Свариваемость углеродистых конструкционных сталей

СВАРИВАЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ

Одним из важных технологических свойств металлов является их свариваемость, т. е. способность образовывать сварное соединение.

Для разных видов сварки она может быть неодинаковой. Очень ценное свойство металла — хорошая свариваемость для нескольких видов сварки. К таким металлам относится, например, малоуглеродистая сталь.

Наиболее проста и распространена сварка деталей из одного и того же металла. Здесь большинство металлов проявляют достаточно хорошую свариваемость. Но встречаются случаи пониженной свариваемости, где сварное соединение нельзя признать удовлетворительным.

Иногда сварка настолько затруднена, что применить ее можно лишь при использовании особых, сложных приемов. Примерами металлов, имеющих пониженную свариваемость, могут служить некоторые высоколегированные стали, закаливающиеся стали, многие чугуны, большинство медно-цинковых сплавов, некоторые тугоплавкие и химически высокоактивные металлы и др.

Факторами, затрудняющими сварку, могут быть образование кристаллизационных и холодных трещин, возникновение зон высокой хрупкости, испарение составных частей металла и пр.

Более сложный случай - сварка разнородных металлов, которые различны по своей природе и свойствам. При этом сварку может затруднить

- недостаточная взаимная растворимость металлов (свинец и медь, свинец и железо, магний и железо),

- слишком большое различие в температурах плавления и кипения (железо — цинк, вольфрам — свинец),

- образование в зоне сварки хрупких интерметаллических соединений(алюминий — медь, алюминий — магний, железо — титан) и т. д.

Удовлетворительная свариваемость должна обеспечивать соответствие сварного соединения определенным техническим требованиям. Поскольку такие требования весьма разнообразны, различными могут быть и показатели, принимаемые для оценки свариваемости. В связи с этим существует ряд испытаний для оценки свариваемости.

Из них наиболее часто применяются такие:

1) определение стойкости металла шва к образованию кристаллизационных трещин;

2) определение стойкости металла околошовной зоны к образованию холодных трещин;

3) определение стойкости металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом к переходу в хрупкое состояние в сопоставлении с основным металломпри различных условиях (определение ударной вязкости, показателя пластической деформации и пр.);

4) проверка служебных характеристик металла шва и сварного соединения:

- механические свойства,

- стойкость против коррозии,

- износостойкость и др.

Выбор вида испытаний для оценки свариваемости того или иного металла зависит от свойств этого металла и условий работы сварного изделия.

СВАРИВАЕМОСТЬ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

К углеродистым конструкционнымсталям относятся стали, в которых содержание углерода находится в пределах 0,1— 0,6%, а количество остальных примесей не превышает: Мп — 0, 7%- Si — 0,4%; Р - 0,05%; S — 0,07%; 0₂— 0,05%.

Возможно наличие и других случайных примесей, содержание которых в таких сталях должно быть не более: Си — 0,5%; As — 0,05%; Сг — 0,3%; Ni — 0,3%.

Обычно в сварных конструкциях применяют углеродистую сталь, выплавляемую в мартеновских печах и имеющую пониженное содержание вредных газов и примесей (N₂, S и Р).

В зависимости от содержания С углеродистые конструкционные стали разделяют на низко-, средне- и высокоуглеродистые.

К низкоуглеродистым относят стали, содержащие до 0,25% С (Ст.3, стали 10, 15, 20, М16С, 22К и др.). Они обладают хорошей свариваемостью.

Металл шва по своему химическому составу обычно несколько отличается от основного (понижено содержание углерода и повышено — марганца и кремния).

Уменьшение содержания углерода может привести к снижению прочности сварного шва. Чтобы избежать этого, в металл шва вводят дополнительно марганец и кремний. Повышению прочности способствует также ускоренное охлаждение шва.

Поэтому при сварке низкоуглеродистых сталей обеспечить равнопрочность сварного шва основному металлу легко.

К среднеуглеродистым конструкционным сталям относят спокойные стали, в которых содержание С колеблется в пределах 0,26 — 0,45% (Ст5, стали 25,30, 35, 40, 25Г, 30Г, 35Г и др.).

Повышенное содержание углерода ухудшает свариваемость этих сталей, так как оно снижает стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин и делает возможным появление в околошовной зоне малопластичных структур и холодных трещин.

Усиление чувствительности швов к кристаллизационным трещинам объясняется тем, что углерод повышает степень неоднородности распределения серы и способствует выделению ее по границам кристаллитов в виде легкоплавких сульфидных включений, увеличивающих ТИХ.

Чтобы получить качественный шов, следует снизить содержание углерода в нем за счет применения соответствующих сварочных материалов и уменьшения доли основного металла в наплавленном.

Необходимую равнопрочность шваосновному металлу получают дополнительным легированием элементами, упрочняющими феррит (марганец, кремний).

Повышенное содержание углерода в среднеуглеродистых сталях облегчает возможность появления мартенсита в околошовной зоне.

Для углеродистого мартенсита характерны высокая твердость (HВ> 600) и хрупкость, объясняемые пластинчатой формой строения мартенсита.

Протекающее же при низких температурах (<350°С) мартенситное превращение резко повышает уровень внутренних напряжений.

Чтобы предотвратить образование малопластичных и хрупких структур при сварке среднеуглеродистых сталей, следует замедлять охлаждение металла, регулируя режим сварки, а если необходимо, предварительно подогревать изделие.

В ряде случаев для обеспечения высокой деформационной способности сварного соединения и его равнопрочности с основным металлом после сварки назначают термическую обработку (закалку с отпуском, нормализацию).