8 Свариваемость металлов и сплавов (Раздаточный материал)

СВАРИВАЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Свариваемость – способность металлов и сплавов под действием термодеформационного цикла сварки образовывать бездефектное сварное соединение, отвечающее необходимым эксплуатационным требованиям.

Свариваемость представляет комплексную характеристику, включающую чувствительность металла к окислению и порообразованию, соответствие свойств сварного соединения заданным эксплуатационным, реакцию на термические циклы, сопротивляемость образованию холодных и горячих трещин и т.д.

Из перечисленных параметров наиболее существенным при сварке и наплавке является сопротивляемость образованию трещин.

Горячие трещины чаще всего возникают при ослаблении деформационной способности металла. В интервале температур плавления и полного затвердевания происходит миграция примесей и загрязнений в межзеренные пространства. Наличие в межзеренных пространствах жидкой фазы, примесей и загрязнений нарушает связь между зернами и, как следствие, снижает деформационную способность шва и околошовной зоны. Кроме того, причиной образования горячих трещин могут быть дефекты кристаллического строения, большие сварочные напряжения, а также не правильное конструктивное оформлением сварного соединения (например: неправильные формы и размеры сварных швов).

Вероятность появления при сварке или наплавке горячих трещин можно определить по показателю Уилкинсона (H.C.S):

Условия появления горячих трещин:

- для сталей с σ _в < 700 МПа - Н.С.S. >4;

- для сталей с σ _{в ≥} 700 МПа - Н.С.S. >2.

Для предотвращения образования горячих трещин обеспечивают:

дополнительное легирование металла шва элементами, способствующими связыванию серы и фосфора в тугоплавкие соединения; создание равноосной дендритной структуры в результате легирования сварных швов редкоземельными и тугоплавкими элементами; снижение жесткости сварного соединения, уменьшение скопления сварных швов на небольшом участке, отсутствие пересечения сварных швов, назначение размеров сварных швов, обеспечивающих благоприятную форму и ориентацию кристаллитов в металле шва (рекомендуется избегать узких валиков), проведение термообработки сварного соединения непосредственно после сварки .

Холодные трещины чаще всего возникают из-за закаливаемости стали при быстром охлаждении и насыщении металла шва и зоны термического влияния водородом. Они, как правило, зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и наплавки и развиваются в течение нескольких часов или даже суток.

Для оценки склонности металла к появлению холодных трещин чаще всего используется углеродный эквивалент, которым можно пользоваться как показателем, характеризующим свариваемость, при предварительной оценке последней. Для этой цели имеется ряд уравнений. Наиболее распространенным и приемлемым является следующее:

С э = C + Mn /6 + (Cr+Mo+V) /5 + (Ni+Cu) /15, %

Если оценка свариваемости по показателю Сэ указывает на склонность стали к появлению холодных трещин (при Сэ ˃ 0,45% стали склонны к образованию холодных трещин), то необходимо предусмотреть предварительный подогрев изделия. Температуру предварительного подогрева заготовок (температура подогрева перед сваркой), можно определить по формуле

Соб = С э×(1+0,005× S), где: Соб – общий эквивалент углерода, учитывающий химический состав материала и толщину свариваемых элементов; Тп - температура предварительного подогрева заготовок, С⁰; S – толщина свариваемых элементов, мм

Температура сопутствующего сварке или наплавке подогрева зависит от материала изделия и колеблется в среднем от 200 до 450° С.

Для предотвращения образования холодных трещин обеспечивают:

снижение скорости охлаждения (подогрев сварного соединения, назначение оптимальных режимов сварочного процесса); зачистку кромок сварного соединения и сварочной проволоки от загрязнений; прокалку электродов и флюса перед сваркой; просушку защитных газов; защиту зоны сварки от влияния атмосферы; снижение жесткости сварного соединения; уменьшение скопления сварных швов на небольшом участке; отсутствие пересечения сварных швов; проведение термообработки сварного соединения перед или непосредственно после сварки .

Термообработка до сварки зависит от марки стали, конструкции и метода получения детали. Для отливок рекомендуется отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск).

Термообработка после сварки также различна для различных марок сталей. Основные виды применяемой термообработки - это отжиг или высокий отпуск по режиму для данной марки стали.

2