Свариваемость стали при газовой сварке

Свариваемость

способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу.

При определении понятия свариваемости различают металлургическую и технологическую свариваемость.

Металлургическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых деталей, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. На границе соприкосновения соединяемых деталей происходят физико-химические процессы, протекание которых определяется свойствами соединяемых металлов. Однородные металлы (одного химического состава) обладают одинаковой металлургической свариваемостью. Сварка разнородных металлов может не произойти, так как свойства таких металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают металлургической свариваемостью.

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения, определяемого видом сварки. При различных видах сварки происходит окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входит определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от вида сварки, оценка структуры и механических свойств околошовной зоны, склонности стали к образованию трещин, оценка получаемого при сварке сварного соединения. Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ, обеспечивающие получение требуемого сварного соединения.

На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы:

• 1-я - хорошо сваривающиеся;
• 2-я - удовлетворительно;
• 3-я-ограниченно;
• 4-я - плохо сваривающиеся.

К 1-й группе относятся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали при обычных видах сварки не дают трещин. Эти стали сваривают без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества.

К 2-й группе относятся стали, у которых Сэкв находится в пределах 0,2-0,35%. Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100-150°С с последующей термообработкой.

К 3-й группе относятся стали, у которых Сэкв в пределах 0,35-0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Эти стали сваривают с предварительным подогревом до 250- 400°С с последующим отпуском.

К 4-й группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%. Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин.

Горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла шва, это микро- и макроскопические трещины, проходящие, как правило, по границам кристаллов, а потому вызывающие межкристаллическое разрушение. Причинами образования горячих трещин являются неправильное жесткое закрепление свариваемых деталей и повышенное содержание в металле шва S, С, Si и Ni. Для уменьшения опасности образования горячих трещин необходимо применять сварочные материалы с повышенным содержанием Mn и минимальным количеством S и С, вводить в металл шва модифицирующие элементы (Ti, Аl, Сu), сваривать с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

Для определения стойкости металла шва против образования горячих трещин проводится технологическая проба на свариваемость. Образец для испытания представляет собой пластину размерами 200x400 мм, имеющую четыре отверстия диаметром d с треугольным надрезом глубиной 2,5 мм на всю толщину пластины. Пластину двумя поперечными швами приваривают к швеллеру № 20. На пластину наплавляют продольный валик. Готовый образец замораживают углекислотой, после чего подвергают удару пятикилограммовым копром.

Холодные трещины образуются при температурах ниже 300°С в результате возникновения в сварных соединениях значительных внутренних напряжений. Холодные трещины проявляются после окончания сварки.

В закаливающихся сталях образование холодных трещин вызывается влиянием водорода, поступающего из металла в околошовную зону. Для предупреждения образования холодных трещин рекомендуется применять сварочные материалы с минимальным содержанием фосфора, сваривать на оптимальных режимах, шов после сварки проковать.

Для определения стойкости металла против образования холодных трещин используется технологическая проба на свариваемость. Для этого в середине пластины из испытуемой стали делают выточки диаметром 80 мм так, чтобы металл в месте выточки имел толщину 2, 4 и 6 мм. На пластину в центре выточки наплавляют валик, в процессе наплавки нижнюю поверхность пластины охлаждают проточной водой или воздухом.

Высококвалифицированные сварщики применяют пламя большой мощности, наконечник выбирают из расчета расхода ацетилена 150-200 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, используя при этом присадочную проволоку большего диаметра; пламя горелки должно быть нормальным. Производительность сварки при этом повышается. Для неответственных конструкций в качестве присадки применяют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А. При сварке этими проволоками часть компонентов, таких, как С, Si и Мn, выгорают, а металл шва приобретает крупнозернистую структуру. Предел прочности такого соединения ниже предела прочности основного металла.

Для получения равнопрочного с основным металлом соединения при сварке ответственных конструкций необходимо применять кремнемарганцовистую сварочную проволоку Св-08Г, Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-14ГС. Во время сварки необходимо следить за тем, чтобы кромки свариваемого металла и конец присадочной проволоки расплавлялись одновременно. Конец присадочной проволоки должен быть погружен в ванночку расплавленного металла. Нельзя допускать, чтобы капли расплавленного металла попадали на нерасплавленные кромки основного металла, так как это приводит к непровару, что снижает механические характеристики соединения.