К какой группе свойств относится свариваемость. Свариваемость сталей. Группы. Превращения стали в зоне сварного шва

Производство и промышленные технологии

Группы Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью которая определяется внешними и внутренними факторами. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 хорошая свариваемость; 2 удовлетворительная свариваемость; 3 ограниченная свариваемость; 4 плохая свариваемость. К Первая группа хорошо сваривающиеся стали у которых Сэкв не более 025. Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева без...

27.Свариваемость сталей.Группы Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 – хорошая свариваемость; 2 – удовлетворительная свариваемость; 3 ограниченная свариваемость; 4 – плохая свариваемость . К Первая группа – хорошо сваривающиеся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали, при обычных способах сварки не дают трещин, сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки. Вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся стали, у которыхСэкв в пределах от 0,25% до 0,35%, такие стали допускают сварку без появления трещин только в нормальных производственных условиях, когда температура окружающей среды выше ноля градусов и отсутствует ветер и т.д,В условиях, отличающихся от нормальных предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой. Третья группа – С ограниченной свариваемостью, где С экв в пределах от 0,35% до 0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склоны к образованию трещин. Сварка таких сталей производится по специальной технологии, регламентирующей режимы предварительной термообработки и тепловой обработки после сварки. Четвёртая группа – с плохой свариваемостью, где С экв более 0,45%. Стали, входящие в эту группу, наиболее трудно поддаётся сварке, склонны к образованию трещин. Сварка их выполняется с обязательной предварительной термообработкой перед сваркой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

29.Свариваемость сталей.влияние углерода на свариваемость. Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации. Низкоуглеродистые стали отличаются хорошей свариваемостью. Снижать свариваемость могут вредные примеси, если содержание их превышает норму. Вредные примеси могут ухудшать свариваемость даже и при среднем содержании, не выходящем за норму, если они образуют местные скопления, например вследствие ликвации. Вредными для сварки элементами в низкоуглеродистой стали могут являться углерод, фосфор и сера, причем последняя, особенно склонна к ликвации с образованием местных скоплений. Углеродистые стали, содержащие более 0,25% углерода, обладают пониженной свариваемостью по сравнению с низкоуглеродистыми, причем свариваемость постепенно снижается по мере повышения содержания углерода. Стали с повышенным содержанием углерода легко закаливаются, что ведет к получению твердых хрупких закалочных структур в зоне сварки и может сопровождаться образованием трещин. С повышением содержания углерода растет склонность металла к перегреву в зоне сварки. Увеличенное содержание углерода усиливает процесс его выгорания с образованием газообразной окиси углерода, вызывающей вскипание ванны и могущей приводить к значительной пористости наплавленного металла. При содержании свыше 0,4–0,5% углерода сварка стали становится одной из сложных задач сварочной техники. Углеродистые стали вообще обладают пониженной свариваемостью и, если это возможно, рекомендуется заменять их низколегированными конструкционными сталями, которые дают ту же прочность при значительно меньшем содержании углерода за счет других легирующих элементов. При сварке углеродистых сталей плавлением обычно не придерживаются соответствия химического состава присадочного и основного металлов, стремясь получить наплавленный металл равнопрочным с основным за счет легирования марганцем, кремнием и др. при пониженном содержании углерода. Сварка углеродистых сталей часто выполняется с предварительным подогревом и последующей термообработкой, причем, если возможно, во многих случаях стремятся совместить термообработку с процессом сварки, например, с газовой сваркой мелких деталей, с газопрессовой, точечной, со стыковой контактной сваркой и т. д.

29.Свариваемость сталей.влияние легирующих эл. на свариваемостьГруппы. Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва Марганец (Мn) не ухудшает свариваемости стали, если его содержание не превышает 0,3—0,8 %. В средне-марганцовистых (1,8—2,5 % Мn) сталях марганец повышает закаливаемость стали и склонность ее к образованию трещин при сварке. Кремний (Si) не влияет отрицательно на свариваемость стали, если его содержание не превышает 0,3 %. В обычных углеродистых сталях содержится не более 0,2—0,3 % кремния. В специальных сталях содержание кремния достигает 0,8—1,5 %. В таких количествах кремний затрудняет сварку из-за высокой жидкотекучести стали, легкой ее окисляемости и образования тугоплавких окислов. Хром (Cr) содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве 0,2—0,3 %, в конструкционных 0,7—3,5 %, хромистых 12—18 %, хромоникелевых 9—35 %. Хром затрудняет сварку, так как усиливает окисление металла, образует химические соединения с углеродом, повышает твердость металла в переходных зонах и т. п. Однако при правильном выборе режимов сварки, присадочных материалов, а также при соблюдении технологического процесса хром не влияет отрицательно на свариваемость стали. Никель (Ni) в низкоуглеродистых сталях содержится в количестве до 0,2—0,3 %, в конструкционных 1—5 %, в легированных 8—35 %. Никель измельчает зерна, повышает пластичность сталей, не ухудшает их свариваемость. Молибден (Мо) при содержании в стали 0,15—0,2 % затрудняет сварку, служит причиной образования трещин в сварном шве и переходной зоне, сильно окисляется и выгорает при сварке. Вольфрам (W) при содержании в стали 0,8—1,8% увеличивает твердость и работоспособность при высоких температурах, сильно окисляется при сварке, требует хорошей защиты от кислорода, затрудняет сварку. Ванадий (V) обычно содержится в сталях в количестве 0,2—0,8 %, в штамповых сталях 1—1,5 %, сильно окисляется, требует надежной защиты металла при сварке, затрудняет сварку. Титан (Ti) и ниобий (Nb) содержатся в коррозионно-стойких сталях в количестве до 1 %, не усложняют сварочный процесс и не ухудшают свариваемость стали. Медь (Сu) в специальных сталях находится в количестве 0,3—0,8 %, улучшает ряд свойств стали (прочность, пластичность, ударную вязкость, коррозионную стойкость) и не ухудшает свариваемость стали. Сера (S) в стали в количествах, превышающих предельно допустимые, ухудшает свариваемость, вызывает появление горячих трещин. Фосфор (Р) в стали в количествах, превышающих предельно допустимые, ухудшает свариваемость, вызывает появление холодных трещин. Кислород (О) содержится в сплаве в виде закиси железа, ухудшает свариваемость стали, снижая ее механические свойства. Азот (N) образует химические соединения с железом (нитриды) в металле сварочной ванны при ее охлаждении, что снижает пластичность стали. Водород (Н) является вредной примесью в стали; скапливаясь в отдельных местах сварного шва, он образует газовые пузырьки, вызывает появление пористости и мелких трещин.

28. Свар. Сталей. Способ повышения свариваемости сталей. . Способность стали к образованию качественного сварного соединения называют свариваемостью, которая определяется внешними и внутренними факторами. К ним помимо химического.состава относятся технология сварки (режимы), жесткость сварного узла, а также комплекс требований, предъявляемых к сварному соединению условиями эксплуатации.Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва. Отрицательное влияние на свариваемость может оказывать также засоренность металла газами и неметаллическими включениями. Засоренность металла вредными примесями зависит от способа его производства, и о ней частично можно судить по маркировке металла: сталь повышенного качества сваривается лучше, чем сталь обычного качества соответствующей марки; сталь мартеновская лучше, чем сталь бессемеровская, а сталь мартеновская спокойная – лучше, чем кипящая. При изготовлении ответственных сварных изделий указанные отличия в свариваемости низкоуглеродистых сталей должны обязательно приниматься во внимание и учитываться при выборе марки основного металла. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: 1 – хорошая свариваемость; 2 – удовлетворительная свариваемость; 3 – ограниченная свариваемость; 4 – плохая свариваемость. Низкоуглеродистые стали отличаются хорошей свариваемостью. Снижать свариваемость могут вредные примеси, если содержание их превышает норму. Вредные примеси могут ухудшать свариваемость даже и при среднем содержании, не выходящем за норму, если они образуют местные скопления, например вследствие ликвации. Вредными для сварки элементами в низкоуглеродистой стали могут являться углерод, фосфор и сера, причем последняя, особенно склонна к ликвации с образованием местных скоплений.

29.Сварочные напряжения и деформации.. причины. Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литье, прокатка, волочение, прессование, термическая обработка), вызывает в изделиях собственные напряжения. Собственными называются такие напряжения, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от причины возникновения различают следующие напряжения: тепловые, возникающие из-за неравномерного распределения температуры при сварке; структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений, сходных с закалкой. В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные напряжения и деформации существуют в конструкции только в какой-то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упругости, то временные напряжения и деформации исчезают (снимаются) после охлаждения изделия. Остаточные – остаются в изделии после исчезновения причины, их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения. В некоторых случаях разрушения не происходит, но большие деформации выводят сваренную конструкцию из заданных размеровОсновные виды деформаций сварных соединений: а – направление действия продольных и поперечных напряжений; б – деформация стыкового соединения; в – деформация сварной двутавровой балки (цифрами указан порядок наложения сварных швов, стрелками – направления действующих напряжений); г – вид деформированного сварного тавра; f – стрела прогиба. Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум группам: мероприятия, предотвращающие возникновение напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние; мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений. К первой группе можно отнести такие меры, как выбор правильной последовательности сварки изделия, жесткое закрепление изделия, предварительный обратный выгиб, сопутствующий подогрев, интенсивное охлаждение в процессе сварки, уменьшение количества сварных швов, симметричное расположение ребер жесткости, применение гнутых профилей. Ко второй группе относится местная проковка металла шва или ЗТВ, правка под действием статической нагрузки, местный нагрев и механическая правка, термическая обработка. Все перечисленные мероприятия заранее просчитываются конструкторами и технологами, уточняются в процессе изготовления образцов, и только после этого окончательно вносятся в технологические карты.

30.факторы влияющие на свари сваемость стали. Технические факторы, влияющие на свариваемостьТакие особенности сварки, как высокая температура нагрева, малый объем сварочной ванны, специфичность атмосферы над сварочной ванной, а также форма и конструкция свариваемых деталей, в ряде случаев обусловливают нежелательные последствия: резкое отличие химического состава, механических свойств и структуры металла шва от химического состава, структуры и свойств основного металла; изменение структуры и свойств основного металла в зоне термического влияния; возникновение в сварных конструкциях значительных напряжений, способствующих в ряде случаев образованию трещин; образование в процессе сварки тугоплавких, трудноудаляемых окислов, затрудняющих протекание процесса, загрязняющих металл шва и понижающих его качество; образование пористости и газовых раковин в наплавленном металле, нарушающих плотность и прочность сварного соединения. При различных способах сварки наблюдается заметное окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входят: определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от способа сварки; оценка структуры и механических свойств околошовной зоны; оценка склонности сталей к образованию тещин; оценка получаемых при сварке окислов металлов и плотности сварного соединения. Тепловое воздействие на металл в околошовных участках и процесс плавления определяются способом сварки, его режимами. Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляется выбранным способом сварки(электродуговая сварка, контактная сварка, плазменная сварка, газовая сварка, сварка трением, лазерная сварка, лазерная сварка и др.), а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость. Свариваемые металлы могут иметь как одинаковые, так и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные сточки зрения химического состава и свойств металлы, во втором случае – разнородные. Все однородные металлы обладают физической свариваемостью. Свойства разнородных металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью.

Выделяют довольно большое количество параметров, которые определяют основные свойства металла. Среди них выделяют показатель свариваемости. На сегодняшний день сварка стали проводится крайне часто. Подобный способ соединения металлов и других материалов характеризуется высокой эффективностью, так сварной шов может выдерживать большую нагрузку. При плохом показателе провести подобную работу сложно, в некоторых случаях даже невозможно. Все металлы разделяются на несколько групп, о чем далее поговорим подробнее.

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его. Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин.

К другим особенностям, которые касаются рассматриваемого вопроса, можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Практически во всех металлах содержатся вредные примеси, которые могут снижать или повышать обрабатываемость сваркой.
2. Фосфор считается вредным веществом, при повышении концентрации появляется хладноломкость.
3. Сера становится причиной появления горячих трещин и появлению красноломкости.
4. Кремний присутствует практически во всех сталях, при концентрации 0,3% степень обрабатываемости не снижается. Однако, если увеличить его до 1% могут появится тугоплавкие оксиды, которые и снижают рассматриваемый показатель.
5. Процесс сварки не затрудняется в случае, если количество марганца не более 1%. Уже при 1,5% есть вероятность появления закалочной структуры и серьезных деформационных трещин в структуре.
6. Основным легирующим элементом считается хром. Он добавляется в состав для повышения коррозионной стойкости. При концентрации около 3,5% показатель свариваемости остается практически неизменным, но в легированных составах составляет 12%. При нагреве хром приводит к появлению карбида, который существенно снижает коррозионную стойкость и затрудняет процесс соединения материалов.
7. Никель также является основным легирующим элементом, концентрация которого достигает 35%. Это вещество способно повысить пластичность и прочность. Никель становится причиной улучшения основных свойств материала.
8. Молибден включается в состав в небольшом количестве. Он способствует повышению прочности за счет уменьшения зернистости структуры. Однако, на момент воздействия высокой температуры вещество начинает выгорать, за счет чего появляются трещины и другие дефекты.
9. В состав часто в качестве легирующего элемента добавляется медь. Ее концентрация составляет около 1%, за счет чего немного повышается коррозионная стойкость. Важной особенностью назовем то, что медь не ухудшает обработку сваркой.

В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.

Хорошей обрабатываемостью обладают сплавы, в которых при нагреве не образуются трещины. По данной характеристике выделяют четыре основных группы:

1. Хорошая обрабатываемость сваркой определяет то, что сталь после термической обработки остается прочным и надежным. При этом создаваемый шов может выдерживать существенное механическое воздействие.
2. Удовлетворительная степень позволяет проводить обработку без предварительного подогрева. За счет этого существенно ускоряется процесс, а также снижаются затраты.
3. Ограниченно свариваемые стали сложны в обработке, сварку можно провести только при применении специального оборудования. Именно поэтому повышается себестоимость самого процесса.
4. Плохая податливость сварке не позволяет проводить рассматриваемую обработку, так как после получения шва могут появится трещины. Именно поэтому подобные материалы не могут использоваться для получения ответственных элементов.

Каждая группа характеризуется своими определенными особенностями, которые нужно учитывать. Сталь 20 относится к первой группе, в то время как распространенная сталь 45 обладает низкой податливостью к сварке.

Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:

1. Первая группа, которая характеризуется хорошей свариваемостью, может применяться при сварке без предварительного подогрева и последующей термической обработки шва. Отпуск выполняется для снижения напряжения в металле. Как правило, подобное свойство связано с низкой концентрацией углерода.
2. Вторая характеризуется тем, что склонна к образованию трещин и дефектов на швах. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев материала, а также последующую термическую обработку для снижения напряжений.
3. При ограниченном показателе сталь склонна к образованию трещин. Для того чтобы исключить вероятность появления трещин следует материал предварительно разогреть, после сварки в обязательном порядке проводится термообработка.
4. Последняя группа характеризуется тем, что в большинстве случаев на швах образуются трещины. При этом предварительный разогрев структуры не во многом решает проблему. После сварки обязательно проводится многоступенчатое улучшение.

Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после улучшения материала, к примеру, путем азотирования или закалки.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси

Как ранее было отмечено, включение в состав большого количества легирующих элементов приводит к изменению основных характеристик. При этом отметим следующие моменты:

1. При низком показателе концентрации сталь лучше поддается сварке.
2. Некоторые химические вещества могут повысить рассматриваемый показатель, другие ухудшить.

Именно поэтому при выборе легированного сплава уделяется внимание не только типу легирующих элементов, но и их концентрации. Принятые стандарты ГОСТ определяют то, что при маркировке могут указывать основные химические вещества и их количество в составе.

Влияние содержания углерода на свариваемость стали

Во многом именно углерод определяет основные эксплуатационные характеристики сплава. Слишком высокая концентрация подобного химического вещества приводит к повышению твердости и прочности, но также и хрупкости. Кроме этого, в несколько раз снижается степень свариваемости. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

1. Если в составе углерода не более 0,25%, то рассматриваемый показатель остается на достаточно высоком уровне.
2. Слишком большое количество углерода в составе приводит к тому, что металл после термического воздействия начинает менять свою структуру, за счет чего появляются трещины.

Стоит учитывать, что проводимая химикотермическая процедура может привести к снижению податливости к рассматриваемому способу соединения. Именно поэтому улучшение сплава проводится после создания конструкции путем обработки шва.

Свариваемость низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые сплавы хорошо подаются свариванию. При этом можно отметить следующие моменты:

1. В подобных сплава концентрация углерода менее 0,25%. Этот показатель свойственен сплавам, которые имеют повышенную гибкость и относительно невысокую твердость поверхностного слоя. Кроме этого, снижается значение хрупкости. Поэтому низкоуглеродистые стали часто используют при создании листовых заготовок. При добавлении небольшого количество легирующих элементов может быть повышена коррозионная стойкость.
2. Для повышения основных характеристик в состав могут добавлять различные легированные элементы, но в небольшом количестве. Примером можно назвать марганец и никель, а также титан.

Как правило, подобные металлы не нужно перед обработкой подвергать подогреву, а после проведения процедура закалка или отпуск выполняется только для при необходимости.

Свариваемость закаленной стали

Распространенной термической обработкой можно назвать закалку. Она предусматривает воздействие высокой температуры, которая может изменить структуру материала. После охлаждения происходит перестроение структуры, за счет чего происходит упрочнение структуры и повышение твердости поверхностного слоя. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

1. Закалка предусматривает увеличение концентрации углерода в поверхностном слое. Именно поэтому степень свариваемости существенно снижается.
2. Подогрев заготовки проводится для того, чтобы упростить проводимую работу. Для этого может использоваться газовая грелка или иной источник тепла.

Закаленная сталь сложна в обработке. Кроме этого, если ранее не проводился отпуск в структуре может быть переизбыток напряжения, что и приводит к появлению трещин.

Повторная обработка швов может не привести к повышению их прочности.

В заключение отметим, что хорошей податливость сварке обладают металлы из различных групп. Примером можно назвать некоторые нержавейки, которые даже после воздействия тепла обладают коррозионной устойчивостью. Именно поэтому для сварочных работ рекомендуется выбирать материал, который характеризуется хорошей обрабатываемостью.

Жаростойкими (окалиностойкими) считаются стали, способные противостоять химическому разрушению поверхности в воздухе или в другой газовой среде при температурах выше 850°С в ненагруженом или слабонагруженном состояниях. Они содержат до 20-25% хрома и работают при температурах до 1050°С и выше.

Жаростойкость наплавленного металла до 1000°С на сталях 20Х23Н13, 20Х23Н18 и др. достигается электродами типа Э-10Х25Н13Г2 марок СЛ-25, ОЗЛ-4, ОЗЛ-6, ЦЛ-25.

Дтя сварки жаростойких сталей, долго работающих при температурах выше 1000°С следует применять электрода типа Э-12Х24Н14C2 марок ОЗЛ-5, ЦТ-17 и др., а также электроды типа Э-10Х17Н13С4 марки ОЗЛ-29, обеспечивающие жаростойкость до температуры 1100°С в окислительных и науглероживающих средах. Для конструкций, работающих в серосодержащих средах, применяют безникелевые высокохромистые жаростойкие стали 15Х25Т, 15X28 и др., сварка которых ведется электродами типа Э-08Х24Н6ТАФМ.

Характеристики электродов для сварки жаростойких (окалиностойких) сталей

weldering.com

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей

вернуться наверх

www.metalika.ua

Электроды для сварки стали

Еще в XIX веке, российским ученым Николаем Николаевичем Бернардосом, при изучении возможностей электрической дуги, было выполнено соединение нескольких металлических элементов. С появлением новых видов сталей, возникла необходимость в расширении перечня электродов для сварки таких сталей.Славяновым Николаем Гаврииловичем было проведено большое количество исследований в конце XIX века, направленных на создание электрода-стержня, близкого к свариваемым металлам по своему химическому составу.

В наши дни существует очень большое количество электродов, предназначенных для сварки конкретной марки стали.

Наибольшее распространение получили электроды для сварки углеродистых сталей, так как именно эти стали получили самое широкое распространение. Производителями выпускается очень много наименований электродов, соответствующих конкретным разновидностям углеродистых сталей. По количеству потребляемых и производимых единиц, самыми распространенными являются марки: МР, АНО, УОНИ и ОЗС. Этими электродами обеспечивается отличная свариваемость, они не допускают перегрева, образования горячих трещин, разбрызгивания и вскипания ванны.

Каждой из этих марок присущи свои особенности:

Электроды УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55 обладают низким разбрызгиванием металла и обладают хорошей отделимостью шлаковой корки;

Электроды МР-3 и МР-3С обладают высокими сварочно-технологическими свойствами, а именно: простотой в работе, хорошим отделением шлаковой корки, легким повторным зажиганием дуги, минимальным разбрызгиванием металла. Эти марки электродов не требуют высокой квалификации сварщика при работе.

Электроды ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12 имеют возможность использования на отдельной поверхности, что позволяет создавать швы, обладающие высоким товарным видом и само отделяющейся шлаковой коркой.

Электроды АНО-21 имеют возможность повторного легкого зажигания дуги, что значительно облегчает процесс сварки. Обладают хорошим отделением шлаковой корки и минимальным разбрызгиванием металла.

Также существуют электроды для других видов сталей:

Для сварки малоуглеродистых сталей. - для сварки низколегированных сталей. - для сварки легированных сталей. - для сварки нержавеющих сталей. - для сварки высоколегированных сталей.

Каждый из этих видов электродов включает в себя несколько марок. Некоторые марки электродов являются универсальными, т.е. могут использоваться для нескольких видов сталей.

Сварочные Электроды

ОК 96.10 для алюминия

elektrod-3g.ru

Электроды для жаростойких и жаропрочных сталей

Жаростойкими считаются стали, которые сохраняют способность сопротивляться окислению, или появлению окалины при температурах выше 550° С. Жаростойкие стали работают при температурах до 900°С под нагрузкой в заданном промежутке времени, не изменяя физико-механических свойств. Для достижения таких свойств, при производстве сталей используются специальные легирующие добавки - Cr, Si, Al, для жаростойких сталей. Ti, Al, Mo, B, Nb для жаропрочных. А также используются особые режимы закалки и старения. Все эти факторы создают определенные сложности при проведении сварных работ.

При формировании сварного шва жаростойкие стали формируют в зоне сварки защитную оксидную пленку, которая приводит к разупрочнению шва. А при остывании из-за кристаллической структуры стали вокруг зоны сварного шва высока вероятность образования микротрещин. При этом предварительный нагрев не снижает скорости остывания металла ниже критической, а только увеличивает зерно металла в районе шва, что приводит к появлению трещин уже в холодном состоянии. Бороться с этим явлением получается только применением специальных приемов при проведении сварочных работ. По ГОСТ 10052-75 задокументировано, какими электродами варить жаропрочную и жаростойкую сталь, и именно для этих сталей выделено около 30 типов электродов. Перечислим некоторые конкретные разновидности.

ОЗЛ-25Б, ЦТ-28 – сварка жаропрочных сплавов на никелевой основе, ХН78Т;

ЦТ-15 - Сварка жаропрочных конструкций из сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и Х16Н13Б;

ОЗЛ-6 – сварка жаростойких сталей работающих в окислительных средах 20Х23Н18 и 20Х23Н13;

ГС -1 – сварка тонколистных сталей, работающих в науглероженных средах, типа 20Х25Н20С2 , 45Х25Н20С2;

ОЗЛ-35 – сваркажаростойких сталей на никелевой основе, выдерживающих до 1200° С, типа ХН70Ю и ХН45Ю;

INOX B 25/20, E6018, AWS E505-15 - зарубежные аналоги для сварки жаропрочных хромоникелевых сталей.

В целом их можно сгруппировать по типам покрытия – основному, рутиловому и рутилово-основному. Рутиловое покрытие состоит в основном из диоксида титана в минеральной или искусственной форме. Расплавление происходит мелкими каплями, разбрызгивание минимальное, шов выходит аккуратным и тонким, а шлак легко очищается. Основной тип покрытия содержит в основном оксиды кальция, магния и определенную долю плавикового шпата. Формируется некоторая вялотекучесть сварной ванной, в связи с этим сварной шов формируется более выпуклыми и большими валиками. Электроды с этим покрытием хорошо подходят для сварки в любом положении.

При этом для стержня электрода используется высоколегированная сталь. Ее теплопроводность значительно ниже, а электрическое сопротивление значительно выше, что приводит к ее быстрому расплавлению. И на выходе мы получаем гораздо более высокий коэффициент наплавки, нежели у электродов для углеродистых и низколегированных сталей. Но при этом необходимо придерживаться достаточно низких значений сварочного тока, и использовать электроды небольшой длины. Иначе можно получить перегрев самого электрода, и неправильный характер расплавления последнего, вплоть до отпадения кусков от электрода.

Хорошие результаты при сварке жаростойких и жаропрочных сталей дает аргоно-дуговой сварка с неплавящимся вольфрамовым электродом. Достаточно широкое распространение получила также автоматическая сварка под флюсом с применением присадочной проволокой из легированной стали.

Электроды АНО-21

Состав сварочного электрода

Классификация сталей. Принципы классификации .

По назначению: конструкционные, пружинные, инструментальные, котельные, судовые и тд.

по свойствам: кислотостойкие, жаростойкие, теплоустойчивые, быстрорежущие и тд,

биметаллические материалы и методы их получения

по химическому составу: по содержанию углерода (до 0,25; 0,25…0,45; свыше0,45…или свыше 0,5%С.; по раскисленности(к, пс, с, Табл.1); по методам контроля(только х/с; х/с и свойства; обьем контроля свойств); по содержанию легирующих элементов(н/л Σ≤5% и ≤2% каждого; с/л 5…10% и в/л > 10%);сплавы

по способу выплавки: электро-(дуговые, плазменные, шлаковые), в индукционных печах (втч, вакуумные), конверторные, бессемеровские, мартеновские

по способу переработки: холодно- или горячекатаные, литые, кованные

по свариваемости

Химический состав стали ГОСТ 380 по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Кое что о металлах.

Маркировка сталей:

Например: Ст 3псВ3, Сталь 20,

Сталь 15 Х1М1ФА

*– только в высоколегированных сталях, не в конце.

Основной легирующий элемент – углерод

Бронзы например Бр.АЖМц10-3-1,5(алюминий,железо,марганец); Бр.КМц3-1; МНЖКТ5-1-0,2-0,2(медь, никель,железо,кремний,титан)

Понятие свариваемости.

Под физической свариваемостью понимают совокупность таких свойств металлов и сплавов, как способность их к взаимной растворимости и диффузии в твердом и жидком состояниях, совместной кристаллизации расплавленных основного и присадочного металлов.

Технологическая свариваемость является комплексной характеристикой металла, отражающей его реакцию на процесс сварки и определяющей его относительную техническую пригодность для выполнения заданных сварных соединений, удовлетворяющих условиям последующей их эксплуатации. Чем больше количество применимых к данному металлу способов сварки и шире для каждого способа сварки пределы оптимальных режимов, обеспечивающих возможность получения сварных соединений требуемого качества, тем лучше его технологическая свариваемость. Определение понятия свариваемости приведено в ГОСТ 29273-92.

«Металлический материал считается поддающимся сварке до установленной степени при данных процессах и для данной цели, когда сваркой достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, чтобы свариваемые детали отвечали техническим требованиям, как в отношении их собственных качеств, так и в отношении их влияния на конструкцию, которую они образуют.»

Качественные оценки свариваемости сталей получили широкое распространение в производственной практике как оценки степени свариваемости:

I – хорошая свариваемость – когда в заданных (достаточно широких) технологических (режимы) и конструктивных (способ) условиях удовлетворяются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений;

II – удовлетворительная свариваемость – когда она обеспечивается выбором рационального режима сварки и его соблюдением в процессе изготовления изделия;

III – ограниченная свариваемость – когда необходимо применять специальные технологические мероприятия или изменять способ сварки;

IV – плохая свариваемость – когда даже при всех принятых специальных технологических мероприятиях не достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений.

При оценке свариваемости главным образом при помощи проб определяют три характеристики: – стойкость против кристаллизационных трещин; – отсутствие трещин в околошовной зоне; – отсутствие перехода металла ЗТВ в хрупкое состояние. Для выс. лег. сталей еще и потеря коррозионной стойкости.

Таким образом при оценке свариваемости должны учитываться во взаимосвязи: – свойства материалов; – тип, габариты и назначение конструкции; – технология сварки.

Испытания на свариваемость.

Методы испытания стойкости к горячим трещинам (образцы переменной жесткости)

Методы испытания стойкости шва и околошовной зоны к появлению холодных трещин (образцы повышенной жесткости).

Методы испытания всех зон на переход в хрупкое состояние (мех. испытания, структурный анализ).

Испытания на стойкость к потере технологических свойств (коррозионных, механических, износостойкости и др).

Факторы влияющие на переход металла в хрупкое состояние:

Внутренние:

– соединения фосфора

– укрупнения зерна

– нитриды (азот)

– гидриды и флокины (водород)

– выпадение охрупчивающих фаз (интерметаллиды)

– концентраторы напряжений

– динамическое нагружение

– низкие температуры.

Основные свойства материалов (металлов) влияющие на их свариваемость.

Физические:

Одно, двух или многофазная структура (например Tiα или α + β, сталь А или А + Ф)

Наличие фазовых переходов в твердом состоянии (полиморфизм)

Температуры фазовых переходов (в т ч – плавления)

Температуры плавления возможных (наиболее частых) химических соединений металла

Растворимость газов в твердой и жидкой фазах

Коэффициент линейного расширения (18-8)

Пластичность в различных диапазонах температур

Вязкость жидкого металла и ее зависимость от температуры (чугун, титан)

Теплопроводность

Плотность

Способность поглощать или отражать фотоны (при лазерной сварке)

Магнитные свойства.(например, в сталях при ЭЛС или магнитное дутье при РДС, пермаллой)

Химические:

Химическая активность при различных температурах

Экзо или эндо- термические реакции

Влияние пассивационных пленок

Склонность к образованию карбидов, боридов и др.

Токсичность (цинк, свинец, бериллий)

Технологические:

Склонность к образованию горячих трещин

Вероятность образования хрупких структур (в т ч закаливаемость)

Склонность к росту зерна

Состояние поставки (история): литье, нагортовка, термообработка, горячая ковка и т. д.

Загрязненность примесями

Дефектность (поры, расслоения, включения) α

Состояние поверхности

Толщина и геометрические формы

Соответствие чертежу

(Все эти факторы применительно к каждому материалу инженер сварщик должен знать и учитывать)

Основные факторы определяющие свариваемость конструкционных материалов.

Свариваемость сталей : определяется содержанием углерода, других легирующих и толщиной.

Низкоуглеродистые стали (Рис.14) с содержанием углерода С0,20 % свариваются без ограничений, С = 0,21…0,25% иS100 мм – требуется подогрев 100…150 о С.

Почему нужен подогрев? Для уменьшения напряжений нужно уменьшать погонную энергию, но при этом растет скорость охлаждения и вероятность появления трещин.

Низколегированные конструкционные стали: 15ГС, 16ГН, 09Г2С и др. приS30 мм свариваются также, как и низкоуглеродистые. ПриS> 30 мм подогрев 100…150 о С.

Низколегированные теплоустойчивые стали (хромо-молибденовые) см таблицу (Рис.14), требуют предварительного подогрева и последующей термической обработки.

Среднелегированные стали повышенной прочности варятся только с подогревом и последующей термической обработкой. Для оценки температуры предварительного подогрева используются эмпирические уравнения влияния легирующих элементов на склонность к хрупкому разрушению. У разных авторов могут различаться набор элементов и коэффициенты при них, но принцип построения сохраняется. В частности по Д. Сефериану с учетом толщины стали:

Т предв. подогр.= 350 ,

С э = С% + 1/9(Mn% + Cr%) + 1/18Ni% + 1/13Mo%.

S– толщина стенки, мм

В случае невозможности подогрева и ТО всей конструкции применяют предварительную наплавку на свариваемые кромки с использованием сварочных материалов не склонных к образованию трещин.

Высоколегированные стали в зависимости от класса могут по-разному воспринимать цикл сварки.

Большое количество легирующих элементов может приводить к химической и, как следствие, структурной неоднородности.

Стали мартенситного и мартенсито-ферритного классов склонны к закалке и требуют подогрева.

Стали легированные азотом могут образовывать хрупкие трещины в ЗТВ.

Стали аустенитного класса склонны к горячим трещинам. Избежать их можно, добавив в металл шва 5…10% ферритной фазы. Рассчитать требуемый хим состав металла шва позволяет диаграмма Шефлера (Рис. 15).

Важным для высоколегированных сталей является не допустить в процессе сварки потери эксплуатационных свойств (прочности, жаростойкости, коррозионной стойкости и тд).

Особенностями высоколегированных хромо-никелевых сталей являются:

– низкая теплопроводность

– большой коэффициент линейного расширения (≈в 1,5 раза больше, чем углеродистых сталей)

– большая вязкость жидкого металла.

Разнородные стали

Свариваемость соединений из сталей относящихся к разным структурным классам связана, в основном, с тремя факторами:

– Существенное различие коэффициентов линейного расширения

– Образование хрупких структур в шве в процессе перемешивания

– Развитие структурной неоднородности (как правило, в зоне сплавления) в следствие, в том числе, диффузии углерода в строну металла с большей предельной растворимостью.

(Процесс диффузии углерода в сталях (при сварке, термообработке и эксплуатации) начинается с 350 о С и наиболее интенсивно идет в интервале 550…800 о С.)

– Возникшие напряжения в сварных соединениях разнородных сталей нельзя снять (или уменьшить) термообработкой.

Алюминий и его сплавы .

Сварка чистого Alпроизводится редко в основном в электротехнической промышленности где используется холодная сварка давлением.

Alсплавы делятся на две большие группы: термоупрочняемые и деформируемые т.е. упрочняемые наклепом (нагортовкой, деформацией). Общие для всех сплавов проблемы свариваемости следующие:

На поверхности металла всегда имеется плотная тугоплавкая пленка Al 2 О 3 , с температурой плавления 2050 о С, при Т пл Al= 660 о С. Пленка препятствует растеканию и смачиванию жидкого металла и образует острые чешуйчатые оксидные включения.

Высокая жидкотекучесть и резкое падение прочности твердого металла при высоких температурах (вблизи Т пл) приводит к возможности проливания сварочной ванны.

Большая теплопроводность требует применения источников большой мощности или высокой концентрации мощности.

Большая величина коэф. линейного расширения и низкий модуль упругости определяют высокую опасность деформирования конструкции.

Высокая растворимость газов (в первую очередь водорода) в жидком металле и очень низкая в твердом металле приводит к выделению 90…95% газа в момент кристаллизации, что приводит к интенсивной пористости.

Грубая столбчатая кристаллическая структура шва способствует развитию структурной неоднородности и наряду с П2 появлению горячих трещин особенно у сплавов типа АМг и АМц. (Al-Mg; Al-Mn)

При сварке деформируемух сплавов происходит существенная потеря прочности в зоне рекристаллизации (АМг и АМц).

Термо упрочняемые сплавы системы Al-Zn-MgилиAl-Cu-Mg(дюрали), или сплавы с большим содержаниеSi≥5% (силумины) склонны к охрупчиванию и появлению холодных трещин через некоторое время после сварки.

Технологические приемы применяемые при сварке: качественная очистка места сварки (травление, механическая очистка); подформовка стыка; переменный ток или обратная полярность; правильный выбор присадочного материала.

Титан и его сплавы .

Химически активный конструкционный материал – горит в чистом азоте.

Т пл 1665С. При нормальной температуре закрыт плотной оксидной и нитридной пленкой. Способен растворять водород в больших количествах. Максимальная растворимость водорода при Т1200С. В этой точке ЗТВ наиболее вероятно охрупчивание. Газы образуют с металлом химические соединения (TiO 2 ,TiN,Ti 3 N,TiH 2), которые при повышении температуры растворяются в металле, приводя к снижению пластичности. Содержание газов в металле должно быть ограничено: кислорода до 0,15%, азота до 0,05%, водорода до 0,01%.

Титан имеет полиморфное превращение ↔при температуре 882С, поэтому в процессе остывания первичная кристаллическая структура измельчается, что способствует хорошей свариваемости однофазных– сплавов. Двух фазные+сплавы обладают повышенной прочностью и твердостью, но при сварке склонны к образованию хрупких структур и трещин.

Физические особенности:

Коэффициент теплового расширения в 1,5 раза меньше, чем у углеродистых и в 3 раза меньше, чем у высоко легированных аустенитных сталей. Теплопроводность низкая примерно в 2,5 раза ниже, чем у стали, но в интервале температур 1500 ↔Т пл увеличивается почти в 5 раз. Вязкость жидкого металла при средней температуре сварочной ванны в 5 раз больше чем при Т пл, что приводит к образованию газовых полостей и подрезов при автоматической сварке.

Т.о, физико-технологические свойства для большинства титановых сплавов положительные, при условии хорошей защиты.

Медь и ее сплавы .

Характерной проблемой при сварке меди является ее высокая теплопроводность (в 9 раз больше, чем у стали, и в 14 раз больше, чем у нержавеющей стали) и низкая температура плавления 1083С, поэтому сварка меди идет, как правило, с малой скоростью при большом тепловложении и вся конструкция прогрета.

Медь весьма пассивна. Очень мала растворимость водорода, азот по отношению к меди вообще является инертным газом. Окислы имеют Т пл выше чем Т пл (Cu) и всплывают на поверхность сварочной ванны. (CuO– 1336,Cu 2 O– 1235С), при повышенном содержании кислорода образуется эвтектикаCu-Cu 2 Oс температурой плавления 1064С, снижающая пластичность металла.

Латунь (Cu+Zn),Zn– 10…40%. Цинк легко окисляется. Окись цинка – летучее ядовитое соединение. В результате испаренияZn(Т кипения 907С) образуется пористость.

Сплавы меди с другими металлами (кроме Zn) называются бронзами. В качестве конструкционных применяются:

– оловянистые

– алюминиевые

– хромистые

– бериллиевые и др.

Каждая имеет свои проблемы: – оловянистые хорошо сваривается, но склонны к пористости из-за кипения олова; – при сварке алюминиевых бронз (1,5…8%Al), с поверхности приходится удалять окисную пленку, как при сваркеAl; – хромистые бронзы (БрХ1, БрХ07) почти чистая медь; – бериллий еще более ядовит, чем цинк, поэтому бериллиевую бронзу как правило не сваривают.

Цирконий.

По свариваемости и физико-химическим свойствам очень близок с титаном, но еще более активен по отношению к газам. Сварку выполняют преимущественно в камерах с Ar. Для сварных конструкций обычно используют не чистыйZr, а его сплавы с небольшим количеством ванадия или ниобия для повышения пластичности.

Магний.

Сварочные проблемы такие же как и у Al, однако окисная пленкаMgOеще более тугоплавкая (2500 о С), но более рыхлая и не так плотно держится на поверхности. Кроме того,Mgспособен воспламеняться на воздухе. Для конструкций применяются сплавы сAl(МА-1, МА-3).

Тугоплавкие металлы .

Вольфрам, молибден, тантал, ниобий.

Являются весьма активными при высоких температурах и образуют, как правило, хрупкие сварные соединения, особенно MoиW. Сварку тугоплавких металлов ведут обычно в вакууме электронным лучом.

Бериллий.

Активный и ядовитый металл, при этом очень легок и прочен. Сваривают только диффузионной сваркой в вакууме.

Полиэтилен и другие пластмассы

Не электропроводный и плохо теплопроводный материал, что приводит к неравномерному нагреву по толщине стенки (трубы). Применяют нагрев с помощью ТЭНов (радиационный), ВЧ индукторов, потоков горячего воздуха с последующим сдавливанием или вдавливанием присадки.

Свариваемость стали - характеристика, указывающая на возможность сварки металла с удовлетворительными механическими свойствами без образования трещин. Разделяют четыре группы свариваемости сталей :

1. хорошая свариваемость
2. удовлетворительная свариваемость
3. ограниченная свариваемость
4. плохая свариваемость

Как правило стали с низким содержание углерода обладают хорошей свариваемостью, с высоким содержанием углерода ограниченной или плохой.

Группа свариваемости 1 - хорошо свариваемые стали

Стали, относящиеся к 1 группе могут быть сварены без подогрева и без обязательной последующей термообработки, она применяется только в том случае, если необходимо снять внутренние напряжения металла после сварки.

К хорошо свариваемым относят стали Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, сталь 08, 10, 15, 20, стали 15Г, 15Х, 20Г, 20Х, 20ХГСА, 12ХН2, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10 и многие другие малоуглеродистые марки сталей.

Группа свариваемости 2 - удовлетворительно свариваемые стали

Стали, которые относят ко 2 группе при сварке в нормальных условиях не склонны к образованию трещин на швах, а также стали которые нуждаются в предварительном подогреве и последующей термообработке для достижения удовлетворительных свойств сварного шва .

К сталям второй группы относят Ст4пс, Ст5Сп, сталь 30, 35,30Л, 35Л, 12Х2Н4А, 20ХН3А.

Группа свариваемости 3 - ограниченно свариваемые стали

Стали 3 группы склонны к образованию трещин на швах. Для предотвращения образования трещин стали 3 группы нагревают, а после сварки термообрабатывают.

К группе с ограниченной свариваемостью относят стали 40, 45, 50 Ст6пс, 17Х18Н9, 12Х18Н9, 20Х2Н4А 30ХМ, 30ХГС, 33ХС.

Группа свариваемости 4 - плохо свариваемые стали

Стали 4 группы свариваются трудно, на швах часто образуются трещины, их необходимо подогревать перед сваркой так в ее процессе. После сварки также требуется термообработка.

К 4 группе относят инструментальные нелегированные стали У7, У8, У8А, У8Г, У9, У10, У11, У12, 40Г, легированная конструкционная сталь 45Г, 50Г, 50Х, 50ХГ, 50ХГА, сталь 55Л, 65, 75, 85, 60Г, 65Г, 70Г, 55С2, 55СА, 60С2, 60 С2А, Х12, Х12М, 7Х3, 8Х3, ХВГ, ХВ4, 5ХГМ, 6ХВГ.

Таблица свариваемости сталей .

Свариваемость различных марок стали

Рассмотрим свариваемость самых распространенных марок стали.

Свариваемость стали 09г2с и Ст3

Стали Ст3 ГОСТ 380-94 и 09г2с ГОСТ 19281-89 относятся к группе 1, для их сварки не требуется нагрева. Сварной шов при соблюдении технологии не склонен к образованию трещин.

Свариваемость Сталей 10 и 20

Сталь 10 и сталь 20 ГОСТ 1050-88 относят к группе свариваемости 1. Детали, изготовленный из указанных марок стали хорошо свариваются без дополнительного подогрева.

Свариваемость Стали 45

Углеродистая сталь 45 ГОСТ 1050-88 относится к группе свариваемости 3. Для сварки эту сталь необходимо подогревать, а после сварки - подвергнуть термообработке.

Классификация сталей. Принципы классификации .

По назначению: конструкционные, пружинные, инструментальные, котельные, судовые и тд.

по свойствам: кислотостойкие, жаростойкие, теплоустойчивые, быстрорежущие и тд,

биметаллические материалы и методы их получения

по химическому составу: по содержанию углерода (до 0,25; 0,25…0,45; свыше0,45…или свыше 0,5%С.; по раскисленности(к, пс, с, Табл.1); по методам контроля(только х/с; х/с и свойства; обьем контроля свойств); по содержанию легирующих элементов(н/л Σ≤5% и ≤2% каждого; с/л 5…10% и в/л > 10%);сплавы

по способу выплавки: электро-(дуговые, плазменные, шлаковые), в индукционных печах (втч, вакуумные), конверторные, бессемеровские, мартеновские

по способу переработки: холодно- или горячекатаные, литые, кованные

по свариваемости

Химический состав стали ГОСТ 380 по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Кое что о металлах.

Маркировка сталей:

Например: Ст 3псВ3, Сталь 20,

Сталь 15 Х1М1ФА

*– только в высоколегированных сталях, не в конце.

Основной легирующий элемент – углерод

Бронзы например Бр.АЖМц10-3-1,5(алюминий,железо,марганец); Бр.КМц3-1; МНЖКТ5-1-0,2-0,2(медь, никель,железо,кремний,титан)

Понятие свариваемости.

Под физической свариваемостью понимают совокупность таких свойств металлов и сплавов, как способность их к взаимной растворимости и диффузии в твердом и жидком состояниях, совместной кристаллизации расплавленных основного и присадочного металлов.

Технологическая свариваемость является комплексной характеристикой металла, отражающей его реакцию на процесс сварки и определяющей его относительную техническую пригодность для выполнения заданных сварных соединений, удовлетворяющих условиям последующей их эксплуатации. Чем больше количество применимых к данному металлу способов сварки и шире для каждого способа сварки пределы оптимальных режимов, обеспечивающих возможность получения требуемого качества, тем лучше его технологическая свариваемость. Определение понятия свариваемости приведено в ГОСТ 29273-92.

«Металлический материал считается поддающимся сварке до установленной степени при данных процессах и для данной цели, когда сваркой достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, чтобы свариваемые детали отвечали техническим требованиям , как в отношении их собственных качеств, так и в отношении их влияния на конструкцию, которую они образуют.»

Качественные оценки свариваемости сталей получили широкое распространение в производственной практике как оценки степени свариваемости:

I – хорошая свариваемость – когда в заданных (достаточно широких) технологических (режимы) и конструктивных (способ) условиях удовлетворяются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений;

II – удовлетворительная свариваемость – когда она обеспечивается выбором рационального режима сварки и его соблюдением в процессе изготовления изделия;

III – ограниченная свариваемость – когда необходимо применять специальные технологические мероприятия или изменять способ сварки;

IV – плохая свариваемость – когда даже при всех принятых специальных технологических мероприятиях не достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений.

При оценке свариваемости главным образом при помощи проб определяют три характеристики: – стойкость против кристаллизационных трещин; – отсутствие трещин в околошовной зоне; – отсутствие перехода металла ЗТВ в хрупкое состояние. Для выс. лег. сталей еще и потеря коррозионной стойкости.

Таким образом при оценке свариваемости должны учитываться во взаимосвязи: – свойства материалов; – тип, габариты и назначение конструкции; – технология сварки.

Испытания на свариваемость.

Методы испытания стойкости к горячим трещинам (образцы переменной жесткости)

Методы испытания стойкости шва и околошовной зоны к появлению холодных трещин (образцы повышенной жесткости).

Методы испытания всех зон на переход в хрупкое состояние (мех. испытания, структурный анализ).

Испытания на стойкость к потере технологических свойств (коррозионных, механических, износостойкости и др).

Факторы влияющие на переход металла в хрупкое состояние:

Внутренние:

– соединения фосфора

– укрупнения зерна

– нитриды (азот)

– гидриды и флокины (водород)

– выпадение охрупчивающих фаз (интерметаллиды)

– концентраторы напряжений

– динамическое нагружение

– низкие температуры.

Основные свойства материалов (металлов) влияющие на их свариваемость.

Физические:

Одно, двух или многофазная структура (например Tiα или α + β, сталь А или А + Ф)

Наличие фазовых переходов в твердом состоянии (полиморфизм)

Температуры фазовых переходов (в т ч – плавления)

Температуры плавления возможных (наиболее частых) химических соединений металла

Растворимость газов в твердой и жидкой фазах

Коэффициент линейного расширения (18-8)

Пластичность в различных диапазонах температур

Вязкость жидкого металла и ее зависимость от температуры (чугун, титан)

Теплопроводность

Плотность

Способность поглощать или отражать фотоны (при лазерной сварке)

Магнитные свойства.(например, в сталях при ЭЛС или магнитное дутье при РДС, пермаллой)

Химические:

Химическая активность при различных температурах

Экзо или эндо- термические реакции

Влияние пассивационных пленок

Склонность к образованию карбидов, боридов и др.

Токсичность (цинк, свинец, бериллий)

Технологические:

Склонность к образованию горячих трещин

Вероятность образования хрупких структур (в т ч закаливаемость)

Склонность к росту зерна

Состояние поставки (история): литье, нагортовка, термообработка, горячая ковка и т. д.

Загрязненность примесями

Дефектность (поры, расслоения, включения) α

Состояние поверхности

Толщина и геометрические формы

Соответствие чертежу

(Все эти факторы применительно к каждому материалу инженер сварщик должен знать и учитывать)

Основные факторы определяющие свариваемость конструкционных материалов.

Свариваемость сталей : определяется содержанием углерода, других легирующих и толщиной.

Низкоуглеродистые стали (Рис.14) с содержанием углерода С0,20 % свариваются без ограничений, С = 0,21…0,25% иS100 мм – требуется подогрев 100…150 о С.

Почему нужен подогрев? Для уменьшения напряжений нужно уменьшать погонную энергию, но при этом растет скорость охлаждения и вероятность появления трещин.

Низколегированные конструкционные стали: 15ГС, 16ГН, 09Г2С и др. приS30 мм свариваются также, как и низкоуглеродистые. ПриS> 30 мм подогрев 100…150 о С.

Низколегированные теплоустойчивые стали (хромо-молибденовые) см таблицу (Рис.14), требуют предварительного подогрева и последующей термической обработки.

Среднелегированные стали повышенной прочности варятся только с подогревом и последующей термической обработкой. Для оценки температуры предварительного подогрева используются эмпирические уравнения влияния легирующих элементов на склонность к хрупкому разрушению. У разных авторов могут различаться набор элементов и коэффициенты при них, но принцип построения сохраняется. В частности по Д. Сефериану с учетом толщины стали:

Т предв. подогр.= 350 ,

С э = С% + 1/9(Mn% + Cr%) + 1/18Ni% + 1/13Mo%.

S– толщина стенки, мм

В случае невозможности подогрева и ТО всей конструкции применяют предварительную наплавку на свариваемые кромки с использованием сварочных материалов не склонных к образованию трещин.

Высоколегированные стали в зависимости от класса могут по-разному воспринимать цикл сварки.

Большое количество легирующих элементов может приводить к химической и, как следствие, структурной неоднородности.

Стали мартенситного и мартенсито-ферритного классов склонны к закалке и требуют подогрева.

Стали легированные азотом могут образовывать хрупкие трещины в ЗТВ.

Стали аустенитного класса склонны к горячим трещинам. Избежать их можно, добавив в металл шва 5…10% ферритной фазы. Рассчитать требуемый хим состав металла шва позволяет диаграмма Шефлера (Рис. 15).

Важным для высоколегированных сталей является не допустить в процессе сварки потери эксплуатационных свойств (прочности, жаростойкости, коррозионной стойкости и тд).

Особенностями высоколегированных хромо-никелевых сталей являются:

– низкая теплопроводность

– большой коэффициент линейного расширения (≈в 1,5 раза больше, чем углеродистых сталей)

– большая вязкость жидкого металла.

Разнородные стали

Свариваемость соединений из сталей относящихся к разным структурным классам связана, в основном, с тремя факторами:

– Существенное различие коэффициентов линейного расширения

– Образование хрупких структур в шве в процессе перемешивания

– Развитие структурной неоднородности (как правило, в зоне сплавления) в следствие, в том числе, диффузии углерода в строну металла с большей предельной растворимостью.

(Процесс диффузии углерода в сталях (при сварке, термообработке и эксплуатации) начинается с 350 о С и наиболее интенсивно идет в интервале 550…800 о С.)

– Возникшие напряжения в сварных соединениях разнородных сталей нельзя снять (или уменьшить) термообработкой.

Алюминий и его сплавы .

Сварка чистого Alпроизводится редко в основном в электротехнической промышленности где используется холодная сварка давлением.

Alсплавы делятся на две большие группы: термоупрочняемые и деформируемые т.е. упрочняемые наклепом (нагортовкой, деформацией). Общие для всех сплавов проблемы свариваемости следующие:

На поверхности металла всегда имеется плотная тугоплавкая пленка Al 2 О 3 , с температурой плавления 2050 о С, при Т пл Al= 660 о С. Пленка препятствует растеканию и смачиванию жидкого металла и образует острые чешуйчатые оксидные включения.

Высокая жидкотекучесть и резкое падение прочности твердого металла при высоких температурах (вблизи Т пл) приводит к возможности проливания сварочной ванны.

Большая величина коэф. линейного расширения и низкий модуль упругости определяют высокую опасность деформирования конструкции.

Высокая растворимость газов (в первую очередь водорода) в жидком металле и очень низкая в твердом металле приводит к выделению 90…95% газа в момент кристаллизации, что приводит к интенсивной пористости.

Грубая столбчатая кристаллическая структура шва способствует развитию структурной неоднородности и наряду с П2 появлению горячих трещин особенно у сплавов типа АМг и АМц. (Al-Mg; Al-Mn)

При сварке деформируемух сплавов происходит существенная потеря прочности в зоне рекристаллизации (АМг и АМц).

Термо упрочняемые сплавы системы Al-Zn-MgилиAl-Cu-Mg(дюрали), или сплавы с большим содержаниеSi≥5% (силумины) склонны к охрупчиванию и появлению холодных трещин через некоторое время после сварки.

Технологические приемы применяемые при сварке: качественная очистка места сварки (травление, механическая очистка); подформовка стыка; переменный ток или обратная полярность; правильный выбор присадочного материала.

Титан и его сплавы .

Химически активный конструкционный материал – горит в чистом азоте.

• Ручная дуговая
• Газовая сварка.

Возможные способы:

Среднелегированные стали

• Медленное охлаждение шва.

Сталь – это основной конструкционный материал. Он представляет собой железоуглеродистый сплав с содержанием различных примесей. Все компоненты, входящие в ее состав, оказывают влияние на свойства слитка. Одной из технологических характеристик металлов является способность образовывать качественные сварные соединения.

Факторы, определяющие свариваемость стали

Оценка свариваемости стали производится по значению основного показателя – углеродного эквивалента Сэкв. Это условный коэффициент, учитывающий степень влияния содержания карбона и основных легирующих элементов на характеристики шва.

На свариваемость сталей влияют следующие факторы:

Наличие вредных примесей.

Степень легирования.

Вид микроструктуры.

Условия внешней среды.

Толщина металла.

Наиболее информативным параметром является химический состав.

Распределение сталей по группам свариваемости

С учетом всех перечисленных факторов, свариваемость стали имеет различные характеристики.

Классификация сталей по свариваемости.

• Хорошая (при значении Сэкв≥0,25%): для низкоуглеродистых стальных деталей; не зависит от толщины изделия, погодных условий, наличия подготовительных работ .
• Удовлетворительная (0,25%≤Сэкв≤0,35%): присутствуют ограничения к условиям окружающей среды и диаметру свариваемой конструкции (температура воздуха до -5, в безветренную погоду, толщина до 20 мм).
• Ограниченная (0,35%≤Сэкв≤0,45%): для образования качественного шва необходим предыдущий подогрев. Он способствует «плавным» аустенитным преобразованиям, формированию устойчивых структур (ферритно-перлитные, бейнитные).
• Плохая (Сэкв≥0,45%): формирование механически стабильного сварного соединения невозможно без предыдущей температурной подготовки кромок металла, а также последующей термической обработки сваренной конструкции. Для образования нужной микроструктуры необходимы дополнительные подогревы и плавные охлаждения.

Термическая обработка

В зависимости от группы свариваемости сталей и соответствующих технологических особенностей, характеристики сварного соединения можно корректировать с помощью последовательных температурных влияний. Выделяют 4 основных способа термообработки: закаливание, отпуск, отжиг и нормализация.

Наиболее распространенными являются закалка и отпуск для твердости и одновременной прочности сварного шва, снятия напряжения, предупреждения трещинообразования. Степень отпуска зависит от материала и желаемых свойств.

Большинство низколегированных конструкционных сталей обладает удовлетворительной свариваемостью. Ввиду возросшего значения сварки конструкционная низколегированная сталь новых марок, как правило, отличается удовлетворительной свариваемостью. Если же испытания пробных партий стали показывают недостаточно удовлетворительную свариваемость, то обычно для улучшения свариваемости изготовители корректируют состав стали. В некоторых случаях требуется небольшой предварительный подогрев стали до 100-200 °С, реже приходится прибегать к последующей термообработке.

По структуре низколегированные стали относятся обычно к перлитному классу. Большое разнообразие химического состава низколегированных сталей весьма затрудняет получение одинакового состава наплавленного и основного металлов при сварке плавлением, что требует большого разнообразия присадочных материалов. Поэтому, за исключением некоторых особых случаев, когда требуется соответствие химического состава основного и наплавленного металлов (например, получение устойчивости против коррозии, крипоустойчивости и т. п.), обычно ограничиваются получением необходимых механических свойств наплавленного металла, не принимая во внимание его химический состав. Это позволяет при сварке многих сортов сталей пользоваться немногими видами присадочных материалов, что является существенным практическим преимуществом. Например, электродами УОНИ -13 успешно свариваются десятки марок углеродистых и низколегированных сталей. В сварных конструкциях низколегированные стали обычно предпочитают углеродистым той же прочности. Для установления необходимости небольшого предварительного подогрева и последующего отпуска часто принимают во внимание максимальную твердость металла зоны влияния. Если твердость не превышает НВ 200-250, то подогрев и отпуск не требуются, при твердости НВ 250-300 подогрев или отпуск желательны, при твердости выше НВ 300-350 - обязательны.

Из высоколегированных сталей обладают хорошей свариваемостью и находят широкое применение в сварных конструкциях стали аустенитного класса. Наиболее широко применяются хромо-никелевые аустенитные стали, например общеизвестная нержавеющая сталь 18-8 (18% Сг и 8% Ni). Хромоникелевые аустенитные стали применяются как нержавеющие, а при более высоком легировании, например при содержании 25% Сг и 20% Ni, они являются и жароупорными сталями. Содержание углерода в хро-моникелевых аустенитных сталях должно быть минимальным, не превышающим 0,10-0,15%, иначе возможно выпадение карбидов хрома, резко снижающее ценные свойства аустенитной стали.

Сварка аустенитных сталей должна, как правило, сохранить структуру аустепита в сварном соединении и связанные с ценные свойства: высокое сопротивление коррозии, высокую пластичность и т. д. Распад аустенита сопровождается выпадением карбидов, образуемых освобождающимся из раствора избыточным углеродом. Распаду аустенита способствуют нагрев металла до температур ниже точки аустенитного превращения, уменьшение содержания аустенитообразующих элементов, повышение содержания углерода в низкоуглеродистых аустенитных сталях, загрязнение металла примесями и т. д. Поэтому при сварке аустенитных сталей следует сокращать до минимума продолжительность нагрева и количество вводимого тепла и применять возможно более интенсивный отвод тепла от места сварки - посредством медных подкладок, водяного охлаждения и т. д.

Аустенитная сталь, предназначенная для изготовления сварных изделий, должна быть высшего качества, с минимальным количеством загрязнений. Поскольку распад хромоникелевого аустенита вызывается образованием и выпадением карбидов хрома, стойкость аустенита может быть повышена введением в металл карбидообразователей более сильных, чем хром. Для этой цели оказались пригодными титан и ниобий, в особенности первый элемент, к тому же не являющийся дефицитным. Титан весьма прочно связывает освобождающийся углерод, не позволяя образовываться карбидам хрома, и тем самым предотвращает распад аустенита. Для сварки рекомендуется применять аустенитную сталь с небольшим содержанием титана. Хорошей свариваемостью отличается, например, нержавеющая аустенитная хромо-никелевая сталь Х18Н9Т типа 18-8 с небольшим количеством титана (не свыше 0,8%).

Более строгие требования, естественно, предъявляются к присадочному металлу, который должен быть аустенитным, желательно с некоторым избытком легирующих элементов, с учетом возможного их выгорания при сварке и со стабилизирующими добавками - титаном или ниобием. ГОСТ 2246-60 предусматривает аустенитную присадочную проволоку для сварки нержавеющих и жароупорных сталей. Аустенитная присадочная проволока иногда применяется и для сварки сталей мартенсигного класса. Дефицитность и высокая стоимость аустенитной хромоникелевой проволоки заставляют разрабатывать более дешевые заменители.

Стали мартенситного класса, отличающиеся высокой прочностью и твердостью, находят применение как инструментальные стали, как броневые и т. д. Сварка их связана с известными трудностями. Стали легко и глубоко закаливаются, поэтому после сварки обычно необходима последующая термообработка, заключающаяся в низком или высоком отпуске. Часто необходим также предварительный подогрев изделия. Существенное значение может иметь предшествующая термообработка изделия перед сваркой; желательно по возможности равномерное мелкодисперсное распределение структурных составляющих. При сварке плавлением часто отказываются от сходства наплавленного и основного металла не только по химическому составу, но и по механическим свойствам, стремясь в первую очередь обеспечить повышенную пластичность наплавленного металла и устранить образование в нем трещин. Для этой цели при дуговой сварке довольно часто применяют, например, электроды из аустенитной стали.

Стали карбидного класса применяют главным образом как инструментальные, и на практике чаще приходится иметь дело не со сваркой, а с наплавкой этих сталей при изготовлении и восстановлении металлорежущего инструмента, штампов и т. п. Предварительный подогрев и последующая термообработка для этих сталей по большей части обязательны. Для дуговой сварки и наплавки применяются электродные стержни легированных сталей, близких по свойствам к основному металлу, а также стержни низкоуглеродистой стали с легирующими покрытиями, содержащими соответствующие ферросплавы. По окончании сварки или наплавки обычно производится термообработка, состоящая из закалки и отжига.

Стали ферритного класса отличаются тем, что в них совершенно подавлено или ослаблено образование аустенита при высоких температурах за счет введения больших количеств стабилизаторов феррита. Существенное практическое значение имеют хромистые ферригные стали с содержанием 16-30% Сг и не свыше 0,1-0,2% С, отличающиеся кислотоупорностью и исключительной жаростойкостью. Стали могут быть сварены с присадочным металлом того же состава или аустенитным. Обязателен предварительный подогрев; по окончании сварки производится продолжительный отжиг в течение нескольких часов, за которым следует быстрое охлаждение.

Для автоматической дуговой сварки легированных сталей открывает новые возможности применение керамических флюсов.

Свариваемость сталей зависит от степени легирования, структуры и содержания примесей. Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. С увеличением содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. Для сварки конструкций в основном применяют конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные, а также среднелегированные стали.

Главными трудностями при сварке этих сталей являются:
- чувствительность к закаливаемости и образованию холодных трещин;
- склонность к образованию- горячих трещин;
- обеспечение равнопрочности сварного соединения.

В зависимости от эквивалентного содержания углерода и связанной с этим склонности к закалке и образованию холодных трещин стали по свариваемости делят на четыре группы: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся стали.

Свариваемостью называется способность стали образовывать сварное соединение без дефектов, имеющее физические и механические свойства, близкие к свойствам основного металла. Под свариваемостью понимается отношение стали к конкретному способу и режиму сварки.

Под сварным соединением понимается металл шва и околошовная зона основного металла. Околошовной зоной называется узкий участок основного металла вдоль шва, который в процессе сварки не расплавлялся, но подвергался воздействию высоких температур. У некоторых сталей на участке околошовной зоны при нагреве до критической температуры (723°С) и выше происходят структурные фазовые превращения (изменение формы и размеров зерен). Это явление называется вторичной кристаллизацией. Участок околошовной зоны таких сталей, на котором произошла вто-р^чная кристаллизация, называется зоной термического влияния. При ручной дуговой сварке покрытыми электродами ширина зоны термического влияния мсжет составлять 3-6 мм. В металле шва могут возникнуть дефекты - трещины и поры. На участке зоны термического влияния также могут появляться трещины.

Оценка степени свариваемости. Степень свариваемости данной стали тем выше, чем больше способов сварки может быть к ней применено и чем шире пределы режимов каждого способа.

Свариваемость сталей оценивают по следующим, наиболее характерным показателям:
1) Стойкость металла шва против образования горячих трешки;
2) Стойкость сварного соединения против образования холодных трещин;
3) Структура шва и околошовной зоны, их твердость;
4) Прочность, пластичность и вязкость сварного соединения;
5) Свойства сварного соединения, обусловленные эксплуатационными требованиями (жаростойкость, стойкость против химической коррозии и т. д.).

Из перечисленных показателей в каждом конкретном случае определяют не все, а только те, которые имеют решающее значение для данной конструкции. В зависимости от условий эксплуатации могут определяться другие показатели свариваемости. Но во всех случаях основным показателем свариваемости сталей является стойкость сварного соединения против образования горячих и холодных трещин.

Горячие и холодные трещины. Трещины являются самым серьезным дефектом сварки, часто приводящим к неисправимому браку. Различают трещины горячие и холодные.

Горячие трещины возникают в сварных соединениях при температурах свыше 1000°С в период кристаллизации. В большинстве случаев они возникают по границам зерен металла.

Причины образования горячих трещин:
а) неправильное, жесткое закрепление свариваемых деталей, в результате чего в металле появляются растягивающие усилия;
б) уменьшение объема металла при затвердевании, вызывающее образование усадочных раковин и возникновение внутренних остаточных напряжений.

С увеличением содержания в стали элементов, образующих химические соединения с низкой температурой плавления (сера, хром, молибден), вероятность образования горячих трещин увеличивается.

Холодные трещины возникают в сварных соединениях при температурах ниже 1000°С в процессе остывания до окружающей температуры, а также появляются в условиях эксплуатации. Они возникают, как правило, по кристаллам (зернам).

Образование холодных трещин при сварке вызывается резкими изменениями механических свойств, характером напряженного состояния в процессе структурных превращений (вторичная кристаллизация).

Причины образования холодных трещин:
а) повышенное содержание в стали углерода и легирующих элементов, вызывающих закалку и местные структурные напряжения;
б) растягивающие напряжения, вызванные неравномерным нагревом и остыванием при сварке.

Загрязнение основного металла фосфором и насыщение металла шва водородом в процессе сварки увеличивают склонность к образованию холодных трещин.

Влияние химического состава сталей на свариваемость. На свариваемость сталей решающее влияние оказывает химический состав. От него зависят физические свойства стали и структура, которые могут измениться под влиянием нагрева и охлаждения в процессе сварки.

Повышенное содержание в стали углерода, марганца (Г), кремния (С), хрома (X), ванадия (Ф), вольфрама (В) улучшает эксплуатационные характеристики сталей, но затрудняет сварку конструкций из таких сталей.

Присутствие в стали меди (Д), титана (Т), ниобия (Б) повышает эксплуатационные характеристики сталей и одновременно положительно отражается на свариваемости таких сталей.

Никель (Н) на свариваемость сталей не влияет. Его присутствие повышает прочность, пластичность стали, способствует получению мелкозернистой структуры ее.

Классификация сталей по степени свариваемости. По степени свариваемости все стали условно делят на четыре группы: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.

Хорошо сваривающиеся стали свариваются любыми способами без применения сложной технологии. К этой группе относятся малоуглеродистые стали с нормальным содержанием марганца, кремния, хрома и низколегированные стали с содержанием углерода до 0,2%. Такие стали свариваются в общем случае без предварительного подогрева. Сварка при отрицательных температурах, особенно конструкций из толстого металла, требует иногда предварительного подогрева до температуры 100-160 °С. Необходимость предварительного подогрева устанавливается в каждом конкретном случае. Примером таких сталей служат: углеродистые обыкновенного качества (Ст 2пе, Ст 2сп, Ст Зпс, Ст Зсп, Ст 4пс, Ст 4сп); углеродистые качественные конструкционные (10, 15, 20); низколегированные конструкционные (09Г2С, 09Г2, 10Г2С1, 12ГС, 16ГС, 14ХГС, 10ХСНД).

Удовлетворительно сваривающиеся стали требуют строгого соблюдения режима сварки, тщательной очистки свариваемых кромок, нормальных температурных условий (температура выше нуля, отсутствие ветра). К этой группе относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,35% и низколегированные стали с содержанием углерода до 0,3%- Такие стали требуют предварительного подогрева до температуры 150-250°С при сварке в условиях отрицательных температур. Некоторые из таких сталей в зависимости от условий эксплуатации и ответственности конструкции после сварки требуют последующей термической обработки (отжиг, высокий отпуск). Примером таких сталей служат углеродистые обыкновенного качества (Ст 5пс, Ст 5сп, Ст 5Гпс); углеродистые качественные конструкционные (30, 35); низколегированные конструкционные (15ХСНД, 25Г2С, 20ХГ2С).

Ограниченно сваривающиеся стали склонны к образованию трещин при сварке в обычных нормальных условиях. Такие стали свариваются с предварительным подогревом до температуры 250- 350°С. К этой группе относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,5%, низколегированные стали с повышенным содержанием легирующих элементов, некоторые легированные стали. После сварки таких сталей рекомендуется отжиг или высокий отпуск, а при сварке ответственных конструкций отжиг и отпуск обязательны. Примеры таких сталей: углеродистые обыкновенного качества (Ст бпс); углеродистые качественные конструкционные (40, 45, 50); низколегированные и легированные конструкционные (ЗО-.ХМА, 30 ХГС, 35 ХМ, 35 ХГСА).

Плохо сваривающиеся стали образуют трещины при с-варке в обычных условиях. Такие стали сваривают определенными способностями с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 300-450 °С и последующей термообработкой. К этой группе относятся углеродистые стали с содержанием углерода свыше, 0,5%, низколегированные стали с повышенным содержанием марганца, кремния, большинство легированных специальных сталей. Примером таких сталей служат: углеродистые качественные конструкционные (60, 65, 70); низколегированные и легированные конструкционные (40Г2, 50Г2, 40ХГ, 40ХГР, 40ХФА, 40ХС).

Определение степени свариваемости. Знание показателей свариваемости различных сталей облегчает выбор ориентировочной технологии сварки, которая обязательно проверяется на образцах (технологических пробах).

Для определения степени свариваемости сталей разработано много различных практических способов в зависимости от требований, предъявляемых к сварным соединениям и условиям их эксплуатации.

Одним из распространенных способов определения свариваемости является технологическая проба по методу Кировского завода (г. Ленинград). Из испытуемой стали изготавливается пластина 130X130X12 мм. В ней делается выточка диаметром 80 мм, в которой наплавляется по диаметру валик. Нижняя часть пластины (донышко с наплавленным валиком) охлаждается воздухом, водой или подогревается. После наплавки валика пластину выдерживают двое суток, затем разрезают, шлифуют и протравливают кислотой для выявления трещин.

Если при охлаждении водой пластина не дает трещин, то сталь считается хорошо сваривающейся.

Удовлетворительно сваривающаяся сталь дает трещины при охлаждении водой и не дает трещин при охлаждении на воздуха.

Рис. 1. Технологическая проба Кировского завода

Рис. 2. Технологическая проба МВТУ

Если пластина дает трещины при охлаждении на воздухе и не дает трещин при предварительном подогреве до 150 °С, то сталь считается ограниченно сваривающейся.

Технологическая листовая проба МВТУ дает качественную оценку сопротивляемости шва образованию горячих трещин. Пластины различной ширины соединяются прихватками. На пластины наплавляется валик в направлении от узких пластин к более широким. Трещины образуются в местах пересечения стыка пластин наплавленным валиком. Показателем стойкости является наименьшая ширина пластины, при которой горячие трещины не образуются.

Характерным приближенные показателем свариваемости стали является твердость околошовной зоны. Если твердость не превышает 300 единиц по Бринеллю, значит, сварку такой стали можно вести без подогрева. При большей величине твердости требуется предварительный подогрев основного металла.

При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом приближении проводят оценку свариваемости.

Влияние основных легирующих примесей на приведены ниже.

Углерод (С) – одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание "С" приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту – ЗТВ) и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) – вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит к – красноломкость, а "P" вызывает хладноломкость. Поэтому содержание "S" и "P" в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4-0,5%.

Кремний (Si) присутствует в сталях как примесь в количестве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании "Si" свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании "Si" – до 0,8-1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов "Si", ухудшающих свариваемость стали.

Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% – процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием "Mn" в количестве 1,8-2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7-3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Ni) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных – до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является пре­валирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2-0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден (Мо) в сталях ограничивается 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобии (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8-1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на , кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:

СЭКВ = С + Мn/6 + Сr/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Си/15 (метод МИС);

СЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Сr/5 + Мо/4 (японский метод);

[С]Х = С + Мn/9 + Сr/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

где цифры указывают содержание в стали в массовых долях процента соотвтствующих элементов.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связанных с разработкой. Достаточно часто расчеты химического углеродного эквивалента для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей перлитного класса выполняются по формуле Сефериана.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся (табл. 1.1).

К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]Х≤0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии , т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработкой. Для конструкций, работающих в условиях статических нагрузок, термообработку после сварки не производят. Для ответственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется

Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х=0,39-0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей термообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали 30Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск)

Таблица 1. Классификация сталей по свариваемости .

В случае, когда невозможен последующий отпуск, заваренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35% углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]Х=0,46-0,59) перлитного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Свариваемость сталей этой группы обеспечивается при использовании специальных технологических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 14мм, температура окружающей среды не ниже +5°С и свариваемые соединения имеют вспомогательный характер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка данной группы сталей назначается по режиму, выбираемому для конкретной стали.

К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х≥0,60) перлитного класса, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому их сварку выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200°С. Термообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

Эксплуатационная надежность и долговечность сварных конструкций из низколегированных теплоустойчивых сталей зависит от предельно допустимой температуры эксплуатации и длительной прочности сварных соединений при этой температуре. Эти показатели определяются системой легирования теплоустойчивых сталей. По системе легирования стали можно разделить на хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые и хромомолибденовольфрамовые (табл. 1.2). В этих сталях значение углеродного эквивалента изменяется в широких пределах и оценка свариваемости сталей по его значению нецелесообразна. Расчет температуры предварительного подогрева выполняется для каждой кон­кретной марки сталей.

Разделение высоколегированных сталей по группам (нержаве­ющие, кислотостойкие, жаростойкие и жаропрочные) в рамках ГОСТ5632-72 выполнено условно в соответствии с их основными служебными характеристиками, так как стали жаропрочные и жаростойкие являются одновременно кислотостойкими в определенных агрессивных средах, а кислотостойкие стали обладают одновременно жаропрочностью и жаростойкостью при определенных температурах.

Для хорошо сваривающихся высоколегированных сталей термообработку до и после сварки не проводят. При значительном наклепе металл необходимо закалить от 1050-1100°С. Тепловой нормальный. К этой группе сталей можно отнести ряд кислотостойких и жаропрочных сталей с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой.

Для удовлетворительно сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендуется предварительный отпуск при 650-710°С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный. При отрицательной температуре сварка не допускается. Предварительный подогрев до 150-200°С необходим при сварке элементов конструкции с толщиной стенки более 10мм. После сварки для снятия напряжений рекомендуется отпуск при 650-710°С. К этой группе в первую очередь можно отнести большую часть и некоторых хромоникелевых сталей.

Таблица 2. Марки теплоустойчивых и высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основе.

Для ограниченно сваривающихся высоколегированных сталей термообработка перед сваркой различная (отпуск при 650-710°С с охлаждением на воздухе или закалка в воде от 1050-1100°С). При сварке большинства сталей этой группы обязателен предварительный нагрев до 200-300°С.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости детали подвергают отпуску при 650-710°С. Для сварки ряда сталей аустенитного класса обязательна закалка в воде от 1050-1100°С.

Для плохо сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендован отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Для всей группы сталей обязателен предварительный подогрев до 200-300°С. Сварка стали 110Г13Л в состоянии закалки производится без нагрева. Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям, в зависимости от марки стали и назначения. Для стали 110Г13Л термообработка не требуется.