Свариваемость металлов

свариваемость металлов

При выборе материала для изготовления сварной конструкции конструктор в первую очередь базируется на свариваемости того или иного металла или сплава. Свариваемость металлов является определяющим показателем и для инженера-технолога при разработке им технологии сварки заданной конструкции.

 Свариваемость — это свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия (ГОСТ 2601-84.Сварка металлов.Термины и определения основных понятий.). 

Другими словами, под свариваемостью понимают способность металла образовывать в процессе сварки соединения, не уступающие по своим свойствам свариваемым материалам.

При рассмотрении свариваемости конкретного материала обычно решают следующие вопросы:

— Какие дефекты возникают при сварке данного материала?

— Какие причины их возникновения?

— Какие меры нужно предпринять для их устранения?

Факторы сильно влияющие на свариваемость металлов:

— химический состав материала, который определяет его металлургическую активность, температурный интервал кристаллизации, фазовый состав и структурные превращения на этапе нагрева и охлаждения;

— теплофизические свойства, которые определяют скорость процессов превращений, происходящих в материалах под воздействием сварочного цикла;

— механические свойства, которые определяют способность материала воспринимать механические воздействия (напряжения), возникающие за счет неравномерности нагрева и охлаждения, жесткости конструкции и других факторов, без разрушения;

— специальные физико-химические свойства, которые определяют активность физико-химических реакций, протекающих в сварочной ванне и зоне термического влияния.

Чем хуже свариваемость материала, тем сложнее технология сварки, тем больше мероприятий необходимо применять  для получения качественного сварного соединения. При сварке деталей из одного и того же материала процессы растворения, взаимной диффузии, образования твердых и жидких растворов, т.е взаимной кристаллизации металла ничем не ограничены.
Более сложная ситуация может возникать при сварке разнородных металлов. В этом случае приходится рассматривать физическую свариваемость свариваемых материалов.
Если рассматривается  возможность получения качественного сварного соединения деталей из одного итого же металла, то в этом случае анализируется технологическая свариваемость.
Основные критерии технологической свариваемости:
— окисляемость металла при сварке;
— сопротивляемость образованию горячих трещин и трещин при повторных нагревах;
— чувствительность металла к тепловому воздействию сварки;
— чувствительность к образованию пор;
— соответствие эксплуатационным требованиям — прочность, пластичность, выносливость, ползучести, вязкости, жаростойкости, коррозионной стойкости и др.
Стали подразделяют на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо свариваемые.
К хорошо сваривающимся сталям относятся такие стали, которые могут свариваться любыми способами без применения особых приемов, давая при этом высокое качество сварного соединения.
К удовлетворительно сваривающимся сталям относятся стали, при сварке которых для достижения высокого качества сварного соединения требуется более строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки и нормальных температурных условий сварки.
К ограниченно сваривающимся сталям относятся стали, которые свариваются определенными способами и дают качественное соединение, при условии применения особых приемов сварки — специальных флюсов и обмазок, предварительного подогрева, термообработки и т.п.
К плохо сваривающимся сталям относятся стали, которые, хотя и свариваются некоторыми способами, с применением сложных технических приемов, но все же дают пониженное качество сварных соединений.

         ГРУППА      СВАРИВАЕМОСТИ  Сэкв,%     Углеродистая      Легированная
                 Ι

         Хорошая

 До 0,25 вкл.  ВСт.1;ВСт.2;ВСт.3

 ВСт.4;Стали    08,10,15,20,25

 15Г;20Г;15Х;15ХА,20Х

 15ХА;20Х;15ХМ

 20ХГСА;10ХСНД;

 10ХГСНД;15ХСНД

                 ΙΙ

    Удовлетворительная

 Свыше 0,25

 до 0,35 вкл

  ВСт.5;Стали 40,45   12Х2Н;12ХН3А;20ХН3А

 20ХН;20ХГСА;30Х;

 30ХМ;25ХГСА

                ΙΙΙ

   Ограниченная

 Свыше 0,35

 до 0,45 вкл

 ВСт.6; Стали 40,45   35Г;40Г;45Г;40Г2;35Х

40Х;45Х;40ХМФА;40ХН

30 ХГС;30ХГСА;35ХМ;

 20Х2Н4МА

                ΙV  

           Плохая

 Свыше 0,45

 

 Стали  50,55,60,65,70,

 75,80,85

 50Г;50Г2;50Х;50ХН;

45Х3МФА;ХГС;6ХС;7ХЗ

 

 


Примерную оценку технологической свариваемости сталей в части возможности образования холодных и горячих трещин при сварке можно сделать по известному химическому
составу свариваемого металла.
Формула для определения склонности к образованию горячих трещин для углеродистой стали:

$C_э=C+2S+\frac{P}{3}+\frac{Si-0,4}{4}+Mn-\frac{0,8}{8}+\frac{Ni}{8}+\frac{Cu}{10}+\frac{Cr-0,8}{10}$;%

При этом учитываются лишь положительные слагаемые.
Сталь не склонна к появлению горячих трещин, если Cэкв0,4%

Чувствительность сварного соединения к образованию холодных трещин оценивают эквивалентным содержанием углерода свариваемого металла. Эквивалент углерода Cэкв ,%, определяют по эмпирическим формулам, одна из которых имеет следующий вид:

$C_э=C+\frac{Mn}{6}+\frac{Si}{24}+\frac{Ni}{10}+\frac{Cr}{5}+\frac{Mo}{4}+\frac{V}{14}+\frac{Cu}{15}+5B$

где символы элементов означает их содержание в сплаве в %.
Стали у которых Сэкв ≥0,45 %, считаются потенциально склонными к образованию холодных трещин.

Показателем, указывающим на охрупчивание стали из-за структурных превращений, является твердость зоны термического влияния. Для обычных нелегированных и низколегированных сталей твердость зоны термического влияния должна быть не выше HV350. Возможную максимальную величину твердости определяют расчетным путем на основе химического состава стали:

HVmax=90+1050C+47Si+75Mn+30Ni+31Cr


Если предварительная оценка свариваемости указывает на склонность стали к образованию холодных трещин, чаще всего применяют предварительный подогрев свариваемого изделия. Температуру T,ºС,предварительного подогрева рассчитывают по формуле:


$T=350\sqrt{C_о}0,25$

где Со – общий эквивалент углерода, который является суммой эквивалентов углерода С экв и С s ; последний зависит от толщины свариваемой конструкции S, мм:
С о = С экв + С s , где С экв – определяется по уравнению :

С s = 0,005SC экв .

Таким образом,
С о = С экв (1 + 0,005S)

 

 

 

 

 

 

Источник:  Б.Т.Кошкарев. Никашин А.И. Теория сварочных процессов: учебное пособие. ДГТУ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Be the first to comment on "Свариваемость металлов"

Добавить комментарий

%d такие блоггеры, как: