Свариваемость металлов

«Свариваемость металлов»

 

Свариваемостью металлов называют способность однородных и разнородных материалов образовывать сварное соединение, ко­торое может работать при заданных условиях эксплуатации (на­грузка, окружающая среда, температура и т.п.).

Способность металла свариваться является весьма важной ха­рактеристикой, определяющей принципиальную возможность об­разования сварного соединения, однако она не полностью опре­деляет возможность получения качественного и экономичного сварного соединения, т. е. соединения, обладающего свойствами, обеспечивающими его работоспособность во время эксплуатации. При сварке плавлением металл околошовной зоны и металл шва по структуре и свойствам существенно отличаются от основного металла.

Свариваемость не является прирожденным свойством металла, подобно физическим свойствам. Кроме свойств основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом присадочного материала, флюса, электродного покрытия или газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.

В зависимости от изменения свойств основного металла и ус­ловий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность свойств, определяющих понятие свариваемость. Так, под хорошей свариваемостью низкоутлеродистых сталей, предназначенных для сварки конструкций, которые работают при статических нагруз­ках, понимают возможность получения при обычной технологии сварного соединения, равнопрочного с основным материалом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошов- ной зоне.

При сварке легированных сталей (предназначенных для изго­товления химической аппаратуры) под свариваемостью кроме указанных ранее свойств подразумевают также стойкость против образования трещин и закалочных структур в околошовной зоне и обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких и низких температурах и т.п.) металла шва и в целом сварного соединения.

При сварке плавлением свариваются металлы, имеющие хоро­шую взаимную растворимость. Хорошую свариваемость имеют все однородные металлы, например сталь со сталью, чугун с чу­гуном, медь с медью и т.п. В принципе, природа сварочных про­цессов позволяет утверждать, что любые металлы при сварке плавлением могут образовывать сварные соединения удовлетво­рительного качества. Разница между металлами, обладающими хорошей и плохой свариваемостью, заключается в том, что при сварке последних необходима более сложная технология (строгое соблюдение параметров режима, предварительный подогрев, тер­мическая обработка и т.д.).

Усложнение технологии в ряде случаев делает процесс изго­товления сварных конструкций из плохо свариваемых материалов экономически нецелесообразными.

Оценку свариваемости материалов производят по совокупно­сти характеристик, определяемых различными способами.

В зависимости от свойств и поведения того или иного матери­ала при сварке оценку свариваемости осуществляют по результа­там испытаний сварных соединений. При этом оценивают их наи­более важные и эффективные свойства: стойкость к образованию горячих и холодных трещин, склонность к старению, стойкость против перехода в хрупкое разрушение, а также прочность, пластичность и вязкость в условиях эксплуатации, стойкость против коррозии и т.п.

Группы свариваемости сталей представлены в табл. 1.5.

Оценку свариваемости металлов, как правило, производят не по абсолютным величинам, а по сравнению со свойствами основ­ного металла или ранее применявшихся материалов.

Наиболее простым способом оценки свариваемости сталей является оценка их склонности к образованию горячих трещин по расчету показателя UCS (по EN 1011—2) на основе содержа­ния (в процентах) легирующих элементов. Метод оценки разработан в России.

UCS (units of crack susceptibilite) — единицы склонности к го­рячим трещинам.

Для углеродистых и низколегированных сталей расчет ведут по выражению

UCS= 230С + 190S + 75Р + 45Nb - 12,3Si - 5,4Mn - 1, где С, S и др. — химические элементы.

При UCS <10 сталь имеет высокую сопротивляемость образо­ванию трещин, а при UCS > 30 низкую.

Для оценки склонности низколегированных сталей к образова­нию холодных трещин можно использовать расчет по эквивален­ту углерода Сэкв (%) (по ГОСТ 27772—88) по соотношению

 

Таблица 1.5. Группы свариваемости сталей

Группа	Свариваемость	Характеристика свариваемости
I	Хорошая	Сварные соединения высокого качества без применения особых приемов сварки
II	Удовлетворительная	Для получения высококачественных сварных соединений необходимо строгое соблюдение режимов сварки
III	Ограниченная	Для получения высококачественных сварных соединений необходимы дополнительные операции: подогрев, термообработка, проковка швов и т.п.
IV	Плохая	Качество сварных соединений пони­жено. Швы склонны к трещинообразо- ванию. При сварке необходимы подогрев и последующая термообработка

 

Сэкв= С + Mn/6 + Si/24 + Сг/5 + Ni/40 + Мо/4 + V/14 + Си/13 + Р/2.

 

Медь и фосфор учитывают, если их концентрации превышают следующие значения: Си более 0,5%, Р более 0,05%.

Стали, у которых Сэкв более 0,35%, считают потенциально склонными к образованию холодных трещин. Увеличение толщи­ны свариваемого материала ухудшает его свариваемость и в ряде случаев это нужно учитывать.

Для низкоуглеродистых сталей

Сэкв= С + Mn/6 + 0,0025S < 0,5 %.

Для легированных сталей

 

Сэкв= С + Mn/20 + Ni/15 + (Сг + Mo + V)/10 + 0,0025S < 0,45 %.

 

Если полученная величина Сэкв выше указанных значений, то при сварке стали следует производить ее предварительный подо­грев, температуру которого определяют по соотношению

 

Tпод = 350Сэкв - 0,25.

 

Таблица 1.6. Свариваемость углеродистых

Марки стали	Группа свариваемости	Рекомендуемые способы сварки
СтО		РД, АФ, МП, ЭШ, К
Ст1	I	РД, АФ, МП, ЭШ, К
СтЗ, СтЗГ	I	РД, АФ, МП, ЭШ, К
Ст5, Ст5Г	II	РД, АФ, МП, ЭШ, К
08, 08кп	I	РД, АФ, МП, К
15, 15кп	I	РД, АФ, МП, К
20, 20кп	I	РД, АФ, МП, К
	II	РД, АФ, МП, ЭШ, К
	II	РД, АФ, МП, ЭШ, К
	III	РД,к
15Л		РД, МП, ЭШ
45Л	III	РД

 

Значения температур предварительного подогрева некоторых сталей приведены в гл. 3.

Способы сварки углеродистых сталей следует выбирать в зави­симости от их свариваемости (табл. 1.6).

Оценка свариваемости некоторых легированных сталей и цветных металлов и сплавов приведена в Приложениях 4—6.

Приняты следующие обозначения способов сварки:

РД — ручная дуговая сварка покрытыми электродами;

АД — ручная и автоматическая аргонодуговая сварка неплавя- щимся электродом;

АФ — автоматическая и механизированная сварка под флюсом;

МП — механизированная сварка плавящимся электродом в уг­лекислом газе;

ЭШ — электрошлаковая сварка;

К — контактная сварка.

При изготовлении сварных конструкций стали с ограниченной или плохой свариваемостью обычно не применяют.