>>> Перейти на мобильную версию сайта >>>

Учебное пособие

Сварка

Понятие о свариваемости

Процесс сварки представляет собой сочетание нескольких одновременно протекающих процессов, которые определяют качество получаемого сварного соединения. К этим процессам относятся: нагрев металла околошовных участков, плавление, кристаллизация основного металла или взаимная кристаллизация основного и присадочного (или электродного) металлов. Протекание этих процессов определяется в основном свойствами свариваемых металлов. Однако такие факторы, как слишком высокая температура, очень большие скорости охлаждения, необоснованный выбор присадочного металла и режима сварки, могут значительно снизить качество сварного соединения. При разнородных металлах процесс взаимной кристаллизации может не произойти, вследствие чего сварка таких металлов не может быть осуществлена.

Свариваемостью называется свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Большое влияние на свариваемость металлов и сплавов оказывает их химический состав. Это особенно наглядно видно на примере железоуглеродистых сплавов. Свариваемость углеродистой стали изменяется в зависимости от содержания основных примесей. Углерод является наиболее важным элементом в составе стали, определяющим почти все основные свойства стали в процессе обработки, в том числе и свариваемость. Низкоуглеродистые стали (С менее 0,25%) свариваются хорошо. Среднеуглеродистые стали (С менее 0,35%) также свариваются хорошо. Стали с содержанием углерода более 0,35% свариваются хуже. С увеличением содержания углерода в стали свариваемость ухудшается. В околошовных зонах появляются закалочные структуры и трещины, а шов получается пористым. Поэтому для получения качественного сварного соединения возникает необходимость применять различные технологические приемы. Марганец не затрудняет сварку стали при содержании его 0,3...0,8%. Однако при повышенном содержании марганца (1,8...2,5%) прочность, твердость и закаливаемость стали возрастают, и это способствует образованию трещин. При сварке высоко марганцовистых сталей (11 ... 16% Мп) происходит выгорание марганца, поэтому его восполняют, используя электродные покрытия и флюсы с повышенным содержанием марганца. Кремний содержится в обычной углеродистой стали в пределах 0,02 ... 0,3% и существенного влияния на свариваемость не оказывает. При повышенном содержании (0,8... 1,5%) кремний затрудняет сварку, так как придает стали жидкотекучесть и образует тугоплавкие оксиды и шлаки. Сера является самой вредной примесью стали. Содержание серы в стали допускается не более 0,05%. Сера образует в металле сульфид железа, который имеет более низкую температуру плавления, чем сталь, и плохо растворяется в расплавленной стали. При кристаллизации частицы сульфида железа располагаются между кристаллами металла шва и способствуют образованию горячих трещин. Фосфор является также вредной примесью. Фосфор ухудшает свариваемость стали, так как образует хрупкий фосфид железа, придающий стали хладноломкость. Содержание фосфора в стали не превышает 0,05%.

Свариваемость стали принято оценивать по следующим показателям: склонность металла шва к образованию горячих и холодых трещин; склонность к изменению структуры в околошовной зоне и к образованию закалочных структур; физико-механические свойства сварного соединения; соответствие специальных свойств (жаропрочность, износостойкость и др.) сварного соединения техническим условиям.

Свариваемость определяют двумя основными методами, разработанными МВТУ им. Баумана (валиковая проба) и Кировским (г. Ленинград) заводом. Валиковая проба заключается в следующем: изготовляют образцы, на которые наплавляют по одному валику при различной погонной энергии. Обработанные и протравленные образцы подвергают макро- и микроисследованиям, а затем механическим испытаниям на загиб и ударную вязкость. Результаты исследования позволяют не только оценить свариваемость стали по многим показателям, но и установить оптимальные режимы сварки.

По методу, разработанному Кировским заводом, исследование проводят на образцах из толстолистовой стали. Пластины размером 130 x 130 мм имеют в середине выточки диаметром 90 мм, при этом оставшиеся донышки у выточек должны иметь толщину 2, 4 и 6 мм. В выточки по диаметру наплавляют валик и в процессе наплавки пластины охлаждают с наружной стороны проточной водой или струей воздуха. Стали считаются сваривающимися хорошо, если трещины отсутствуют; удовлетворительно, если трещины образуются при охлаждении водой, но отсутствуют при охлаждении воздухом; ограниченно, если сталь для предупреждения образования трещин требует предварительного подогрева до 100... 150° С и охлаждения на воздухе. Плохо сваривающиеся стали требуют предварительного подогрева до 300° С и выше.

Углеродистые стали по свариваемости можно условно подразделить на следующие группы: хорошо сваривающиеся стали: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4 (ГОСТ 380—71), 08, 10, 15, 20, 25 (ГОСТ 1050—74); удовлетворительно сваривающиеся стали: Ст5 (ГОСТ 380—71), 30, 35 (ГОСТ 1050—74); ограниченно сваривающиеся стали: Ст6, Ст7 (ГОСТ 380—71), 40, 45, 50 (ГОСТ 1050—74); плохо сваривающиеся стали: 60Г, 65Г, 70Г, 65, 70, 75, 80, 85 (ГОСТ 1050—74).

В сварных строительных конструкциях используются главным образом стали первой группы. Стали СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4 применяют при изготовлении различных строительных конструкций, арматуры железобетонных изделий, горячекатаных и сварных труб с прямым и спиральным швом; из стали СтЗ изготовляют бункера, резервуары, газгольдеры, конструкции доменного комплекса, балки различных перекрытий; стали 10, 15, 20, 25 используют для изготовления горячекатаных труб. Эти стали хорошо поддаются сварке и образуют сварной шов без хрупких структур и пористости.