Процес ручного дугового зварювання (стр. 3 из 7)
- добре зварювані сталі (Секв не більше 0,25%);
- задовільно зварювані сталі (Секв = 0,25
0,35%);- обмежено зварювані сталі (Секв= 0,35
0,45%);- погано зварювані сталі (Секв більше 0,45%).
Класифікація основних марок сталі за зварюваністю вказана в табл. 1.
Добра зварюваність низьковуглецевих сталей характеризується міцним зварним з'єднанням з основним металом без зниження пластичності в біляшовній зоні і без тріщин у металі шва. Зварюваність легованих сталей оцінюється можливістю одержання з'єднань, стійких проти утворення гартованих структур (і тріщин), зменшенням міцності, корозією та ін.
Таблиця 1.Класифікація основних марок сталі за зварюваністю
| Група зварюваності | Марки сталей | ||
| вуглецеві | конструкційні леговані | високолеговані | |
| Добра | Ст1кп, Ст1пс,Ст2кп, Ст2пс,Ст3, Ст4, 08, 10,15,20,25 | 15ХА, 20Х, 15ХМ, 20ХГСА, 15Х, 15НМ, 10ХСНД | 08Х20Н14С2, 08Х23Н18, 03Х18Н11, 08Х18Н10 |
| Задовільна | БСт5сп, 30,35 | 12Х2Н4А, 12ХН2,20ХГСА, 30Х,15ХСНД, 25ХГСА | 09Х14А, 12Х14А,30X13, 12X17,25Х13Н2 |
| Обмежена | Ст6пс, Ст6сп,БСт6пс, БСт6сп,40, 45, 50 | 35ХМ, 30ХГСА,40Х, 40ХМФА,40ХН, 20Х2Н4А | 12Х18Н9, 17Х18Н9Т, 20Х18Н9, 20Х23Н18, 36Х18Н25С2 |
| Погана | 65, 70, 75, 80, 85,60Г, 65Г, 70Г,У7 У13,У7А У13А | 50ХГ, 50ХГСА,60ХС, 45ХНЗМФА | Х12, Х12М,9ХС,5ХГМ, ХВГ,5ХНТ,Х |
Однорідні метали легко зварюються, а різнорідні - погано. За властивостями метал шва і метал зони термічного впливу є неоднорідними. Ознака поганої зварюваності - це схильність до утворення тріщин, які недопустимі у зварних з'єднаннях. Зварюваність металів характеризує схильність до перегрівання, гартування, утворення тріщин та інших дефектів, що утворюються при зварюванні.
Характеристикою зварюваності термічно зміцнених сталей є схильність до втрати міцності, яка проходить у зоні термічного впливу при температурах 400-720°С залежно від температури відпуску сталі у процесі її виготовлення на заводі.
Для виготовлення міцної зварної конструкції необхідно детально вивчити зварюваність сталі.
Вуглець при вмісті в сталі до 0,25% зварюваність не погіршує. При більшому вмісті зварюваність погіршується, бо в зонах термічного впливу утворюються гартовані структури, що призводять до тріщин. Підвищений вміст вуглецю в присаджувальному матеріалі викликає пористість шва.
Марганець (Г) міститься в межах 0,3-0,8% і зварюваність не погіршує. При вмісті від 1,8 до 2,5% і більше виникає небезпека появи тріщин, тому що марганець сприяє загартованості сталі.
Кремній (С) у межах від 0,02 до 0,35% труднощів при зварюванні не викликає. При вмісті від 0,8 до 1,5% зварювання утруднюється через високу рідкотекучість й утворення тугоплавких оксидів кремнію.
Ванадій (Ф) сприяє загартованості сталі, що утруднює зварювання. При зварюванні ванадій активно окиснюється і вигоряє.
Вольфрам (В) підвищує твердість сталі та утруднює процес зварювання через сильне окиснення.
Нікель (Н) підвищує пластичність, міцність і зварюваність не погіршує.
Молібден (М) при зварюванні сприяє утворенню тріщин, активно окиснюється і вигоряє.
Хром (X) утруднює зварювання, оскільки утворює тугоплавкі карбіди хрому.
Титан (Т) і ніобій (Б) при зварюванні з'єднуються з вуглецем і припиняють утворення карбіду хрому. При цьому зварюваність покращується.
Мідь (Д) покращує зварюваність, підвищує міцність, пластичність і корозієстійкість сталі.
Кисень погіршує зварюваність сталі, понижує міцність і пластичність.
Азот (А) утворює хімічні сполуки із залізом (нітриди), які підвищують міцність, твердість і значно знижують пластичність сталі.
Водень є шкідливою домішкою. Він накопичується у шві та викликає появу пор і дрібних тріщин.
Фосфор (П) — це шкідлива домішка. Він підвищує твердість і крихкість сталі, викликає холодноламкість (холодні тріщини).
Сірка є шкідливою домішкою і сприяє утворенню гарячих тріщин. Зварюваність із підвищенням вмісту сірки різко погіршується.
2.1.2 Зварювання вуглецевих сталей РДЗ, режими зварювання
Більшість зварних конструкцій виготовляють із низьковуглецевих сталей, які містять до 0,25% вуглецю. Вони відносяться до добре зварюваних сталей практично всіма видами зварювання плавленням. Низьковуглецеві сталі зварюються без обмежень при використанні типових зварювальних матеріалів.
Для забезпечення стійкості швів проти утворення тріщин і збереження високої пластичності металу шва, зварювальні матеріали повинні містити менше вуглецю, ніж основний метал, що компенсується додатковим легуванням шва кремнієм і марганцем. Механічні властивості металу біляшовної зони порівняно з основним металом можуть відрізнятися через незначне зміцнення металу в зоні перегріву. При зварюванні киплячих і напівспокійних (старіючих) сталей на ділянці рекристалізації біляшовної зони можливе зниження ударної в'язкості. Метал біляшовної зони багатошарових швів крихкіший від металу одношарових.
Зварювання низьковуглецевих сталей виконується без попереднього підігріву і наступної термообробки. При зварюванні низьковуглецевих сталей з верхньою межею вмісту вуглецю (0,27%) можуть виникати кристалізаційні тріщини в кутових швах, однобічних швах з повним проваром кромок, першому шарі багатошарових стикових швів. У таких випадках використовують попередній підігрів до 100-150°С, особливо при виконанні перших шарів на товстому металі (більше 15 мм) і температурі повітря нижче мінус 5°С. Необхідність попереднього підігріву і можливої термообробки має визначатися у кожному конкретному випадку. У конструкцій з кутовими перервними швами всі види термообробки, крім гартування, призводять до зниження міцності й підвищення пластичності металу шва. Відпуск або відпал добре зварюваних сталей використовують як виключення для зняття внутрішніх напруг, уникнення жолоблення конструкції після зварювання та механічної обробки.
При товщині сталі понад 25 мм попередній підігрів обов'язковий у всіх випадках, незалежно від температури навколишнього середовища.
Зварювання сталі товщиною понад 20 мм виконують способами, що забезпечують зменшення швидкості охолодження: секціями, каскадом, гіркою.
Низьковуглецеві сталі зварюють на максимально можливих режимах, які забезпечують високу продуктивність й високу якість зварного шва та з'єднання. Під якістю розуміють відсутність дефектів (газових пор, підрізів, відшарування металу шва, непровару, шлакових уключень), а також одержання механічних властивостей, які відповідають технічним вимогам. Техніка й режими ручного дугового зварювання покритими електродами низьковуглецевих сталей.
Середньовуглецеві сталі містять від 0,25 до 0,55% вуглецю. При такому вмісті вуглецю в процесі швидкого охолодження металу шва і біляшовної зони виникають крихкі загартовані ділянки металу, великі внутрішні напруги, які спричинюють виникнення тріщин. Чим більший вміст вуглецю у сталі, тим сильніше вона загартовується при швидкому охолодженні, вища її крихкість і схильність до утворення тріщин.
Стійкість металу шва проти утворення кристалізаційних тріщин досягається зниженням кількості вуглецю в металі шва шляхом застосування електродних стрижнів і присаджувального дроту з пониженим вмістом вуглецю, а також зменшенням частки основного металу в металі шва. Останнє досягається розчищанням кромок і зварюванням на режимах, які забезпечують мінімальне проплавлення основного металу. Цьому сприяють електроди з великим коефіцієнтом наплавлення.
Для одержання пластичного металу шва і бляшовної зони виконують попередній та супровідний підігрів, а також повільне охолодження зварного шва. Температура підігріву має бути тим вищою, чим більший вміст вуглецю в сталях і знаходитись в інтервалі 100-450°С. Попередній підігрів невеликих конструкцій проводять у печах (електричних, газових). Якщо конструкція масивна, то температуру підігріву підвищують із урахуванням деякого її охолодження в процесі транспортування і встановлення. У таких випадках використовують підігрів газовим пальником і паяльною лампою. Температуру підігріву визначають за допомогою термоолівців і термофарб.
Для забезпечення надійної роботи зварної конструкції після зварювання рекомендується виконувати відпал і високий відпуск. Для цього необхідно відразу ж після зварювання помістити конструкцію у відпалювальну піч, нагріту до температури 675-700°С і після витримування повільно охолодити разом з піччю до 150-100°С з подальшим охолодженням на повітрі.
Зварювання середньовуглецевих сталей при температурі навколишнього середовища нижче 5°С не рекомендується, особливо при вмісті вуглецю більше 0,4% через можливість виникнення крихкості й тріщин.
Для уникнення труднощів, які виникають при зварюванні середньовуглецевих сталей, крім підігріву, використовують модифікування металу шва і дводугове зварювання в окремі ванни. При зварюванні необхідно уникати накладання широких валиків, зварювати короткою дугою, поперечні рухи змінити поздовжніми, кратери обов'язково заварювати або виводити на технологічні пластини (в кратерах можливе утворення тріщин).
Високовуглецеві сталі містять 0,6-2,14% вуглецю, а за зварюваністю до них відносяться й сталі з вмістом вуглецю понад 0,46%. Із таких сталей зварні конструкції, як правило, не виготовляють. Через високий вміст вуглецю вони відносяться до групи погано зварюваних сталей. Необхідність зварювання виникає при ремонтних роботах і наплавлюванні. У таких випадках виконують попередній, а інколи й супровідний підігрів з наступною термообробкою (відпал, відпуск). Режими нагрівання та охолодження визначаються вмістом у сталі вуглецю. Технологічні прийоми зварювання високовуглецевих сталей такі ж, як і для зварювання середньовуглецевих.