Влияние химических элементов на свариваемость стали

Однако свойства сварных соединений изделий из этих сталей, по сравнению с аналогичными свойствами основного металла, могут быть хуже. Это связано, главным образом, с химическим составом стали, а также с условиями нагрева и охлаждения основного металла при сварке. Кроме того, свариваемость стали сильно зависит от напряженного состояния элементов после сварки. В настоящем разделе рассмотрено влияние на свариваемость химического состава стали и ее микроструктуры.

Рассмотрим лишь самые общие представления о влиянии элементов на свариваемость строительной стали, сложившиеся на основе результатов исследований авторов.

Как отмечалось выше, в строительной малоуглеродистой стали содержание углерода, как правило, не превышает 0,22 %. Такое содержание углерода само по себе не вызывает осложнений при сварке в широком диапазоне тепловлокений.

При сварке же низколегированных сталей углерод при повышенном содержании в сочетании с другими элементами, входящими в состав стали, может отрицательно воздействовать на ее свариваемость.

Вредные примеси в стали — фосфор и сера — при повышенном содержании могут также ухудшать ее свариваемость.

Однако при современных способах производства стали содержание Р и S в металле относительно невелико, и при сварке эти элементы вызывают затруднения лишь в редких случаях.

На свариваемость определенное влияние также могут оказывать кислород и азот. Последний, как известно, может явиться причиной старения стали в зоне термического влияния на участке, нагреваемом до температур 300 … 500° С, а также может явиться причиной старения металла шва. Однако, если в стали присутствуют сильные нитридо- и карбонитридообразующие элементы Аl и Ti (вводимые как при раскислении, так и в целях легирования) и т. п., азот связывается достаточно полно и не ухудшает ее свариваемость. С другой стороны увеличение содержания нитридов алюминия в металле шва может привести к повышению критической температуры хрупкости.

Кислород в металле шва может явиться причиной образования пор, а также хладноломкости металла шва.

Водород как в стали, так и в сварочной ванне одинаково нежелателен, в первом случае он является причиной флокенов, во втором, диффундируя из шва в металл околошовного участка, повышает его склонность к хрупкому разрушению и способствует образованию холодных трещин.

Разме: наследственного зерна при нагреве влияет на рост зерна на участке перегрева. Крупное наследственное зерно предопределяет рост зерна околошовного участка, что приводит к охрупчиванию металла.

Марганец способствует росту аустенитного зерна, повышая склонность стали на околошовном участке к закалке. Вследствие этого с увеличением содержания марганца с 0 до 1,5 % твердость стали на околошовном участке, даже при сравнительно низком содержании углерода, резко возрастает. Вместе с тем, чтобы не проявилось вредное влияние марганца, отношение Mn/С должно быть не более четырех.

Кроме положительного влияния на основной металл, марганец играет большую роль при раскислении и легировании металла шва, а также, в известной мере, предупреждает образование кристаллизационных трещин. Марганец в металле шва нейтрализует вредное влияние серы, образуя сульфид марганца (MnS). С увеличением содержания марганца склонность металла к образованию трещин при повышении содержания серы (до определенного уровня) не возрастает. Это наиболее эффективно проявляется при содержании углерода 0,10-0,14%.

Кремний является сильным раскислителем, однако он повышает температуры критического интервала хрупкости и склонность металла шва к образованию кристаллизационных трещин (при сварке спокойных сталей это проявляется незначительно). Кремний охрупчивает металл околошовной зоны, но слабее марганца, что отражено в формуле углеродного эквивалента.

Введение хрома в низколегированную сталь повышает ее закаливаемость в ЗТВ, однако при содержании его до 0,8 % в основном металле этот эффект практически не сказывается.

Результаты исследований показали положительное влияние титана на пластичность основного металла и ЗТВ при содержании до 0,05 %, а при содержании титана более 0,05 % металл околошовного участка при сварке имеет повышеную хрупкость.

Ванадийсодержащие стали характеризуются удовлетворительной свариваемостью. В связи с тем, что ванадий является карбидообразующим элементом, он улучшает свариваемость малоуглеродистой стали, благодаря выделению тугоплавких и труднорастворимых в аустените карбидов или карбонитридов. При сварке такой стали ее твердость (закаливаемость) в околошовной зоне ниже, чем у аналогичной стали, не содержащей ванадия.

При связывании свободного углерода в карбиды его содержание в твердом растворе уменьшается. Вследствие этого при высоких температурах в зоне сварки и соответствующих скоростях охлаждения не происходит превращений, способствующих образованию закалочных структур.

Поэтому ванадий и титан при их суммарном содержании до 0,15 % не оказывают заметного влияния на склонность металла околошовной зоны к образованию холодных трещин.

Молибден в стали способствует ее закаливаемости, повышая твердость металла в ЗТВ. Вместе с тем марганцовистые стали с 0,33 % Мо на околошовном участке ЗТВ не склонны к образованию холодных трещин при использовании электродов с основным покрытием.

Таким образом, большинство из перечисленных элементов охрупчивают металл околошовной зоны. При оценке влияния того или иного элемента на повышение твердости стали следует учитывать степень его влияния на снижение температуры мартенситного превращения.

Температуру в большей степени снижает углерод и в меньшей — кремний. Снижая содержание углерода и добавляя элементы, обладающие значительно меньшей, чем углерод, способностью понижать Мн, получают стали, обладающие высокими механическими свойствами в исходном состоянии и удовлетворительной свариваемостью.

Совместное влияние всех элементов входящих в состав стали, с учетом степени воздействия каждого из них на поведение металла в ЗТВ при сварке часто оценивают по углеродному эквиваленту С

Свойства металлов, влияющие на свариваемость

При сварке среднеуглеродистых и легированных сталей глубина проплавления свариваемых кромок влияет на качество сварных соединений еще и потому, что она сказывается на механических свойствах металла шва. В этих случаях химический состав электродного металла заметно отличается от химического состава свариваемого металла. Поэтому изменение глубины проплавления кромок свариваемого металла влияет на долю основного металла в металле шва, что изменяет его химический состав и тем самым механические свойства.  

На эти процессы влияют следующие основные факторы а) размеры и форма свариваемых изделий, теплофизические свойства металла б) эффективная тепловая мощность сварочной дуги и характер ее перемещения по изделию.  [c.44]

На свойства металла зоны сплавления металла шва с основным влияет не только состав, по и размер зерен свариваемого ме-96  [c.96]

Марганец весьма мало влияет на свариваемость стали при содержании его в малоуглеродистой проволоке приблизительно до 1%. Марганец является хорошим раскислителем. При содержании марганца в малоуглеродистой проволоке до 1,1% предел прочности металла шва достигает максимального значения без существенного изменения пластических свойств металла. Если же в присадочной проволоке наряду с высоким содержанием марганца наблюдается повышенное содержание углерода, то металл сварного шва становится склонным к закалке и образованию холодных трещин. При повышенном содержании марганца и относительно высоком содержании серы в сварном шве образуется тугоплавкий сульфид марганца МпЗ, весьма слабо растворяющийся в жидком железе и иногда остающийся в металле шва в виде дисперсных шлаковых включений. Однако введение Мп в шов используют иногда для подавления отрицательного влияния 5, способствующей образованию горячих трещин при сварке. Связывание 5 в тугоплавкий сульфид Мп5 препятствует образованию сернистой эвтектики. При сварке малоуглеродистой стали с этой целью предусматривают содержание Мп в шве из расчета > 30% 5. В стержнях для сварки серого чугуна содержание марганца как элемента, способствующего отбеливанию чугуна, ограничивается 0,5—0,6%.  

Неметаллические включения (рис. 88), представляющие пустоты в металле шва, заполненные неметаллическими веществами (шлаками, окислами), как правило, присутствуют в металле сварных швов. Их состав, количество, размер, форма и распределение в металле шва могут оказать заметное влияние на механические свойства сварных соединений. Неметаллические включения можно разделить на включения, которые образуются в металле сварочной ванны в результате различных физико-химических процессов, и на включения, вносящиеся в сварочную ванну извне. Большинство неметаллических включений относится к первой группе и их образованию способствует обогащение жидкого металла примесями вследствие ликвационных явлений и понижение совместной растворимости примесей при охлаждении металла сварочной ванны. Извне неметаллические включения могут быть внесены в результате перехода в сварочную ванну части расплавленного покрытия в виде отдельных капель или вместе с электродным металлом за счет перехода окислов (соединение металла с кислородом), находящихся на поверхности свариваемых деталей, или неполного удаления шлако вой корки с поверхности предыдущего валика. Размеры неметаллических включений влияют на скорость их удаления из расплавленного металла и в значительной степени- на механические характеристики сварного соединения. Зародыши включений могут увеличиваться  [c.235]

Легирующие элементы титановых оплавов в наибольшей степени влияют на изменение пластических свойств сварного шва и зоны термического влияния. Пластические свойства многих оплавов, содержащих хром, марганец, железо, молибден, ванадий и другие элементы, снижаются вследствие закалки металла из Р-области. При этом происходит превращение с образованием а -фазы, которая обладает более дисперсным строением и большей хрупкостью. В работе [107] исследована свариваемость некоторых двойных сплавов титана. Наиболее резкое изменение свойств в шве наблюдалось (рис. 20) в сплавах с хромом, молибденом, кобальтом. Введение олова и циркония практически не влияло на свойства шва.  [c.82]

Оптимальный расход углекислого гааа зависит от конструкции горелки, ее положения относительно свариваемой детали и типа соединения. Увеличение расхода газа сверх минимально необходимого очень слабо влияет на устойчивость дуги, химический состав металла шва (фиг. 125) и свойства сварных соединений.  [c.458]

Вторую группу составляют испытания С. с разрушением шва для выявления искусства сварщиков или качества материалов. При этих испытаниях пользуются обычными методами металловедения, каковы испытания растяжением, проба ударом, на разрыв и пр., а также металлографического исследования. Следует однако при всех этих испытаниях учитывать, что сваренный предмет имеет три зоны (наваренный и основной металл и переходная зона) с различными свойствами и что часто незначительные и неопасные недостатки сильно влияют на результаты испытаний. Так, испытание растяжением дает показательные результаты только в том случае, когда разрыв имеет место по сварочному шву. Для достижения этого утолщения в месте С. обычно удаляют до получения равномерной толщины по всей длине образца. В СССР размеры и способ изготовления образца для испытаний С. растяжением устанавливает ОСТ 2406. Для получения разрыва в месте С. целесообразно несколько ослаблять сечение шва в образце. Правильное определение величины удлинения места С. при пробе на разрыв возможно только при помощи самых точных измерительных инструментов и при большом навыке. Зона самого шва, имеющего литую структуру, удлиняется совершенно иначе, нежели переходная зона с грубо кристаллич. структурой, а эта зона в свою очередь имеет иное удлинение, нежели материал в зоне основного материала свариваемого предмета. Б. ч. полу-  [c.121]

Выбор частоты является центральным моментом определения режима. Частота не может быть связана с каким-либо одним фактором или условием сварки. На ее выбор влияют теплофизические, магнитные, электрические свойства свариваемого материала, наличие оксидов, возможные фазовые превращения в нем, толщина металла, размеры поперечного контура заготовки, предельная мощность источника, удобство канализации высокочастотной энергии, необходимость экранирования сварочных устройств. С учетом всего комплекса требований и условий чаще всего используют частоту 440 кГц при работе с заготовками толщиной 0,8… 14 мм.  [c.520]

Флюсы и присадочные материалы. Исследование присадочных материалов и флюсов при сварке чугуна природным газом имеет большое значение для решения проблемы использования природных газов. Для сварки необходимы присадочные материалы и и флюсы, которые обеспечивают хорошую свариваемость и обрабатываемость сварного шва. При сварке чугуна в широко распространенных способах (электродуговом, газовом с использованием ацетилена) применяют флюсы, содержащие разнообразные компоненты без анализа их количественного состава. Это отрицательно влияет на образование структур сварного шва, способствует возникновению отбеленных участков, увеличению усадки и появлению трещин в околошовной зоне. С внедрением в сварочное производство разработанного нами способа сварки серых чугунов с использованием природного газа как заменителя ацетилена были исследованы и внедрены флюсы, обладающие хорошими раскислительными свойствами, обеспечивающие хорошую графитизацию и легкую обрабатываемость наваренного металла.  [c.123]

Следует отметить, что на механические свойства низкоуглеродистой стали сварка влияет незначительно. При сварке же конструкционных сталей в зоне термического влияния происходят структурные изменения, снижающие качество сварного соединения. При этом в металле шва образуются закалочные структуры и даже трещины. Значительно снизить термическое влияние процесса сварки на металл шва и околошовной зоны и получить качественное сварное соединение можно правильным выбором режима и техники сварки, а также хорошей подготовкой кромок свариваемых частей.  [c.44]

Процесс распространения теплоты в металле зависит от ряда факторов эффективной тепловой мощности дуги, характера ее перемещения, размера и формы свариваемого изделия, теплофизических свойств материала. Изменение этих факторов влияет на нагрев изделия, что можно оценить по изменению формы изотерм температурного поля. Так, с увеличением мощности дуги области металла, нагретые до определенных температур, расширяются (рис. 3.4). Увеличение скорости перемещения дуги приводит к сужению таких областей в направлении, перпендикулярном оси шва, и сгущению изотерм впереди дуги.  [c.44]

Если процесс сварки давлением с нагревом осуществлять в вакууме, то поверхность металла будет не только предохраняться от дальнейшего загрязнения, например, окисления, ной очищаться в результате процессов десорбции, возгонки или диффузии в глубь соединяемых металлов. Указанным способом можно достичь установления металлической связи по поверхности контакта. Однако в ряде случаев установление связи не обеспечивает требуемой прочности и качества соединений. Надежность и прочность соединения возрастают, если зона соединения расширяется и приобретает объемный характер. Расширение зоны соединения осуществляется в результате дальнейшего массопереноса — взаимной диффузии. В зависимости от температуры сварки диффузионные процессы влияют на рекристаллизацию и образование переходной зоны. При значительном отличии физических и химических свойств свариваемых материалов эта зона может являться зоной перестройки химических связей и состава. В ней может также происходить постепенное изменение типа и параметров кристаллических решеток и ряда физических свойств соединяемых материалов (от свойств, присущих одному из соединяемых материалов, до свойств, присущих другому). Таким образом, получение монолитного соединения при сварке давлением невозможно без образования связей на атомарном уровне, возникших в результате сближения контактных поверхностей в процессе пластической деформации. Надежность и прочность соединения возрастают при расширении зоны соединения путем взаимной диффузии при нагреве соединяемых материалов.  [c.16]

Испытание механических свойств металла шва и сварного соединения при различных температурах, определение стойкости против коррозии и других специальных характеристик в соответствии со стандартом на эти испытания. Свариваемость стали в определенной мере зависит от ее химического состава. Углерод, определяю-ш,ий многие свойства стали, оказывает влияние и на ее свариваемость. Содержание его до 0,25% не влияет на свариваемость стали, поэтому все низкоуглвродистые стали обладают хорошей свариваемостью. Содержание углерода более 0,25% ухудшает свариваемость. Высокоуглеродистые стали сваривают, применяя специальные технологические приемы. Марганец при обычном содержании его в стали до 0,8% на свариваемость не влияет. Однако в процессе сварки марганцовистых сталей (1,2% и более марганца) могут появиться трещины, так как марганец способствует образованию закалочных струк-  [c.97]

Выделяющееся при сварке тепло уходит в основном в свариваемый металл через околошовные участки, называемые зоной термического влияния. От обычной термической обработки нагрев и охлаждение металла сварного соединения в зоне термического влияния отли-чается кратковременностью теплового воздействия и нагревом до высоких температур. Нагрев и охлаждение /V. металла околошовной зоны оказывают серьезное влия-ние на его свойства, вызывая различные структурные изменения. Свойства сварного соединения определяются свойствами металла шва и металла зоны тер мического влияния. Зона термического влияния при сварке покрытыми электродами составляет около 6 мм (участки перегрева — 2,2 мм, нормализации — 1,6 мм, неполной перекристаллизации — 2,2 мм). Сварные соединения разрушаются главным образом в зоне термического влияния в следствие потери основным металлом пластических свойств.  [c.17]

Серьезной проблемой свариваемости среднелегированных сталей является пониженная сопротивляемость швов образованию горячих трещин. Это связано с необходимостью сохранения в шве повышенных концентраций углерода и других легирующих элементов для получения требуемых свойств металла шва. Известно, например, что С, 51 и Р способствуют образованию межкристаллитных легкоплавких сернистых прослоек, снижают сопротивляемость горячим трещинам Мп (> 4,5%) и N1 (> 2,5%). В то же время, добавки Сг, Мо, У, V и Т1 влияют весьма благотсорно. Поэтому при сварке среднелегированных сталей следует тщательно выбирать  [c.335]

Идея точечной сварки с термической обработкой между электродами была впервые выдвинута в 1935 г. в СССР Н. В. Гевелингом. Наиболее целесообразный цикл термической обработки при точечной сварке сварка—охлаждение между электродами — повторный нагрев (фиг. 102). В результате быстрого охлаждения стали в зоне сварки возможна закалка. При повторном нагреве в этой зоне осуществляется более или менее полный отпуск, вследствие чего твердость понижается, а пластические свойства металла повышаются. При нагреве электрическим током структурные превращения в стали идут очень быстро (см. гл. Ill), в связи с чем кратковременный повторный нагрев длительностью 0,1—3 сек. (в зависимости от толщины свариваемого материала) существенно влияет на структуру и механические свойства стали. Хрупкость сварной точки  [c.143]

Первый участок представляет собой частично расплавленный при сварке металл. Температурный интервал этого участка при содержании в свариваемом чугуне 3% углерода определяется температурами 1240ч-ПбО° С. При сварке без подогрева скорость охлаждения такого металла ( 3% С —2,5% 51) приводит к получению белого чугуна. На структуру и свойства металла этой зоны в некоторой степени может влиять состав сварочных материалов, в частности, вводя через них в металл шва графитизаторы (С, 51, N1 и др.), можно усилить процесс графитизации в первом участке зоны термического влияния.  [c.350]

У казкдого свариваемого материала в ЗТВ будут свои, характерные для этого материала, структурные участки. Наиболее наглядна эта структурная неоднородность ЗТВ при сварке плавлением низкоуглеродистой стали (рис. 16). Непосредственно к металлу щва примыкает участок неполного расплавления 1. Это тонкая (в несколько микрон) переходная полоска от металла шва к основному металлу, состоящая из частично оплавленных зерен основного металла. Металл участка неполного расплавления химически неоднороден, в нем концентрируются напряжения. Этот участок сильно влияет на свойства соединения в целом. За ним следует участок перегрева 2. В нем металл нагревается до температуры выше  [c.29]

ГИП ликвидирует такие дефекты, как рассеянную газовую и микроуса-дочную пористость, зональные рыхлоты, микротрещины. В зоне залеченного дефекта образуется структура, близкая к деформированному металлу, но значительно мельче, чем структура основного металла отливки. Такое сочетание структуры в одной отливке н» только положительно влияет на ее механические свойства (табл. 7), но и значительно повышает циклическую прочность, коррозионную стойкость, свариваемость, обрабатываемость резанием и другие технологические и эксплуатационные характеристики.  [c.488]

Технологические возможности дуговой сварки можно значительно расширить, если применить пульсирующую сварку (ее называют также импульснодуговой сваркой, сваркой модулированным током). Сварка пульсирующей дугой состоит в том, что скорость и количество вводимой в изделие теплоты определяются режимом пульсации дуги, который устанавливают по определенной программе, зависящей от свойств свариваемого металла, его толщины, пространственного положения сварки. Скорость нарастания и спада электрической мощности дуги, частоту и амплитуду ее пульсации можно изменять в довольно широких пределах. Изменяя параметры сварки пульсирующей дугой, можно эффективно воздействовать на форму и размеры сварочной ванны, на временные и остаточные деформации, в широких пределах изменять кристаллизацию металла и таким образом влиять на свойства сварных соединений. При этом способе сварки более эффективно используется поверхностное натяжение расплавленного металла, что позволяет улучшить условия формирования шва в различных пространственных положениях.  [c.198]

Основная проблема свариваемости титана и его сплавов связана с влиянием термического цикла сварки на их свойства. Сварочный нагрев в ряде сплавов титана приводит к образованик> стабильных и метастабильных структур, вызывающих охрупчивание металла, рост зерен в околошовной области и т. п. Все этс отрицательно влияет на механические свойства соединений.  [c.82]

Эти свойства в основном определяются ВЫСОКО чувствительностью тугоплавких металлов к элементам внедрения (рис. 1), которые влияют на большинство технологических характеристик деформируемость в холоднои[ п горячем состоянии, обрабатываемость резанием и особенно на свариваемость.  [c.343]

Для того чтобы сталь удовлетворяла всем перечисленным требованиям, необходимо соблюдение определенных условий на всех стадиях ее производства, начиная с выплавки. Эти условия влияют не только на состав и структуру стали, но и на ее. механические и термические свойства, сопротивление деформации, штампуемость и свариваемость, окисляемость и эмалируемость. Часто,сталь различных плавок и, тем более, выплавленная или прокатанная на различных заводах в неодинаковой степени обладает нужными свойствами, поэтому важно, чтобы металл для эмалирования поступал с одного металлургического завода. Сталь для эмалирования следует изготовлять на заводах, применяющих наиболее совершенные технологические процессы выплавку стали с использованием кислородного дутья, непрерывную разливку, скоростной нагрев перед прокаткой или нагрев с применением защитных покрытий, предупреждающих поверхность стали от окисления, совершенную термообработку и отделку поверхности.  [c.98]

Сущность импульсно-дуговой сварки заключается в том, что на обеспечивающий горение дежурной дуги постоянный ток силой /деж, имеющей малое значение, накладывают пульсирующий ток частотой 30..,100 имп/с, сила которого /св в 6,.,8 раз превышает силу основного тока. Дуга пульсирует с заданным соотношением длительностей импульса и паузы — соответственно и и ta Сплошной шов получнется расплавлением отдельных точек свариваемых заготовок с определенным перекрытием. Повторное возбуждение импульса и пространственная устойчивость дуги обеспечиваются благодаря горению в промежутках между импульсами и паузами маломощной дежурной дуги, которая во время паузы не оказывает существенного влияния на глубину проплавления. Меняя параметры /деж, /св, /я и п режима, можно в широких пределах изменять условия плавления и кристаллизации основного и электродного металлов и тем самым влиять на свойства шва.  [c.215]

Электродуговая С. При дуговой С. используется тепло вольтовой дуги, получаемой между углем и углем, между углем и металлом или между металлом и металлом. Обычно для С. применяют металлич. дугу, причем работают как постоянным, так и переменным током. Темп-ра вольтовой дуги 3 ООО—3 800° вольтова дуга постоянного тока развивает максимум тепла у положительного электрода, тогда как у отрицательного электрода на /-400° ниже, благодаря этому С. постоянным током обладает тем преимуществом, что к положительному полюсу можно присоединять более тугоплавкий из свариваемых предметов, например при С. предметов из стали с низким содержанием углерода более толстый предмет соединяют с положительным полюсом при сварке стали с большим содержанием углерода, наоборот, соединяют с положительным полюсом присадочный стержень. Наибольшее сопротивление имеет место в момент зажигания дуги при пуске тока напряжение зажигания для металлической дуги составляет ок. 65 V. Однако при самой С. напряжение снижается, и в зависимости от толщины электрода его целесообразно поддерживать в пределах 15—24 V. Для употребляемых в большинстве случаев электродов толщиной в 4 мм наиболее подходящим согласно данным практики является напряжение в 18 V. Так. обр. вольтова дуга имеет падающую характеристику, зависящую от длины дуги. Переход металла в вольтовой дуге происходит следующим путем жидкий металл стремится всегда от тонкого электрода присадочного прутка) к более массивному свариваемому предмету. Полагают, что металл притягивается последним вследствие перевеса в поверхностном напряжении. Магнитные силы при этом не могут йметь никакого влияния, так как раокаленное железо не обладает магнитными свойствами равным образом не влияет на переход материала и сила тяжести, в противном случае не представилось бы возможным производить потолочную С. Переход присадочного материала совершается большими или малыми каплями, что точно установлено новейшими изысканиями. Впервые это было выявлено из диаграммы силы тока и напрял ения процесса С., полученных при помощи осциллографа (фиг. 27). При этом было установлено, что сначала напряжение и сила тока немного колеблются, оставаясь в общем постоянными, что следует объяснить клокотанием капли на электроде, но затем напряжение внезапно падает, причем связанное с этим короткое замыкание свидетельствует о происшедшем в этот момент соединении между электродом и свариваемым предметом через посредство перенесенной капли. Эти выводы были подтверждены  [c.108]

Общие сведения. С развитием новых отраслей техники тугоплавкие металлы и их сплавы благодаря высоким жаропрочности, коррозионной стойкости в ряде агрессивных сред и другим свойствам находят все более широкое применение. К тугоплавким металлам, использующимся для изготовления сварных конструкций, относятся металлы IV, V и VI групп периодической системы Менделеева ниобий, тантал, цирконий, ванадий, титан, молибден, вольфрам и др. Эти металлы и сплавы на их основе обладают рядом общих физико-химических и технологических свойств, основными из которых являются высокие температура плавления, химическая активность в жидком и твердом состоянии при повышенных температурах поотношению к атмосферным газам, чувствительность к термическому воздействию, склонность к охрупчиванию, к интенсивному росту зерна при нагреве выше температуры рекристаллизации. Пластичность сварных соединений тугоплавких металлов, как и самих металлов, в большей мере зависит от содержания примесей внедрения. Растворимость азота, углерода и водорода в тугоплавких металлах показана на рис. 1. Содержание примесей внедрения влияет на технологические свойства тугоплавких металлов и особенно на их свариваемость. Взаимодействие тугоплавких металлов с газами и образование окислов, гидридов и нитридов вызывают резкое охрупчивание металла. Главной задачей металлургии сварки химически активных тугоплавких металлов является обеспечение совершенной защиты металла и минимального содержания в нем вредных примесей. Применение диффузионной сварки в вакууме для соединения тугоплавких металлов и их сплавов является весьма перспективным, так как позволяет использовать наиболее совершенную защиту металла от газов и регулировать термодеформационный цикл сварки в благоприятных для металла пределах.  [c.150]

Влияние химического состава на свариваемость стали

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Свариваемость стали зависит от ее химического состава и в пер­вую очередь от содержания в ней углерода.

По содержанию углерода стали разделяют на следующие груп­пы: малоуглеродистые, содержащие от 0,05 до 0,25% углерода; среднеуглеродистые, содержащие от 0,25 до 0,6% .углерода; высо­коуглеродистые, содержащие свыше 0,6% углерода.

Малоуглеродистые, а также среднеуглеродистые стали с содер­

жанием углепода не более 0,35% свариваются очень хорошо. Чем выше содержание углерода, тем хуже сваривается сталь обычным методом. При содержании углерода свыше 0,35% сталь склонна давать трещины при сварке и требует применения подогрева и спе­циальных приемов сварки.

Марганец увеличивает прочность и твердость стали, а так­же ее склонность к закалке. Содержание марганца в малоуглероди­стой стали обычно колеблется в пределах от 0,35 до 0,8%. Если марганца содержится более 1%, то при сварке образуются туго­плавкие шлаки, которые в виде включений иногда остаются в на­плавленном металле.

В некоторых специальных сталях содержание марганца повы­шают до 1,8—2,5%; при таком содержании марганец увеличивает закаливаемость стали и может вызывать образование трещин при сварке. Высокомарганцовистые стали содержат 11—16% марганца.

Кремний содержится в мало — и среднеуглеродистой стали в пределах от 0,03 до 0,04% и вводится в нее как раскислитель. Он способствует равномерному распределению отдельных химиче­ских элементов в металле шва. При содержании кремния более 0,5% образуются тугоплавкие шлаки, затрудняющие сварку. При содержании кремния от 0,8 до 1,5% сталь становится более упру­гой, однако при увеличении содержания кремния свыше 1,6% пла­стичность стали уменьшается, повышается ее твердость и хруп­кость.

Сера является крайне вредной примесью в стали и оказывает резко отрицательное влияние на ее свариваемость, вызывая обра­зование горячих трещин. Содержание серы в стали не должно превышать 0,04—0,05%.

Фосфор также является вредной примесью в стали, так как образует фосфористое железо, более хрупкое, чем сталь. Содержа­ние в стали фосфора в пределах 0,1—0,2% делает ее хрупкой при обычной температуре (хладноломкой), поэтому содержание фосфо­ра не должно превышать 0,04—0,05%. Чем выше содержание углерода в стали, тем заметнее вредное влияние фосфора.

Хром, молибден, никель, ванадий, вольфрам, ти­тан и ниобий являются примесями, вводимыми в состав леги­рованных сталей для придания им специальных свойств.

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

С каждым днем лазерная резки металла становиться все более востребованной. Давайте разберемся в этом почему же так?

В наши дни, работа сварочным оборудованием используется во многих сферах жизни: начиная от строительства высокоэтажных домов и заканчивая созданием предметов интерьера. Но что же скрывается за этим, малопонятным непосвященному, словом? …

Влияние химического состава стали на свариваемость

Категория:

Сварочные работы

Свариваемость стали в основном зависит от ее химического состава (содержания элементов).

Углерод. Стали с содержанием углерода до 0,25% свариваются хорошо. Дальнейшее увеличение содержания углерода резко ухудшает свариваемость, так как при этом возможны закалка металла шва и околошовной зоны и появление трещин. В результате выгорания углерода образуется большое количество газовых пор.

Марганец в небольших количествах (до 1%) на свариваемость стали не влияет. При повышенном содержании марганца увеличивается закаливаемость стали, что может привести к образованию трещин.

Кремний. С увеличением содержания кремния сварка затрудняется из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния, остающихся в шве в виде шлаковых включений.

Хром ухудшает свариваемость стали, так как он при окислении дает тугоплавкие окислы. При соединении с углеродом образуются карбиды хрома, снижающие пластичность металла шва и увеличивающие твердость в около-шовной зоне.

Никель. Содержание никеля в стали может изменяться в довольно широких пределах. Никель способствует измельчению зерна, улучшает пластичность и повышает прочность стали. Никель положительно влияет на свариваемость стали, но требует хорошей защиты от влияния кислорода, так как легко окисляется.

Молибден входит в состав всех теплоустойчивых и жаропрочных легированных сталей. Он делает сталь мелкозернистой, обеспечивает прочность стали при высоких температурах, но ухудшает свариваемость, являясь причиной образования трещин в шве и околошовной зоне.

Сера—>вредная примесь в стали, сильно ухудшает свариваемость, вызывая образование горячих трещин.

Фосфор—вредная примесь в стали, способствует образованию трещин при обычной температуре, т. е. вызывает хладноломкость.

Влияние отдельных элементов на свариваемость стали сказывается сильнее при сочетании элементов друг с другом, в первую очередь с углеродом. Для приближенного определения свариваемости стали по ее химическому составу рассчитывают по специальной формуле так называемое эквивалентное содержание углерода, по величине которого и судят о свариваемости стали данной марки.

Реклама:

Читать далее:

Статьи по теме:

Свариваемость металлов (реферат) :: Рефераты по металлургии

 
Общие понятия о свариваемости
Процесс сварки – это комплекс нескольких одновременно протекающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в околошовных участках, плавление, металлургические процессы, кристаллизация металла шва и взаимная кристаллизация металлов в зоне сплавления. Под свариваемостью, следовательно, необходимо понимать отношение металлов к этим основным процессам.
Свариваемость металлов рассматривают с технологической и с физической точек зрения.
Тепловое воздействие на металл в околошовных участках и процесс плавления определяются способом сварки, его режимами.
Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать  технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение.
Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляется выбранным способом сварки, а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость.
Свариваемые металлы могут иметь как одинаковые, так и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные сточки зрения химического состава и свойств металлы, во втором случае – разнородные.
Все однородные металлы обладают физической свариваемостью.
Свойства разнородных металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью.
Влияние легирующих элементов и примесей
К легирующим элементам относят: хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, а также марганец и кремний при определенном их содержании.
Хром в низкоуглеродистых сталях содержится в пределах до 0,3%, в конструкционных 0,7-3,5%, в хромистых 12-18%, в хромоникелевых 9-35%. При сварке хром образует карбиды хрома, ухудшающие коррозийную стойкость стали и резко повышающие твердость в зонах термического влияния; содействует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки.
Никельв низкоуглеродистых сталях имеется в пределах 0,2-0,3%, в конструкционных 1-5%, в легированных 8-35%. В некоторых сплавах содержание никеля достигает 85%. Никель увеличивает пластические и прочностные свойства, измельчает зерна, не ухудшая свариваемости.
Молибден в стали ограничивается 0,15-0,8%. Он увеличивает несущую способность стали при ударных нагрузках и высоких температурах, измельчает зерно. Он способствует образованию трещин в наплавленном металле и в зонах термического влияния; при сварке активно окисляется и выгорает.
Ванадий в специальных сталях содержится в пределах 0,2-0,8%, в штамповых сталях 1-1,5%. Он способствует закаливаемости стали, чем затрудняет сварку. В процессе сварки активно окисляется и выгорает.
Вольфрам в инструментальных и штамповых сталях содержится в пределах от 0,8 до 18%. Вольфрам резко увеличивает твердость стали и её работоспособность при высоких температурах (красностойкость), но затрудняет процесс сварки, так как сильно окисляется.
Титан и ниобий вводят в нержавеющие и жаропрочные стали для повышения коррозийных свойств (0,5-1,0%). При сварке нержавеющих сталей типа Х18Н9 ниобий способствует образованию горячих трещин.
Углерод – одна из наиболее важных примесей, определяющая прочность, вязкость, закаливаемость и особенно свариваемость стали. Содержание углерода в обычных конструкционных сталях в пределах до 0,25% не ухудшает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость стали резко ухудшается, так как в зонах термического влияния образуются структуры закалки, приводящие к трещинам. Повышенное содержание углерода в присадочном материале вызывает при сварке пористость металла шва.
Марганец содержится в стали в пределах 0,3-0,8%. Процесс сварки марганец не затрудняет. При сварке среднемарганцовистых сталей (1,8-2,5% Mn) возникает опасность появления трещин в связи с тем, что марганец способствует увеличению закаливаемости стали. В сталях типа Г13Л с содержанием марганца в пределах 11-16% при сварке происходит интенсивное выгорание марганца, для предотвращения которого требуются специальные меры.
Кремний находится в стали в пределах 0,02-0,3%. Он не вызывает затруднений при сварке. В специальных сталях при содержании кремния 0,8-1,5% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.
Технические факторы, влияющие на свариваемость
Такие особенности сварки, как высокая температура нагрева, малый объем сварочной ванны, специфичность атмосферы над сварочной ванной, а также форма и конструкция свариваемых деталей, в ряде случаев обусловливают нежелательные последствия:
—        резкое отличие химического состава, механических свойств и структуры металла шва от химического состава, структуры и свойств основного металла;
—        изменение структуры и свойств основного металла в зоне термического влияния;
—        возникновение в сварных конструкциях значительных напряжений, способствующих в ряде случаев образованию трещин;
—        образование в процессе сварки тугоплавких, трудноудаляемых окислов, затрудняющих протекание процесса, загрязняющих металл шва и понижающих его качество;
—        образование пористости и газовых раковин в наплавленном металле, нарушающих плотность и прочность сварного соединения.
При различных способах сварки наблюдается заметное окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входят:
—        определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от способа сварки;
—        оценка структуры и механических свойств околошовной зоны;
—        оценка склонности сталей к образованию тещин;
—        оценка получаемых при сварке окислов металлов и плотности сварного соединения.
Существующие способы определения технологической свариваемости можно разделить на две группы.
Первая группа – прямые способы, когда свариваемость определяется сваркой образцов определенной формы.
Вторая группа – косвенные способы, когда сварочный процесс заменяют другими процессами, характер воздействия которых на металл имитирует влияние сварочного процесса, например термическая обработка при температурах, близких к температурам сварочного процесса.
Первая группа способов дает прямой ответ не вопрос о предпочтительности того или иного способа сварки, о трудностях, возникающих при сварке выбранным способом, о рациональном режиме сварки и т.п.
Вторая группа способов, имитирующих сварочные процессы, не может дать прямого ответа на все вопросы, связанные с практическим осуществлением сварки. Косвенные способы рассматривают только как предварительные лабораторные испытания.
Классификация сталей по свариваемости.
Краткие рекомендации по технологии сварки
По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая группа – хорошо сваривающиеся; вторая группа – удовлетворительно сваривающиеся; третья группа – ограниченно сваривающиеся; четвертая группа – плохо сваривающиеся.
Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей, – склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.
К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.
Ко второй группе относятся в основном стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном нагреве, а также в предварительной и последующей термообработке.
К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию тещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергаются обработке после сварки.
К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Факторы, определяющие свариваемость — Энциклопедия по машиностроению XXL

Факторы, определяющие свариваемость  [c.121]

Технологические свойства (жидкотекучесть, способность к пластической деформации, свариваемость) — важный фактор, определяющий возможность и эффективность обработки данного материала выбранным технологическим методом. Проектируя деталь, конструктор должен с самого начала представлять, как ее будут изготовлять, начиная от получения заготовки и кончая финишной обработкой.  [c.15]

Выбор режима сварки и зажигание дуги. Одним из основных факторов, определяющих режим сварки, является сварочный ток, который обусловливается диаметром электрода. Диаметр же электрода подбирают в. зависимости от толщины свариваемого металла При выборе диаметра электрода для сварки стыковых швов можно пользоваться рекомендациями, приведенными ниже.  [c.112]

Колебательная сила, как мы уже рассмотрели, является в основном следствием сопротивления нагрузки, которое неуправляемо. Это обусловлено влиянием многочисленных факторов, определяющих эту нагрузку. В некоторой степени на этот параметр может оказать влияние подготовка поверхности свариваемых металлов перед сваркой.  [c.61]

Приведенный анализ показывает, что условия нагрева, принятые и рекомендуемые нами для построения диаграмм анизотермического превращения аустенита и структурных диаграмм, полностью учитывают основные факторы, определяющие устойчивость аустенита в околошовной зоне при сварке, и обеспечивают возмол ность использования этих диаграмм для выбора режимов и технологии сварки плавлением перлитных сталей. При этом удовлетворительное соответствие структурного состояния наблюдается в широком диапазоне изменения толщины свариваемых элементов, а также для разнообразных типов сварных соединений. Необходимые коррективы, особенно при сварке сталей с энергичными карбидообразующими элементами, могут быть легко получены путем сравнения принятых стандартных параметров с действительными параметрами термических циклов околошовной зоны в каждом конкретном случае так, как это было сделано выше на примере стали 40Х.  [c.84]

Основными факторами, определяющими свойства электрода, являются химический состав электродного стержня и покрытия. Химический состав электродной стальной проволоки выбирают в соответствии с химическим составом и свойствами металла свариваемого изделия и он регламентируется ГОСТ 2246—60.  [c.201]

Сварка разнородных сталей. При сварке разнородных сталей кроме общих положений свариваемости следует учитывать дополнительные факторы, определяющие работоспособность соединения при сварке плавлением изменение состава металла шва в участках, примыкающих к основному металлу развитие в зоне плавления разнородных металлов малопрочных и хрупких кристаллизационных и диффузионных прослоек переменного состава наличие остаточных напряжений в соединениях разного структурного класса, которые не могут быть сняты термической обработкой. Указанные факторы обусловливают развитие химической, структурной и механической неоднородности сварных соединений.  [c.132]

Трещиностойкость сварных соединений одной и той же толщины, выполненных сваркой под флюсами в среде углекислого газа, практически одинакова (рис. 6). Однако на величину трещиностойкости и температуру перехода в вязкое состояние заметно влияет число свариваемых слоев. В данном случае определяющими факторами, очевидно, являются изменение пластических свойств металла шва под воздействием термомеханического цикла сварки при последующих проходах, а также увеличение толщины сварного соединения в связи с ростом количества слоев, приводящее к повышению степени стеснения пластических деформаций в области вершины дефекта.  [c.286]

Источники питания для дуговой сварки являются основным элементом сварочного оборудования, обеспечивающим зажигание и гашение дуги, ее стабильное горение, управление ее физическими параметрами и технологическими свойствами. Выбор источника питания для дуговой сварки, требования к его проектированию и производству зависят от ряда факторов физических характеристик самой дуги (выступающей в качестве нагрузки в электрической цепи), особенностей конкретного способа сварки и свариваемого материала, требований к качеству сварного соединения и условий выполнения сварки. Первым и определяющим условием функционирования любого источника питания являются электрические характеристики дуги.  [c.110]

Тепловые процессы при сварке. Введение ультразвука в свариваемые металлы приводит к нагреву зоны сварки [1, 6 и др.]. Можно полагать, что это повышение температуры существенным образом сказывается на процессе образования сварного соединения, хотя, по мнению авторов работ [37, 67 и др.], и не является определяющим фактором.  [c.34]

Наряду с выбором и разработкой сплавов для самолета, где определяющими факторами были характеристики прочности, жаропрочности, усталости, трещиностойкости большую роль играла технологичность нового материала — свариваемость, возможность применения химической обработки, пластичность при горячей и холодной деформации и многие другие технологические показатели.  [c.46]

Основными факторами, определяющими свариваемость фто-ропласта-4, являются температура, длительность выдержки, давление на материал, условия закрепления материала при сварке и протяженность одновременно свариваемого участка шва.  [c.82]

При сварке разнородных сталей, кроме общих положений свариваемости, должны учитываться следующие дополнительные факторы, определяющие выбор основиого U присадочного матерпалов и работоспособность изделия  [c.194]

В большинстве случаев свойства свариваемого материала и другие факторы, определяющие возможность применения того или иного способа сварки, позволяют использовать при изготовлении конструкции несколько способов, каждый из которых обеспечивает получение готовой сварной конструкции, соответствующей всем требованиям технических условий. В этом случае выбор того или иного способа сварки и варианта технологического процесса должен обосновываться определением его экономической эф ктив-ности.  [c.485]

При замене общего подогрева местным и выборе условий его проведения необходимо учитывать назначение подогрева и тип свариваемого изделия. Так, при сварке узлов относительно небольшой жесткости из легированной стали определяющим фактором выбора условий проведения подогрева является уменьшение скорости охлаждения шва и околошовной зоны до значений, при которых обеспечивается получение пластичных структур, не склонных к трещинообразованню. Указанный режим охлаждения зоны сварки обычно достигается тем, что деталь подогревается перед сваркой (предварительный подогрев), а также во время сварки (сопутствующий подогрев). Наиболее рациональным является в данном случае использование местного подогрева. К числу подобных узлов можно отнести стыки трубопроводов (кроме замыкающих), швы сосудов и другие.  [c.87]

Однако совокупность свойств, определяющих возможность фи зической свариваемости диффузия в жидком и твердом состоянии образования жидких и твердых растворов, совместной кристал лизации расплавленных основного и присадочного металла и т. д. т. е. всех факторов, в результате благоприятного сочетания ко торых могут образовываться сварные соединения, еще не полно стью определяет возможность получения качественной и экономич ной сварной конструкции, отвечающей требованиям высокой рабо тоспособности во время эксплуатации и наименьшей стоимости при изготовлении.  [c.470]

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали — Студопедия

Углерод(С) — одна из основных примесей, определяющих сва­риваемость стали. Содержание углерода в обычных конструк­ционных сталях до 0,25 % не ухудшает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость стали резко ухудшается, так как в зонах термического влияния образуются структуры закал­ки, приводящие к трещинам. Повышенное содержание углерода в присадочном материале вызывает при сварке пористость ме­талла шва.

Марганец(Мп) не ухудшает свариваемости стали, если его со­держание не превышает 0,3… 0,8 %. В сред немарганцовистых (1,8…2,5 %) сталях марганец повышает их закаливаемость и склонность к образованию трещин при сварке.

Кремний(Si) не влияет на свариваемость стали, если его со­держание не превышает 0,3 %. В обычных углеродистых ста­лях содержится не более 0,2…0,3 % кремния, в специальных сталях содержание кремния достигает 0,8. ..1,5 %. В таких коли­чествах кремний затрудняет сварку из-за высокой жидкотекуче­сти стали, легкой ее окисляемости и образования тугоплавких оксидов.

Хром(Сг) содержится в низкоуглеродистых сталях в количе­стве 0,2…0,3 %, в конструкционных — 0,7…3,5, в хромистых — 12…18, в хромоникелевых — 9…35 %. Он затрудняет сварку, так как усиливает окисление металла, образует химические со­единения с углеродом (карбиды хрома), ухудшающие коррози­онную стойкость стали и резко повышающие твердость металла в зонах термического влияния. Хром также содействует образо­ванию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель(Ni) в низкоуглеродистых сталях содержится в ко­личестве до 0,2…0,3 %, в конструкционных — 1…5, в легиро­ванных — 8…35 %. В некоторых сплавах содержание никеля достигает 85 %. Он увеличивает пластические и прочностные 9войсТва стали, измельчает зерна, не ухудшая свариваемости.

Молибден(Мо) в сталях содержится в количестве 0,15…0,8 %. Он измельчает зерно, затрудняет сварку, вызывает образование трещин в наплавленном металле и зонах термического влияния, сильно окисляется и выгорает при сварке.

Содержание в стали 0,8…1,8 % вольфрама(W) резко увели­чивает ее твердость и работоспособность при высоких темпера­турах. Он сильно окисляется при сварке, требует хорошей защиты от кислорода, затрудняет сварку.

Ванадий(V) обычно содержится в сталях в количестве 0,2… 0,8 %, в штамповых сталях — 1…1.5 %. Он улучшает закали­ваемость стали, что затрудняет сварку. В процессе сварки актив­но окисляется и выгорает.

Титан(Ti) и ниобий(Nb) содержатся в коррозионно-стойких сталях в количестве до 1 %, не усложняют сварочный процесс и не ухудшают свариваемость стали.

Медь(Си) в специальных сталях имеется в количестве 0,3… 0,8 %. Она улучшает ряд свойств стали (прочность, пластич­ность, ударную вязкость, коррозионную стойкость) и не ухуд­шает ее свариваемость.

Сера(S) в количествах, превышающих предельно допустимые, ухудшает свариваемость стали, вызывает появление Горячих трещин.

Фосфор(Р) в концентрациях, превышающих предельно до­пустимые, ухудшает свариваемость стали, вызывает появление холодных трещин.

Кислород(О) содержится в сплаве в виде оксида железа, ухуд­шает свариваемость стали, снижая ее механические свойства.

Азот(N) образует с железом химические соединения (нитри­ды) в металле сварочной ванны при ее охлаждении, что снижает пластичность стали.

Водород(Н) является вредной примесью. Скапливаясь в от­дельных местах сварного шва, он образует газовые пузырьки, вызывает появление пористости и мелких трещин.

Свариваемость стали можно приближенно определить по коли­честву легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду:

„ „ Мп Si Cr Ni Мо V Си Р

С_э =С +——- + — + —+—+—+— + — + —,

6 24 5 10 4 5 13 2

где С_э — эквивалент углерода, %; С, Мп, Si, Cr, Ni, Мо, V, Си, Р — содержание в стали легирующих элементов, %.

Легирующие элементы в различной степени влияют на свари­ваемость сталей. Поэтому их воздействие сравнивают с влиянием углерода — приводят к эквиваленту углерода. Чтобы опреде­лить С_э, в формулу вместо символов подставляется процентное содержание легирующих элементов. При С_э< 0,35 % сталь хо­рошо сваривается. Если толщина свариваемых элементов менее 8 мм, то сталь хорошо сваривается при С_э< 0,5 %. При большей толщине металла или при С, > 0,35 % требуется предваритель­ный подогрев, другие технологические методы сварки или по­следующая термообработка.

Как видно из приведенной выше формулы, увеличение в стали содержания кремния, никеля, меди в меньшей степени влияет на ухудшение свариваемости. Ухудшают свариваемость стали увеличение содержания марганца, хрома, молибдена, ванадия. Значительно ухудшает свариваемость увеличение содержания фосфора (более 0,05 %). Наличие фосфора в количестве 0,05 % и менее в формуле не учитывается.

При суммарном содержании в стали примесей марганца, крем­ния, хрома и никеля меньше 1 % сталь хорошо сваривается, если содержание углерода не превышает 0,25 %, удовлетворительно — 0,25…0,35; ограниченно — 0,35…0,45 и плохо — свыше 0,45 % углерода.

Если суммарное содержание указанных примесей составляет 1…3 %, сталь сваривается хорошо при содержании до 0,20 % углерода, удовлетворительно — при 0,2…0,3, ограниченно — при 0,3…0,4 и плохо — при содержании более 0,4 % углерода.

При суммарном содержании указанных примесей в стали свы­ше 3 % сталь хорошо сваривается, если количество углерода не превышает 0,18 %, удовлетворительно — 0,18…0,28, ограничен­но — 0,28…0,38 и плохо, если в стали более 0,38 % углерода.

Формула эквивалентного углерода в сталях получена опыт­ным путем и не всегда отражает точную картину взаимодействия различных элементов в сварочной ванне и изменения структуры при охлаждении металла шва. Поэтому для определения свари­ваемости обычно сваривают специальные образцы, исследуют микроструктуру наплавленного металла и т.д.

Особую сложность представляет сварка металлов, разли­чающихся своими свойствами. Разные температуры плавления, склонность к образованию хрупких соединений и другие причи­ны вынуждают разрабатывать специальные приемы сварки, осо­бые сварочные материалы.

Для оценки свариваемости металла берут, например, две пластины и сваривают их на нескольких режимах. Затем изго­товляют образцы и определяют ударную вязкость, критическую температуру хрупкости, зернистость, твердость наплавленного металла и зоны термического влияния.

При оценке свариваемости стали помимо химического состава учитываются: форма сварной конструкции, толщина металла и его механические свойства, количество и расположение швов в конструкции, технологические особенности сварки и другие характеристики.

Четыре межмолекулярные силы и их влияние на точки кипения

Такие свойства, как точки плавления и кипения, являются мерой того, насколько сильны силы притяжения между отдельными атомами или молекулами. (Мы называем эти межмолекулярных сил — силы между молекулами, в отличие от внутримолекулярных сил — силы внутри молекулы.)

Все это вытекает из этого общего принципа: по мере того, как связи становятся более поляризованными, заряды атомы становятся больше, что приводит к большему межмолекулярному притяжению, что приводит к более высоким температурам кипения.

Существует четыре основных класса взаимодействий между молекулами, и все они являются различными проявлениями «притяжения противоположных зарядов».

Уже доступно — загрузите этот замечательный (бесплатный) трехстраничный раздаточный материал о том, как решать типичные проблемы с температурой кипения. С 10 примерами решенных задач! (Также содержит все ключевые моменты, обсуждаемые в этом сообщении)

MOC_Boiling_Point_Handout (PDF)

Четыре ключевых межмолекулярных силы следующие:

Ионные связи > Водородные связи > Диполь Ван дер Ваальса -дипольные взаимодействия > Ван-дер-Ваальсовы дисперсионные силы.

Давайте посмотрим на них по отдельности, от самых сильных до самых слабых.

Содержание

1. Ионные силы
2. Водородная связь
3. Диполь-дипольные взаимодействия Ван-дер-Ваальса
4. Ван-дер-Ваальсовы дисперсионные силы («силы Лондона»)
5. Нижняя линия

1. Ионная силы

Ионные — это взаимодействия между заряженными атомами или молекулами («ионами»). Положительно заряженные ионы, такие как Na (+), Li (+) и Ca (2+), называются катионами.Отрицательно заряженные ионы, такие как Cl (-), Br (-), HO (-), называются анионами (я всегда понимал это прямо, вспоминая, что «N» в «Anion» означает «отрицательный»). Силы притяжения между противоположно заряженные ионы описываются законом Кулона, в котором сила увеличивается с ростом заряда и уменьшается с увеличением расстояния между этими ионами. Сильно поляризованная (заряженная) природа ионных молекул отражается в их высоких температурах плавления (NaCl имеет точку плавления 801 ° C), а также в их высокой растворимости в воде (во всяком случае, для солей щелочных металлов; металлов, которые образуют несколько зарядов любит оставлять остатки на вашей ванне)

2.Водородная связь

Водородная связь возникает в молекулах, содержащих высоко электроотрицательные элементы F, O или N, непосредственно связанные с водородом. Поскольку H имеет электроотрицательность 2,2 (сравните с 0,9 для Na и 0,8 для K), эти связи не так поляризованы, как чисто ионные связи, и обладают некоторым ковалентным характером. Однако связь с водородом все равно будет поляризованной и обладать диполем.

Диполь одной молекулы может выровняться с диполем другой молекулы, что приводит к притягивающему взаимодействию, которое мы называем водородными связями.Из-за быстрого движения молекул в растворе эти связи являются временными (недолговечными), но имеют значительную прочность связи в диапазоне от (9 кДж / моль (2 ккал / моль) (для NH) до примерно 30 кДж / моль (7 ккал) и выше для HF. Как и следовало ожидать, сила связи увеличивается по мере увеличения электроотрицательности группы, связанной с водородом.

Таким образом, в некотором смысле, HO и NH являются «липкими» — молекулы, содержащие эти функциональные группы, будут стремиться иметь более высокие температуры кипения, чем вы ожидаете, исходя из их молекулярной массы.

3. Диполь-дипольные взаимодействия Ван-дер-Ваальса

Другие группы, помимо водорода, могут участвовать в полярных ковалентных связях с сильно электроотрицательными атомами. Например, каждая из этих молекул содержит диполь:

Эти диполи могут взаимодействовать друг с другом привлекательным образом, что также увеличивает точку кипения. Однако, поскольку разница электроотрицательностей между углеродом (электроотрицательность = 2,5) и электроотрицательным атомом (например, кислородом или азотом) не так велика, как для водорода (электроотрицательность = 2.2) полярное взаимодействие не такое сильное. Таким образом, в среднем эти силы имеют тенденцию быть слабее, чем при водородной связи.

4. Силы дисперсии Ван-дер-Ваальса («силы Лондона»)

Самые слабые межмолекулярные силы из всех называются силами дисперсии или силами Лондона. Они представляют собой притяжение между мгновенными диполями в молекуле. Подумайте об атоме, таком как аргон. Это инертный газ, правда? Но если охладить его до –186 ° C, вы действительно сможете конденсировать его в жидкий аргон.Тот факт, что он образует жидкость, означает, что что-то удерживает его вместе. Это «что-то» — это рассеивающие силы. Подумайте об электронах в валентной оболочке. В среднем , они распределены равномерно. Но в любой момент времени может быть несоответствие между количеством электронов на одной стороне и количеством на другой, что может привести к мгновенной разнице в зарядов на .

Это немного похоже на баскетбол. В среднем , каждый игрок покрывается индивидуально, для равномерного распределения игроков.Но в любой момент у вас может возникнуть ситуация с двумя командами, когда распределение игроков «неравномерно» (это также означает, что кто-то открыт). В валентной оболочке эта «комковатость» создает диполи, и именно эти диполи ответственны за межмолекулярное притяжение.

Поляризуемость — это термин, который мы используем для описания того, насколько легко атомы могут образовывать эти мгновенные диполи. Поляризуемость увеличивается с размером атома. Вот почему температура кипения аргона (–186 ° C) намного выше, чем точка кипения гелия (–272 ° C).По той же аналогии точка кипения йода (I-I, 184 ° C) намного выше, чем точка кипения фтора (F-F, –188 ° C).

Для углеводородов и других неполярных молекул, у которых отсутствуют сильные диполи, эти дисперсионные силы действительно являются единственными силами притяжения между молекулами. Поскольку диполи слабые и непостоянные, они зависят от контакта между молекулами, а это означает, что силы увеличиваются с увеличением площади поверхности. Небольшая молекула, такая как метан, имеет очень слабые межмолекулярные силы и имеет низкую температуру кипения.Однако с увеличением молекулярной массы температура кипения также повышается. Это потому, что поверхность, на которой могут действовать эти силы, увеличилась. Следовательно, дисперсионные силы d увеличиваются с увеличением молекулярной массы. По отдельности каждое взаимодействие ничего не стоит, но в совокупности эти силы могут быть чрезвычайно значительными. Как ящерица-геккон может ходить по стенам? Посмотрите на ноги.

[Определение тенденций для углеводородов может быть немного сложным в зависимости от точной структуры — симметрия также играет роль в температурах кипения и плавления.Я подробно говорил об этом ранее.]

5. Итог

1. Точки кипения являются мерой межмолекулярных сил.
2. Межмолекулярные силы увеличиваются с увеличением поляризации связей.
3. Сила межмолекулярных сил (и, следовательно, влияние на точки кипения) является ионной> водородная связь> диполь-диполь> дисперсия
4. Температура кипения увеличивается с увеличением молекулярной массы и площади поверхности.

Для другого обсуждения этих принципов см. Chemguide

Напоминание — не забывайте бесплатное руководство по изучению точки кипения (содержит все ключевые моменты, обсуждаемые в этом сообщении)

MOC_Boiling_Point_Handout (PDF)

энергия первой ионизации