Свариваемость и причины возникновения трещин в стали.
Свариваемостью называются свойства металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает её химический состав. Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали (до 0,28%С). Сварка среднеуглеродистых сталей (0,25-2,4%С) возможна при условии соблюдения особой технологии, включающей предварительный подогрев и последующую термообработку, устраняющую закалку соединения. Ручная дуговая сварка высокоуглеродистых сталей (0,45-0,9%С) не рекомендуется, т.к. необходимо соблюдение особой технологии, не всегда обеспечивающей получение соединений, равнопрочных основному материалу. Легирование сталей улучшает свойства сплава, но у ухудшает свариваемость. При оценке свариваемости стали помимо химического состава учитывается:
1. Конструктивные формы изделий. 2.Технологические особенности сварки. 3. Физические свойства металлов. 4. Склонность к закаливанию. 5. Образование трещин при сварке и после охлаждения. 6. Коррозионная стойкость при различных температурах. 7.Прочность, пластичность, вязкость и другие механические свойства.
Различают два вида трещин в шве и в зоне термического влияния: горячие и холодные.
1. Горячие или кристаллизационные трещины образуются при высокой температуре в период кристаллизации сварного соединения. На их образование влияют высокая скорость охлаждения и увеличение темпов деформации в сочетании с неблагоприятным химическим составом Горячие трещины, не смотря на их незначительную величину, могут вызвать ослабление сварного соединения и его разрушение, особенно при переменных или динамических нагрузках.
2. Холодные трещины возникают в швах и в зоне термического влияния при более низких температурах в процессе структурных изменений при охлаждении сварного соединения. Они могут зарождаться и распространяться в течении нескольких часов или даже суток после сварки. Это наиболее опасный дефект, для его предупреждения должны быть приняты меры по подбору более качественных металлов для сварки (осн. металл, электроды), а также по применению оптимальной технологии сварки.
Для окончательного суждения о свариваемости стали проводят испытания сварных образцов на прочность, пластичность, вязкость при различных температурах, коррозионную стойкость и так далее, которые необходимы в конструкциях.
Технология сварки стали.
I. Технология сварки низкоуглеродистых сталей.
Технология сварки из условий достижения равнопрочности сварного соединения основному металлу, минимальному снижению пластичности, отсутствия в сварном соединении дефектов. Для снятия сварочных напряжений конструкций из этих сталей после сварки могут повергаться термической обработке.
Низкоуглеродистые стали сваривают ручной дуговой сваркой, автоматизированной и механизированной сваркой под флюсом и в углекислом газе, электрошлаковой сваркой, сваркой порошковой проволокой, и, реже, газовой сваркой.
Используют электроды типа Э46 (МР-3,АНО-3,АНО-4) с рутиловым покрытием и электроды Э42А (УОНИ 13/45,УОНИ 13/55) с фтористо-кальциевым покрытием. Для высокопроизводительной сварки вертикалей. Швов способом сверху вниз рекомендуют электроды типа Э50А (АНО-9).
II. Техника сварки средне и высокоуглеродистых сталей.
Причины затруднения сварки этих сталей:
1. Низкая стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. 2. Возможность образования малопластичных закалочных структур и трещин в околошовной зоне. 3. Трудность обеспечения равнопрочности металла шва с основным металлом 4.Чем больше углерода в стали, тем хуже её свариваемость.
Особенности сварки:
1. Сварку лучше вести на минимальном токе. 2.Применять предварительный подогрев. Подогрев осуществляют или газовыми горелками, или токами высокой частоты (водоохлаждаемые индукторы и специализированные источники питания). 3. После сварки проводят термическую обработку (отпуск стали). 4. Используют электроды ЮНИ-13/55,ЮНИ-13/65,ВИАМ-25,НИАТ-3М. - они обеспечивают высокую пластичность, ударную вязкость и стойкость против образования трещин.
III. Техника сварки низколегированных сталей.
Трудности при сварке:
1) Образование холодных трещин, легированный компонент улучшает свойства стали, но ухудшает свариваемость.
Технологические мероприятия:
1.Подогрев свариваемых кромок, просушка и прокалка сварочных материалов, тщательная очистка поверхности основного материала сварочной проволоки от ржавчины и смазок. 2.Электроды и свар. проволоку, а так же флюс прокаливают перед сваркой. 3.Увеличение числа проходов при сварке. 4.Выбирать оптимальные формы разделки кромок. 5.Применять предварительный и сопутствующие подогревы 6.Применять электродный металл с более низким содержанием углерода и кремния. 7.Детали по сварку фиксируют с помощью прихваток или различных сборочных приспособлений. 8.Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением (под флюсом, в среде углекислого газа, электрошлаковой сваркой). 9.Для предупреждения холодных трещин необходимо уменьшать скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны. 10.Сварку ведут электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э-МХ, Э-ХМФ на постоянном токе обратной полярности. 11.Выполнение прихваток осуществляют электродами Э60А-Ф (УОНИ-13/65) и Э50А-Ф (УОНИ 13/65, АНО-10).