona influenţată termo-mecanic) depinde în mare măsură de viteza de ră cire, propr ietăţile termofizice ale materialului de sudat, caracteristicile geometrice ale structurii sudate, de procedeul şi regimul de sudare folosite. Mărimea vitezei medii de răcire se poate evidenţia din ecuaţiile câmpului termic, în cazul sursei termice care ac ţionează la sudarea cap la cap a două table dintr-o singură trecere, cu ajutorul relaţiei: 2 3 0 2 l T E T T c v c [ 0 C/sec] (3.1) δ - grosimea tablei, cm; c - căldura specifică, J/g 0 C; cγ - căldura specifică a unităţii de volum (J/cm 3 grad); γ – densitatea specifică, g/cm 3 . T - temperatura maximă la care se face răcirea, 0 C; T 0 - te mperatura mediului ambiant, 0 C; E l - energia lineară folosită la sudare, J/cm λ – coeficient de transmitere al căldurii, J/cm s 0 C Pentru a controla viteza de răcire, care conduce la diferite transformări în ZIT şi cusătură, deci a controla existenţa şi procentul structurilor dure, din relaţia (1) se evidenţiază două posibilităţi: - modificarea temperaturii iniţiale T 0 , prin efectuarea unei preîncălziri; - modificarea energiei liniare E l , cu ajutorul principalilor parametrii ai regimului de sudare: Is, Ua şi vs. Se remarcă de asemenea că prin mărirea lui T 0 şi E l , se micşorează viteza de răcire, deci se măreşte probabilitatea de a obţine în cusătură şi în ZIT structuri cât mai aproape de echilibru. Numeroase cercetări experimentale demonstrează faptul că viteza de răcire, mai ales în intervalul 800°-500°C, este determinantă în obţinerea caracteristicilor optime în îmbinarea sudată. Ea e ste de asemenea caracteristică fiecărui oţel în parte, determinându -i caracteristicile mecanice din ZIT şi cusătura, şi este dependentă de compoziţia chimică, starea structurală şi fineţea granulaţiei. Din aceste motive relaţia (1) este greu de utilizat pe ntru varietatea de
-
Upload
roberto-nedelcu -
Category
Documents
-
view
13 -
download
0
description
Curs 3 Optimizarea Temperaturii de Princalzire
Transcript of Curs 3 Optimizarea Temperaturii de Princalzire
-
Utilizarea i reproducerea integral sau parial a prezentului document, n orice publicaie i prin orice procedeu electronic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzis, dac nu exist acordul scris al elaboratorului, cu excepia studenilor an IV IS, an univ. 2013/2014
1
Curs 3 Optimizarea temperaturii de prenclzire.
Metodologie pentru oelurile carbon i slab aliate
3.1. Consideraii generale La sudarea unei game largi de oeluri carbon i slab aliate se produc
importante modificri ale caracteristicilor mecanice, care au ca urmare afectarea elasticitii mbinrii i uneori, n cazul n care apar i ali factori, la producerea fenomenelor de macro i micro fisurare.
Duritatea maxim n ZIT (zona influenat termo-mecanic) depinde n mare msur de viteza de rcire, proprietile termofizice ale materialului de sudat, caracteristicile geometrice ale structurii sudate, de procedeul i regimul de sudare folosite.
Mrimea vitezei medii de rcire se poate evidenia din ecuaiile cmpului termic, n cazul sursei termice care acioneaz la sudarea cap la cap a dou table dintr-o singur trecere, cu ajutorul relaiei:
2
302
l
TE
TTcvc
[0C/sec] (3.1)
- grosimea tablei, cm; c - cldura specific, J/g0C; c - cldura specific a unitii de volum (J/cm3 grad); densitatea specific, g/cm3. T - temperatura maxim la care se face rcirea, 0C; T0 - temperatura mediului ambiant, 0C; El - energia linear folosit la sudare, J/cm coeficient de transmitere al cldurii, J/cm s 0C
Pentru a controla viteza de rcire, care conduce la diferite transformri n ZIT i custur, deci a controla existena i procentul structurilor dure, din relaia (1) se evideniaz dou posibiliti: - modificarea temperaturii iniiale T0, prin efectuarea unei prenclziri; - modificarea energiei liniare El, cu ajutorul principalilor parametrii ai regimului de sudare: Is, Ua i vs.
Se remarc de asemenea c prin mrirea lui T0 i El, se micoreaz viteza de rcire, deci se mrete probabilitatea de a obine n custur i n ZIT structuri ct mai aproape de echilibru.
Numeroase cercetri experimentale demonstreaz faptul c viteza de rcire, mai ales n intervalul 800-500C, este determinant n obinerea caracteristicilor optime n mbinarea sudat. Ea este de asemenea caracteristic fiecrui oel n parte, determinndu-i caracteristicile mecanice din ZIT i custura, i este dependent de compoziia chimic, starea structural i fineea granulaiei.
Din aceste motive relaia (1) este greu de utilizat pentru varietatea de
-
Utilizarea i reproducerea integral sau parial a prezentului document, n orice publicaie i prin orice procedeu electronic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzis, dac nu exist acordul scris al elaboratorului, cu excepia studenilor an IV IS, an univ. 2013/2014
2
cazuri ntlnite n practic. 3.2. Optimizarea temperaturii de prenclzire, Tpr Optimizarea temperaturii de prenclzire se bazeaz pe ideea
estimrii duritii maxime din mbinare i a determinrii temperaturii de prenclzire, pornind de la elementele caracteristice ale oelului supus sudrii, n strns corelare cu tehnologia de sudare.
Metoda se aplic pentru oelurile carbon, slab sau mediu aliate, la care elementele de aliere se gsesc n limitele: C
-
Utilizarea i reproducerea integral sau parial a prezentului document, n orice publicaie i prin orice procedeu electronic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzis, dac nu exist acordul scris al elaboratorului, cu excepia studenilor an IV IS, an univ. 2013/2014
3
%10x 3daca B,0,09C H %10x 3daca B,0,06C H % 10x 2 dac B ,0,03C H
% 10x l daca B 0, H
4-N
4-N
4-N
-4
(3.8)
02.002.0 NCN
(3.9)
Unde N fiind coninutul de azot din oel n % Cu ajutorul acestei relaii se poate determina:
- timpul de rcire ntre 800C i 500C (t8/5) pentru un anumit oel i o duritate maxim n ZIT care este dat de tipul structurii sudate (din considerente de rezisten a mbinrii i de structur ct mai apropiat de echilibru) i n anumite cazuri i de procedeul de sudare folosit; - duritatea maxim n zona influenat termic HM pentru un anumit t8/5 , deci pentru o anumit vitez de rcire care s conduc Ia o structur ct mai apropiat de echilibru. b) Determinarea lui t8/5 n funcie de temperatura de prenclzire i energia liniar.
Se folosete urmtoarea relaie : )0007.094.0(
2.1)600(
9005/8
prT
lEprT
t
(3.10)
n care: Tpr - temperatura de prenclzire, C; El, - energia liniar folosit la sudare, [KJ / cm] ,relaia 11;
s
sal v
IUE1000
(3.11)
unde: - randamentul arcului electric, % Ua, - tensiunea arcului electric, V; Is - curentul de sudare, A; Vs - viteza de sudare cm/s; Relaia (11) se poate folosi n general pentru calculul E,
corespunztoare unui anumit t8/5 i unor anumite temperaturi de prenclzire. Rezultatele sunt date n tabelul 1.
Tabelul 3.1. Valorile lui El pentru valori exacte ale lui t8/5
-
Utilizarea i reproducerea integral sau parial a prezentului document, n orice publicaie i prin orice procedeu electronic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzis, dac nu exist acordul scris al elaboratorului, cu excepia studenilor an IV IS, an univ. 2013/2014
4
c - Determinarea grafic a temperaturii de prenclzire Din egalitatea relaiilor (2) i (10) rezult:
)0007.094.0(
2.1)600(
90010)( prT
lEprT
cb
aHMtgd
(3.12)
Se obine astfel o ecuaie cu necunoscutele: duritatea maxim, HM, energia liniar, El, i temperatura de prenclzire Tpr.
Cum duritatea maxim este dat n principal de structura sudat iar energia liniar de procedeul de sudare folosit i n unele cazuri i de materialul de baz, ecuaia (3.12) se folosete n principal pentru determinarea (optimizarea) temperaturii de prenclzire Tpr.
Se noteaz :
Ac
baHMtgd
)(10 (3.13)
Se logaritmeaz relaia (12) rezultnd:
In A + 1,2 ln(600-Tpr) = ln900 + (0,94 + 0,0007 Tpr)lnEl, (3.14)
2.1ln)0007.094.0(
2.1ln900ln)600ln( lprpr
ETAT (3.15)
Se noteaz:
)()600ln( 1 prpr TfT (3.16)
)(2.1
ln)0007.094.0(2.1
ln900ln2 pr
lpr Tf
ETA (3.17)
Pentru determinarea lui Tpr din ecuaia: f1(Tpr) = f2(Tpr) se folosete
metoda grafic care const n reprezentarea grafic a celor dou funcii, iar abscisa punctului de intersecie constituie Tpr, soluia ecuaiei, (fig. 3.1).
Fig. 3.1. Determinarea grafic a temperaturii de preinclzire optime
-
Utilizarea i reproducerea integral sau parial a prezentului document, n orice publicaie i prin orice procedeu electronic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzis, dac nu exist acordul scris al elaboratorului, cu excepia studenilor an IV IS, an univ. 2013/2014
5
Analiznd aceast metoda de determinare i/sau optimizare a
temperaturii de prenclzire se pot trage urmtoarele concluzii: - se ofer astfel inginerului tehnolog sudor un instrument matematic cu ajutorul cruia se poate stabili un regim de sudare cu sau fr aplicarea prenclzirii, care s asigure o anumit structur n ZIT, responsabil de modul de comportare n exploatare a structurii sudate; - corelarea tehnologiei de sudare cu duritatea maxim din ZIT este important pentru c rezolv urmtoarele probleme: controlul parametrilor regimului de sudare prin msurarea duritii maxime a ZIT-ului; alegerea energiei liniare astfel nct s se evite prenclzirea cu obinerea aceleiai duriti maxime admise; optimizarea valorilor energiei liniare la sudare i a prenclzirii astfel nct s se minimizeze costul, fie consumul de energie; innd cont de efectele economice ale prenclzirii; - fa de metodele clasice de determinare a Tpr,, cea recomandat de IIS i Seferian, aceast metod este mult mai concret, aplicndu-se n cazurile concrete date de: compoziia chimic a materialului de baz, tehnologia de sudare i comportarea n exploatare a structurii sudate; - nu n ultimul rnd metoda este fiabil n predicia apariiei i/sau a producerii fisurilor la rece n ZIT a unor grupe mari de oeluri carbon i slab aliate din domeniul construciilor navale.
Influenta Tpr asupra El pentru materialul dat, timp t8/5 dat si un HM va fi prezentat intr-un tabel ca cel de mai jos Nr.crt. HM a b c d Tpr
[0C] t8/5 s
El [KJ/cm]
200 50 1. 100 150 200 250 250 50 2. 100 150 200 250 300 50 100 150 3. 200 250 350 50 100 150 4. 200 250 400 50
-
Utilizarea i reproducerea integral sau parial a prezentului document, n orice publicaie i prin orice procedeu electronic, mecanic, fotocopiere, microfilmare etc.) este interzis, dac nu exist acordul scris al elaboratorului, cu excepia studenilor an IV IS, an univ. 2013/2014
6
100 150 5. 200 250 3.3. Verificarea temperaturii de prenclzire.
Verificarea temperaturii de prenclzire se face prin compararea acesteia cu punctul martensitic superior, astfel incat Tpr < Ms.
Ms = 539 - 423C - 30,4Mn - 17,7Ni - 12,1 Cr - 7,5Mo (3.18)
Mf = 346 474C 33Mn 17Ni 21 Mo (3.19) [1] Slgean, T., .a. : Optimizarea sudrii cu arcul electric, Editura Tehnic, 1988.
