Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Глава 9. Основы сварки стали

       

Свариваемость и причины возникновения трещин в стали

Свариваемостью называют свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает ее химический состав. Как известно, сталь в основном состоит из железа с неизменной примесью углерода. По содержанию углерода в стали разделяются на: иизкоуглеродистые (до 0,25% С); среднеуглеродистые (0,25—0,4 % С); высокоуглеродистые (0,46—0,9 % С). Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, широко применяемые для строительных конструкций. Сварка среднеуглеродистыч сталей возможна при условии соблюдения особой технологии, включающей, как правило, предварительный прогрев и последующую термообработку, устраняющие закалку соединения. Ручная дуговая сварка высокоуглеродистых сталей не рекомендуется. Она возможна только при соблюдении технологии, которая, однако, не всегда обеспечивает получение соединения, равнопрочного основному металлу.

Кроме углерода в стали и шве содержатся Мп и Si, попадающие в металл в процессе раскисления. Для повышения прочностных характеристик и приобретения особых свойств стали (коррозионной стойкости, жаропрочности и т. п.) применяют легирование металла различными полезными элементами, которые, улучшая его свойства, вместе с тем ухудшают его свариваемость. Легированные стали разделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на: низколегированные (не более 2,5 %); легированные (2,5—10 %) и высоколегированные (более 10 %). Свариваемость стали можно приближенно определить по количеству легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду, по формуле

где Сэ — эквивалент углерода, %; С, Мп, Si и др —содержание в стали этих элементов, %

При Сэ≤0,35 % сталь хорошо сваривается, а при толщине свариваемых элементов до 8 мм хорошо сваривается при Сэ до 0,5 %. При большей толщине металла или при Сэ>0,35 % требуются предварительный подогрев и даже последующая термообработка или другие технологические методы сварки. Как видно из приведенной формулы, увеличение в стали содержания Мn и Cr; V и Сu примерно в равной степени влияет на ухудшение свариваемости. Значительно ухудшает свариваемость увеличение содержания фосфора более 0,05 %. Наличие фосфора 0,05 % и менее в формуле не учитывается. В меньшей степени влияют на ухудшение свариваемости Si и Ni; Сu, при содержании равном 0,5 % и менее, также не учитывается в формуле.

При оценке свариваемости стали помимо химического состава учитываются: конструктивные формы изделий, технологические особенности сварки, физические свойства металла, склонность к закаливанию, образованию трещин прн сварке и после охлаждения, коррозионная стойкость при различных температурах, прочность, пластичность, вязкость и другие характеристики.

При выборе технологии сварки важное место занимает погонная энергия. Зависимость механических свойств стали от погонной энергии видна из рис. 9.7, оптимальная ее величина равна в данном случае 30— 40 кДж/см. От погонной энергии при сварке металла определенного химического состава зависят его структура, склонность к закаливанию и образованию трещин.

Рис. 9.7. Влияние погонной энергии (Qэф/v) на свойства зоны термического влияния углеродистой стали
а — угол статического изгиба, град; НВ — твердость по Бринеллю; KCU — ударный изгиб, Дж/см2

Различают два вида трещин в шве и зоне термического влияния: горячие и холодные.

Горячие или кристаллизационные трещины образуются при высокой температуре в период кристаллизации сварного соединения. На их образование влияют высокая скорость охлаждения и, как следствие, увеличение темпов деформации в сочетании с неблагоприятным химическим составом. Увеличенное содержание углерода, серы, меди и некоторых других элементов вызывает их межкристаллитную ликвацию, в результате чего замедляется затвердевание жидкого сплава между кристаллами. Это ослабляет их связь и при термической деформации приводит к образованию макроскопических трещин. Неблагоприятная форма сварного соединения также может вызвать образование горячих трещин. Это хорошо видна на примере конструкции, металл которой не был склонен к образованию горячих трещин (рис. 9.8). Однако горячие трещины возникали в швах, приваривающих к тумбе бобышки сплошного сечения ввиду большой жесткости данного узла. Изменение конструкции бобышка устранило этот дефект (рис. 9.8, б, узел А). Горячие трещины, несмотря на их незначительную величину, могут вызывать ослабление сварного соединения и его разрушение, особенно при переменных или динамических нагрузках.

Рис. 9.8. Влияние конструкции иа образование горячих трещин
а — конструкция с бобышками сплошного сечения; 6 — бобышка составного сечения; 1 — конструкция; 2 — бобышка

Холодные трещины возникают в швах и в зоне термического влияния при более низких температурах в процессе структурных изменений при охлаждении сварного соединения. Наиболее часто они возникают в сварных соединениях из закаливающихся средне-и высоколегированных сталей. Они могут зарождаться и распространяться в течение нескольких часов или даже суток после сварки. Холодные трещины — наиболее опасный дефект, и для его предупреждения должны быть приняты меры по подбору более качественных материалов для сварки (основной металл, электроды), а также по применению оптимальной технологии сварки (правильная последовательность выполнения швов, проведение термической обработки и др.). Для окончательного суждения о свариваемости стали проводят испытания сварных образцов на прочность, пластичность, вязкость при различных температурах, коррозионную стойкость и на другие показатели, которые необходимы в конструкциях, изготовляемых нз стали данной марки.

Контрольные вопросы

  1. Какие особенности металлургического процесса происходят при дуговой сварке?
  2. Как реагируют кислород, азот и водород, находящиеся в зоне дуги при сварке?
  3. Какое действие оказывает кислород на расплавляемый при сварке металл?
  4. Какое действие оказывает азот при дуговой сварке?
  5. Какими способами необходимо предупреждать попадание водорода в сварной шов?
  6. Для чего служит покрытие электродов?
  7. Какой должен быть шлак при сварке покрытыми электродами?
  8. Что называется раскислением стали? Какие виды, раскисления вы знаете?
  9. Что называют легированием стали?
  10. В чем заключается рафинирование металла шва?
  11. Особенности металлургических процессов при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом?
  12. Что называют первичной и вторичной кристаллизацией сварного шва?
  13. Что называют зоной термического влияния; ее величина; из каких участков она состоит?
  14. Какая разница между горячими и холодными трещинами, опасны ли они?

Упражнения

  1. Определите длину сварочной ванны при Iсв = 300 А, Uд = 258 В, P = 210-2?
  2. Чему равен Ка, если масса покрытия одного электрода диаметром 5 мм на длине 400 мм равна 30 г?
  3. По сертификату (документу, сопровождающему поставляемую заказчику сталь) в стали содержатся: С=0,18 %; Мn = 1,2 %; Si=0,5 %; Сr-=4,5 %; Ni =/2 %; Р=0,08 %. Является ли эта сталь хорошо свариваемой?

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru