Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 55. Свариваемость стали

Свариваемостью называется способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу.

При определении понятия свариваемости различают металлургическую и технологическую свариваемость.

Металлургическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых деталей, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. На границе соприкосновения соединяемых деталей происходят физико-химические процессы, протекание которых определяется свойствами соединяемых металлов. Однородные металлы (одного химического состава) обладают одинаковой металлургической свариваемостью. Сварка разнородных металлов может не произойти, так как свойства таких металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают металлургической свариваемостью.

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения определенным способом сварки. При различных способах сварки происходит окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо.

В связи с этим в определение технологической свариваемости входит определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от способа сварки, оценка структуры и механических свойств околошовной зоны, склонности стали к образованию трещин, оценка получаемого при сварке сварного соединения.

Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ, обеспечивающие получение требуемого сварного соединения. На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали.

О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода. Для этого каждый легирующий элемент оценивают с точки зрения его влияния на твердость (закаливаемость) стали по сравнению с влиянием углерода. Эквивалентное содержание углерода может быть определено из выражения:

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы: первая группа— хорошо сваривающиеся, вторая— удовлетворительно, третья — ограниченно, четвертая — плохо сваривающиеся.

К первой группе относятся стали, у которых СЭКв не более 0,25%Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин. Сварка этих сталей ведется без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества.

Ко второй группе относятся стали, у которых Сакв находится в пределах 0,2—0,35%. Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100 — 150° С с последующей термообработкой.

К третьей группе относятся стали, у которых Сэкв в пределах 0,35—0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей ведется с предварительным подогревом до 250—400° С с последующим отпуском.

К четвертой группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%. Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей должна выполняться с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

Классификация основных марок стали по свариваемости приведена в табл. 44.

В процессе сварки в сварном соединении возможно образование трещин. По расположению относительно оси шва они могут быть продольными и поперечными. Трещины являются наиболее опасным дефектом, так как исправление их требует сложной подготовки. Часто трещины ведут к неисправимому браку.

В зависимости от температур, при которых они образуются, трещины разделяются на две группы: горячие

(высокотемпературные) и холодные (низкотемпературные) .

Горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла шва. Горячими трещинами называют микро и макроскопические трещины, проходящие, как правило, по границам кристаллов, а потому вызывают межкристаллическое разрушение. Причинами образования горячих трещин являются неправильное жесткое закрепление свариваемых деталей и повышенное содержание в металле шва серы, углерода, кремния и никеля. Для уменьшения опасности образования горячих трещин необходимо применять сварочные материалы с повышенным содержанием марганца и минимальным количеством серы и углерода, вводить в металл шва модифицирующие элементы (титан, алюминий, медь), производить сварку с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

Для определения стойкости металла шва против образования горячих трещин проводится технологическая проба на свариваемость— «проба института электросварки им. Е. О. Патона». Образец для испытания представляет собой пластину размерами 200X400 мм (рис. 106). Пластина имеет четыре отверстия диаметром d с треугольным надрезом глубиной 2,5 мм на всю толщину пластины. Пластина двумя поперечными швами приваривается к швеллеру № 20. На пластину наплавляется продольный валик. Готовый образец замораживают углекислотой, после чего подвергают удару пятикилограммовым копром.

Холодные трещины образуются при температурах ниже 300° С в результате возникновения в сварных соединениях значительных внутренних напряжений. Холодные трещины проявляются после окончания сварки.

В закаливающихся сталях образование холодных трещин вызывается влиянием водорода,поступающего из металла в околошовную зону. Для предупреждения образования холодных трещин рекомендуется применять сварочные материалы с минимальным содержанием фосфора, сварку производить на оптимальных режимах. Шов после сварки проковать.

Для определения стойкости металла против образования холодных трещин используется технологическая проба на свариваемость (проба Кировского завода). Для этого в середине пластины (рис. 107) из испытуемой стали делают выточки диаметром 80 мм так, чтобы металл в месте выточки имел толщину 2, 4 и 6 мм. На пластину в центре выточки наплавляют валик, в процессе наплавки нижнюю поверхность пластины охлаждают проточной водой или воздухом. После охлаждения пластины из нее вырезают образцы для изготовления макрошлифов. По этим шлифам судят о наличии трещин в сварном шве и околошовной зоне и оценивают стойкость металла против образования холодных трещин,

вверх страницы