Свариваемость сталі: класіфікацыя. Групы свариваемости сталей

Сталь - гэта асноўны канструкцыйны матэрыял. Ён уяўляе сабой железоуглеродистый сплаў з утрыманнем розных прымешак. Усе кампаненты, якія ўваходзяць у яе склад, аказваюць уплыў на ўласцівасці злітка. Адной з тэхналагічных характарыстык металаў з'яўляецца здольнасць ўтвараць якасныя зварныя злучэння.

Фактары, якія вызначаюць свариваемость сталі

Ацэнка свариваемости сталі вырабляецца па значэнні асноўнага паказчыка - вугляроднага эквівалента З _экв. Гэта ўмоўны каэфіцыент, які ўлічвае ступень уплыву ўтрымання карбону і асноўных легіруючых элементаў на характарыстыкі шва.

На свариваемость сталей ўплываюць наступныя фактары:

1. Змест вугляроду.
2. Наяўнасць шкодных прымешак.
3. Ступень легіравання.
4. Выгляд мікраструктуру.
5. Ўмовы знешняга асяроддзя.
6. Таўшчыня металу.

Найбольш інфарматыўным параметрам з'яўляецца хімічны склад.

Размеркаванне сталей па групах свариваемости

З улікам усіх пералічаных фактараў, свариваемость сталі мае розныя характарыстыкі.

Класіфікацыя сталей па свариваемости.

• Добрая (пры значэнні З _экв ≥0,25%): для низкоуглеродистых сталёвых дэталяў; не залежыць ад таўшчыні вырабы, умоў надвор'я, наяўнасці падрыхтоўчых работ.
• Здавальняючая (0,25% ≤С _экв ≤0,35%): прысутнічаюць абмежаванні да ўмоў навакольнага асяроддзя і дыяметру зварваюць канструкцыі (тэмпература паветра да -5, у зацішнае надвор'е, таўшчыня да 20 мм).
• Абмежаваная (0,35% ≤С _экв ≤0,45%): для адукацыі якаснага шва неабходны папярэдні падагрэў. Ён спрыяе «плыўным» аустенитным пераўтварэнняў, фармаванню ўстойлівых структур (ферритно-перлитные, бейнитные).
• Дрэнная (З _экв ≥0,45%): фарміраванне механічна стабільнага зварнога злучэння немагчыма без папярэдняй тэмпературнай падрыхтоўкі беражкоў металу, а таксама наступнай тэрмічнай апрацоўкі зваранай канструкцыі. Для адукацыі патрэбнай мікраструктуру неабходныя дадатковыя падагрэвы і плыўныя астуджэння.

Групы свариваемости сталей дазваляюць лёгка арыентавацца ў тэхналагічных асаблівасцях зваркі канкрэтных марак железоуглеродистых сплаваў.

Тэрмічная апрацоўка

У залежнасці ад групы свариваемости сталей і адпаведных тэхналагічных асаблівасцяў, характарыстыкі зварнога злучэння можна карэктаваць з дапамогай паслядоўных тэмпературных уплываў. Вылучаюць 4 асноўных спосабу тэрмаапрацоўкі: гартаванне, адпачынак, адпал і нармалізацыя.

Найбольш распаўсюджанымі з'яўляюцца загартоўка і адпачынак для цвёрдасці і адначасовай трываласці зварнога шва, зняцця напружання, папярэджання трещинообразования. Ступень водпуску залежыць ад матэрыялу і жаданых уласцівасцяў.

Тэрмаапрацоўка металічных канструкцый пры правядзенні падрыхтоўчых работ праводзiцца:

• адпалам - для зняцця напружанняў ўнутры металу, забеспячэння яго мяккасці і згодлівасці;
• папярэднім падагрэвам з мэтай мінімізацыі перападу тэмператур.

Рацыянальнае кіраванне тэмпературнымі влияниеми дазваляе:

• падрыхтаваць дэталь да работ (зняць усе ўнутраныя напружання шляхам драбнення зерняў);
• знізіць перапады тэмператур на халодны метал;
• палепшыць якасць зварнога аб'екта шляхам тэрмічнай карэкцыі мікраструктуру.

Корекция уласцівасцяў шляхам перападаў тэмператур можа насіць мясцовы або агульны характар. Падагрэў беражкоў ажыццяўляецца з дапамогай газавага або электрадугавой абсталявання. Для нагрэву ўсёй дэталі і плыўнага астуджэння выкарыстоўваюцца спецыяльныя печы.

Ўплыў мікраструктуру на ўласцівасці

Сутнасць працэсаў тэрмічнай апрацоўкі грунтуецца на структурных ператварэннях ўнутры злітка і іх уплыве на зацвярдзелы метал. Так, пры награванні да тэмпературы 727 ˚C ён уяўляе сабой змешаную крупчастую аустенитную структуру. Спосаб ахладжэння вызначае варыянты ператварэння:

1. Ўнутры печы (хуткасць 1˚С / мін) - утвараюцца перлитные структуры з цвёрдасцю каля 200 НВ (цвёрдасць па Бринеллю).
2. На паветры (10˚С / мін) - сорбіт (ферыты-перлитные збожжа), цвёрдасць 300 НВ.
3. Алеем (100˚С / мін) - троостит (ферыты-цементитная мікраструктуру), 400 НВ.
4. Вадой (1000˚С / мін) - Мартэнс: цвёрдая (600 НВ), але далікатная ігольчастай структура.

Зварачнае злучэнне павінна валодаць дастатковай цвёрдасцю, трываласцю, якаснымі паказчыкамі пластычнасці, таму мартенситные характарыстыкі шва не прымальныя. Низкоуглеродистые сплавы валодаюць ферритной, ферыты-перлитной, ферыты-аустенитной структурай. Рэалагічнае і среднелегированные сталі - перлитной. Высокавугляродзістага і высоколегированные - мартенситной або трооститной, якую важна прывесці да ферыты-аустенитному ўвазе.

Зварка низкоуглеродистых сталей

Свариваемость вугляродзістых сталей вызначаецца колькасцю карбону і прымешак. Яны здольныя выгараць, ператвараючыся ў газападобныя формы і надаючы нізкаякасныя шве сітаватасці. Сера і фосфар могуць канцэнтравацца па краях зерня, падвышаючы далікатнасць канструкцыі. Зварка найбольш спрошчаная, тым не менш, патрабуе індывідуальнага падыходу.

Вугляродзістай сталі звычайнага якасці падзяляецца на тры групы: А, Б і В. Зварачныя працы праводзяцца з металам групы В.

Свариваемость марак сталі ВСт1 - ВСт4, у адпаведнасці з ДАСТ 380-94, характарызуецца адсутнасцю абмежаванняў і дадатковых патрабаванняў. Зварка дэталяў дыяметрам да 40 мм адбываецца без падагрэву. Магчымыя індыкатары ў марках: Г - падвышанае ўтрыманне марганца; кп, пс, сп - «кіпячая», «полуспокойная», «спакойная» адпаведна.

Низкоуглеродистая якасная сталь прадстаўлена маркамі з пазначэньнем сотых доляй вугляроду, указаннем ступені раскіслення і ўтрымання марганца (ДАСТ 1050-88): сталь 10 (таксама 10кп, 10пс, 10г), 15 (таксама 15кп, 15пс, 15г), 20 (таксама 20кп, 20пс, 20г).

Для забеспячэння якаснага шва неабходна праводзіць працэс насычэння зварачнай ванны карбоном C і Манганом Mn.

Спосабы зварачных работ:

1. Ручная дугавая з выкарыстаннем спецыяльных, першапачаткова прокаленный электродаў, дыяметрам ад 2 да 5 мм. Тыпы: Э38 (для сярэдняй трываласці), Э42, Э46 (для добрай трываласці да 420 Мпа), Э42А, Э46А (для высокай трываласці складаных канструкцый і іх працы ў асаблівых умовах). Зварвання стрыжнямі ОММ-5 і УОНИ 13/45 здзяйсняецца пад дзеяннем пастаяннага току. Працы з дапамогай электродаў ЦМ-7, ОМА-2, СМ-11 праводзяцца токам любы характарыстыкі.
2. Газавая зварка. Часцей за ўсё непажаданая, але магчымая. Праводзіцца з выкарыстаннем присадочной дроту Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-08ГС. Тонкі низкоуглеродистый метал (d 8мм) зварваецца левым спосабам, тоўсты (d 8мм) - правым. Недахопы уласцівасцяў шва магчыма прыбраць з дапамогай нармалізацыі ці адпалу.

Зварку низкоуглеродистых сталей выконваюць без дадатковага падагрэву. Для дэталяў просты формы абмежаванні адсутнічаюць. Аб'ёмныя і кратаваныя канструкцыі важна абараняць ад ветру. Складаныя аб'екты пажадана зварваць ва ўмовах цэха пры тэмпературы не ніжэй 5˚С.

Такім чынам, для марак ВСт1 - ВСт4, сталь 10 - сталь 20 - свариваемость добрая, практычна без абмежаванняў, якая патрабуе стандартнага індывідуальнага падбору спосабу зваркі, тыпу электрода і характарыстык току.

Рэалагічнае і высокавугляродзістага канструкцыйныя сталі

Насычанасць сплаву вугляродам зніжае яго здольнасць да адукацыі добрых злучэнняў. У працэсе тэмпературных уздзеянняў дугі або газавага полымя сера акумулюецца па краях зерня, прыводзячы да красноломкости, фосфар - да хладноломкости. Часцей за ўсё зварваюць матэрыялы, легаваныя марганцам.

Сюды адносяцца канструкцыйныя сталі звычайнага якасці ВСт4, ВСт5 (ДАСТ 380-94), якасныя 25, 25г, 30, 30г, 35, 35г, 40, 45Г (ГОСТт 1050-88) рознага металургічнай вытворчасці.

Сутнасць работы заключаецца ў зніжэнні колькасці карбону ў зварачнай ванне, насычэнні металу ў ёй силицием і марганцам, забеспячэнні аптымальнай тэхналогіі. Пры гэтым важна не дапусціць празмерных страт вугляроду, што можа прывесці да дэстабілізацыі механічных уласцівасцяў.

Асаблівасці зварачных работ са сталі сярэдняга і высокага ўтрымання вугляроду:

1. Першапачатковы падагрэў беражкоў да 100-200˚С на шырыню да 150 мм. Толькі маркі ВСт4 і сталь 25 зварваюцца без дадатковага нагрэву. Для рэалагічнае, якія валодаюць здавальняючай свариваемостью, перад пачаткам выканання работ вырабляецца паўнавартасная нармалізацыя. Для высокавугляродзістага неабходны падрыхтоўчы адпал.
2. Дугавая зварка ажыццяўляецца пакрытымі прокаленный электродамі, памерам ад 3 да 6 мм (ОЗС-2, УОНИ-13/55 АНО-7), пад пастаянным токам. магчымая праца ў асяроддзі флюсу або ахоўных газаў (СА _2, аргон).
3. Газавая зварка вырабляецца науглероживающим полымем, левым спосабам, з папярэднім падагрэвам да тэмпературы 200˚С, пры раўнамернай нізкай магутнасці падачы ацэтылену.
4. Абавязковая тэрмічная апрацоўка дэталяў: загартоўка і адпачынак небудзь асобны адпачынак з мэтай мінімізацыі ўнутраных высілкаў, папярэджання адукацыі расколін, змякчэння загартаваных мартенситных і трооститных структур.
5. Кантактная кропкавая зварка выконваецца без абмежавання.

Такім чынам, сярэдне-і высокавугляродзістага канструкцыйныя сталі зварваюцца практычна без абмежаванняў, пры вонкавай тэмпературы не ніжэй 5˚С. Пры больш нізкіх тэмпературах абавязковы першапачатковы падагрэў і высакаякасная тэрмічная апрацоўка.

Зварка низколегированных сталей

Легаваныя сталі - гэта сталі, якія падчас плаўкі насычаюцца рознымі металамі з мэтай атрымання зададзеных уласцівасцяў. Практычна ўсе з іх станоўча ўплываюць на цвёрдасць і трываласць. Хром і нікель ўваходзяць у склад гарачатрывалых і нержавеючых сплаваў. Ванадый і крэмній надаюць пругкасць, выкарыстоўваюцца як матэрыял для вырабу спружын і рысор. Малібдэн, марганец, тытан павышаюць зносаўстойлівасць, вальфрам - красностойкость. Пры гэтым, станоўча ўплывалі на ўласцівасці дэталяў, яны пагаршаюць свариваемость сталі. Акрамя таго, павышаюць ступень гартавання і фарміравання мартенситных структур, ўнутраныя напружання і рызыкі адукацыі расколін у швах.

Свариваемость легіраваных сталей вызначаецца таксама іх хімічным складам.

Низколегированные малоуглеродистые 2ГС, 14Г2, 15г, 20г (даст 4543-71), 15ХСНД, 16Г2АФ (ДАСТ 19281-89) адносяцца да добра зварваецца. У стандартных умовах не патрабуюць дадатковага падагрэву і тэрмаапрацоўкі па завяршэнні працэсаў. Пры гэтым усё ж некаторыя абмежаванні існуюць:

• Вузкі дыяпазон дапушчальных цеплавых рэжымаў.
• Працы праводзіць пры тэмпературы не ніжэй -10˚С (ва ўмовах больш нізкіх атмасферных тэмператур, але не ніжэй -25˚С, ўжываць папярэдні падагрэў да 200˚С).

Магчымыя спосабы:

• Электрадугавая зварка з сілай пастаяннага току 40 да 50 А, электродамі Э55, Э50А, Э44А.
• Аўтаматычная зварка электрычнай дугой пад флюс з выкарыстаннем присадочной дроту Св-08ГА, Св-10ГА.

Свариваемость сталі 09Г2С, 10Г2С1 таксама добрая, патрабаванні і магчымыя спосабы выканання тыя ж, што і для сплаваў 12ГС, 14Г2, 15г, 20г, 15ХСНД, 16Г2АФ. Важнай характарыстыкай сплаваў 09Г2С, 10Г2С1 з'яўляецца адсутнасць неабходнасці падрыхтоўкі беражкоў для дэталяў дыяметрам да 4 см.

Зварка среднелегированных сталей

Среднелегированные сталі 20ХГСА, 25ХГСА, 35ХГСА (даст 4543-71) вырабляюць больш значны супраціў фарміраванні ненапружаных швоў. Яны ставяцца да групы з здавальняючай свариваемостью. Патрабуюць папярэдняга падагрэву да тэмператур 150-200˚С, выканання шматслойных швоў, загартоўкі і адпачынкі па завяршэнні зварачных работ. Варыянты выканання:

• Сіла току і дыяметр электрода пры зварвання электрычнай дугой выбіраецца строга ў залежнасці ад таўшчыні металу, з улікам таго, што больш тонкія беражкі мацней падвяргаюцца загартоўцы падчас работ. Так пры дыяметры вырабы 2-3 мм значэнне току павінна быць у межах 50-90 А. Пры таўшчыні беражкоў 7-10 мм сіла пастаяннага току зваротнай палярнасці павялічваецца да 200 А з выкарыстаннем электродаў 4-6мм. Выкарыстоўваюцца стрыжні з цэлюлознымі або фторыста-кальцыевымі ахоўнымі пакрыццямі (Св-18ХГСА, Св-18ХМА).
• Пры працы ў асяроддзі ахоўнага газу СА ₂ неабходна выкарыстоўваць дрот Св-08Г2С, Св-10Г2, Св-10ГСМТ, Св-08Х3Г2СМ дыяметрам да 2 мм.

Часта для гэтых матэрыялаў ужываюць аргонодуговой спосаб або зварку пад флюс.

Цеплаўстойлівасць і высокатрывалыя сталі

Зварачныя працы з цеплаўстойлівасць железоуглеродистыми сплавамі 12МХ, 12Х1М1Ф, 25Х2М1Ф, 15Х5ВФ неабходна праводзіць з папярэдніх падагрэвам да тэмператур 300-450˚С, з завяршальнай загартоўкай і высокім адпачынкам.

• Электрадугавая зварка каскадным спосабам афармлення шматслойнага шва, з выкарыстаннем прокаленный пакрытых электродаў УОНИИ 13 / 45МХ, ТМЛ-3, ЦЛ-30-63, ЦЛ-39.
• Газавая зварка з падачай ацэтылену 100 дм ³ / мм з выкарыстаннем присадочных матэрыялаў Св-08ХМФА, Св-18ХМА. Злучэнне труб выконваецца з папярэднім газавым падагрэвам за ўсё стыку.

Пры зварцы среднелегированных высокатрывалых матэрыялаў 14Х2ГМ, 14Х2ГМРБ важна кіравацца тымі ж правіламі, што і для цеплаўстойлівасць сталей, з улікам некаторых нюансаў:

• Дбайная зачыстка беражкоў і выкарыстанне прихваток.
• Высокатэмпературнае гартаванне электрода (да 450˚С).
• Папярэдні падагрэў да 150˚С для дэталяў таўшчынёй больш за 2 см.
• Павольнае астуджэнне шва.

Высоколегированные сталі

Прымяненне асаблівай тэхналогіі неабходна пры зварвання высоколегированных сталей. Да іх адносіцца велізарны дыяпазон нержавеючых, цеплатрывалых і гарачатрывалых сплаваў, некаторыя з іх: 09Х16Н4Б, 15Х12ВНМФ, 10Х13СЮ, 08Х17Н5МЗ, 08Х18Г8Н2Т, 03Х16Н15МЗБ, 15Х17Г14А9. Свариваемость сталей (ДАСТ 5632-72) адносіцца да 4-й групе.

Характарыстыка свариваемости сталі высокавугляродзістага высоколегированной:

1. Неабходна зніжэнне сілы току ў сярэднім на 10-20% у сувязі з іх нізкай цеплаправоднасцю.
2. Зварка павінна праводзіцца з зазорам, электродамі памерам да 2 мм.
3. Зніжэнне ўтрымання фосфару, свінцу, серы, сурмы, павелічэнне колькаснага наяўнасці малібдэна, ванадыя, вальфраму праз выкарыстанне спецыяльных пакрытых стрыжняў.
4. Неабходнасць фарміравання змешанай мікраструктуру шва (аустенит + ферыт). Гэта забяспечвае пластычнасць наплавленного металу і мінімізацыю ўнутраных высілкаў.
5. Абавязковы падагрэў беражкоў напярэдадні зварачных работ. Тэмпература выбіраецца ў інтэрвале ад 100 да 300˚С, у залежнасці ад мікраструктуру канструкцый.
6. Выбар пакрытых электродаў пры дуговой зварцы вызначаецца тыпам зерня, ўласцівасцямі і ўмовамі працы дэталяў: для аустенитной сталі 12Х18Н9: УОНИИ 13 / НЖ, ОЗЛ-7, ОЗЛ-14 з пакрыццямі Св-06Х19Н9Т, Св-02Х19Н9; для мартенситной сталі 20Х17Н2: УОНИИ 10Х17Т, АН-У-10 з пакрыццём Св-08Х17Т; для аустенитно-ферритной сталі 12Х21Н5Т: ЦЛ-33 з пакрыццём Св-08Х11В2МФ.
7. Пры газавай зварцы падача ацэтылену павінна адпавядаць значэнню 70-75 дм ³ / мм, выкарыстоўваная присадочная дрот - Св-02Х19Н9Т, Св-08Х19Н10Б.
8. Магчымыя працы пад флюс з выкарыстаннем НЖ-8.

Свариваемость сталі - адносны параметр. Ён залежыць ад хімічнага складу металу, яго мікраструктуру і фізічных уласцівасцяў. Пры гэтым здольнасць ўтвараць якасныя злучэння можа карэкціравацца з дапамогай прадуманага тэхналагічнага падыходу, спецыяльнага абсталявання і ўмоў выканання работ.