4.3. Свариваемость металлов и сплавов

Технология машиностроения / Проектирование и производство заготовок / 4.3.        Свариваемость металлов и сплавов

Под свариваемостью понимается свойство металла или сплава образовывать при сварке качественное соединение. Пониженная свариваемость проявляется в изменении структуры и физико-механических свойств материала в зоне, примыкающей к сварочному шву, образовании сварного шва с повышенной дефектностью в виде трещин, пор и раковин, а также деформации сварной конструкции за счет сварочных термических напряжений.

Прочность и твердость шва, как правило, ниже чем у основного металла. Это объясняется тем, что для предотвращения дефектов в сварном шве сварку многих сталей и сплавов выполняют  низколегированными сварочными материалами. Образующаяся при этом крупнозеренная литая структура определяет пониженную пластичность сварного шва.

Зона термического влияния (ЗТВ) представляет участок сварного соединения, прилегающего к шву, в котором под действием нагрева происходят активные структурные изменения, приводящие к укрупнению зерна, оплавлению границ зерен, а в сплавах с полиморфными превращениями возможно образование  микроструктуры закалочного типа. В результате таких изменений возможно резкое повышение твердости и снижение пластичности.

Для металлов с пониженной свариваемостью характерно образование горячих и холодных трещин как в самом шве, так и в ЗТВ.

Горячие трещины образуются в период кристаллизации сварного шва, когда металл находится в двухфазном твердо-жидком состоянии, в результате развития внутренних сварочных деформаций растяжения, приводящих к разрушению материала по незатвердевшим жидким прослойкам между кристаллитами. Как правило, горячие трещины образуются вдоль оси сварных швов в зоне стыка столбчатых кристаллитов, где завершается кристаллизация шва. Склонность к горячим трещинам повышается при наличии в металле шва вредных примесей, которые обладают повышенной склонностью к ликвации и образованию легкоплавких соединений.

Холодные трещины чаще всего возникают в ЗТВ после полного затвердевания сварного шва в период окончательного охлаждения или последующего вылеживания сварной конструкции в течение нескольких суток. Холодные трещины характерны для сплавов, претерпевающих при сварке закалку, усиленный рост зерна, повышенное насыщение газами, особенно водородом. Эти процессы приводят к понижению прочности и пластичности металла. Если сварочные напряжения превышают прочность материала в указанном состоянии, то образуются холодные трещины.

Поры в сварных швах образуются в процессе кристаллизации сварного шва в результате выделения газов из пересыщенного газами затвердевающего металла. Основные причины появления пор:

· насыщение жидкого металла сварной ванны газами вследствие повышенной влажности электродных покрытий, флюсов и  защитных газов;

· нарушение защиты и интенсификация окислительных процессов в шве;

· охлаждение сварных швов при кристаллизации с большой скоростью, вследствие чего затрудняется выход пузырьков газа из кристаллизующегося шва в атмосферу.

Низкоуглеродистые и низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью и соединяются большинством способов сварки без особых трудностей.

Углеродистые и легированные стали с содержанием углерода более 0,3 % при типовых режимах сварки претерпевают закалку в зоне термического влияния. Исполь

зование таких сталей в жестких сварных узлах может приводить к образованию холодных трещин в зонах повышенных внутренних напряжений. При насыщении металла водородом склонность к холодным трещинам возрастает из-за понижения пластичности и повышения твердости. Источником водорода при сварке может быть влага в покрытиях электродов, флюсах и защитных газах, которая разлагается в дуге, и атомарный водород насыщает жидкий металл сварочной ванны.

Для обеспечения хорошей свариваемости при дуговой сварке рекомендуется:

· предварительный и последующий прогрев заготовки до температуры 100…300 ^оС в целях замедленного охлаждения и исключения закалки зоны термического влияния;

· прокалка электродов и флюсов при температуре 400…500 ^оС в течение 3 часов;

· осушение защитных газов для предупреждения попадания водорода в металл сварного соединения;

· низкий или высокий отпуск сварных соединений сразу после окончания сварки в целях повышения пластичности закалочных структур и удаления водорода.

Высоколегированные и коррозионностойкие стали характеризуются плохой свариваемостью. При сварке таких сталей на режимах, обусловливающих продолжительное пребывание металла в области температур 500…800 ^оС, возможна потеря коррозионной стойкости металлом в зоне шва и области термического воздействия. Причиной этого является образование карбидов хрома на границах зерен и обеднение приграничных участков зерен хромом. В результате металл сварного соединения становится склонным к так называемой межкристаллитной коррозии.

При дуговой сварке для предупреждения межкристаллитной коррозии сварных соединений рекомендуется сварка на малых погонных энергиях с применением медных теплоотводящих подкладок в целях получения жестких термических циклов и уменьшения времени пребывания металла при высоких температурах. Термическая обработка после сварки предусматривает нагрев заготовки до температуры 1100 ^оС и закалку в воду. В этом случае происходит растворение карбидов, а закалка фиксирует чисто аустенитную структуру.

При дуговой сварке аустенитных сталей  возможно образование в сварных швах горячих трещин. Они обусловлены широким интервалом кристаллизации вследствие повышения содержания легирующих и наличия вредных примесей, в частности серы. Образованию горячих трещин способствует также крупнозеренная столбчатая макроструктура шва, при которой его кристаллизация завершается при наличии жидкофазных прослоек  большой протяженности.

Для предупреждения возникновения горячих трещин рекомендуется вводить в сварочные материалы Si, Al, Mo, Mn и другие элементы, способствующие измельчению зерна, и снижать содержание вредных примесей.

Чугун относится к материалам, обладающим плохой свариваемостью. При  сварке происходит отбеливание чугуна и его закалка в зоне термического влияния. Горячую сварку чугуна выполняют с предварительным нагревом до температуры 400…700 ^оС в печах, а сваренные детали охлаждают вместе с печью. При холодной сварке (сварка без подогрева) применяют стальные, медножелезные, медноникелевые электроды и электроды из аустенитного чугуна.

На свариваемость меди большое влияние оказывают содержащиеся в ней вредные примеси (O₂, H₂, Bi, Pb  и др.). Кислород, находящийся в виде оксида Cu₂O  является одной из причин образования горячих трещин. Двуокись меди образует с медью легкоплавкую эвтектику, которая располагается по границам кристаллитов и снижает температуру их затвердевания. Такое же действие оказывают Bi  и Pb. Наличие сетки эвтектики по границам зерен делает шов более хрупким при нормальных температурах.

В расплавленной меди водород имеет высокую растворимость, которая резко понижается при кристаллизации. Выделение водорода при затвердевании сварочной ванны может привести к образованию газовой пористости. Водород, оставшийся в растворенном состоянии в твердом металле, вступает в реакцию с двуокисью меди, в результате чего выделяются водяные пары. Последние не растворяются в меди и скапливаются под высоким давлением в микропустотах, что приводит к так называемой водородной хрупкости. Водородная хрупкость может привести к образованию холодных трещин.

Медь обладает высокой теплопроводностью, поэтому плохо сваривается методами контактной сварки.

Основная трудность при сварке латуней – испарение цинка. В результате снижается прочность и коррозионная стойкость латунных швов. Пары цинка ядовиты, поэтому необходима интенсивная вентиляция или  сварщики должны работать в специальных масках. При сварке в защитных газах преимущественно применяют сварку неплавящимся вольфрамовым электродом, так как при этом происходит меньшее испарение цинка, чем при использовании плавящегося электрода.

При газовой сварке лучшие результаты получают при применении  газового флюса. Образующийся на поверхности сварочной ванны борный ангидрид (В₂О₃) связывает пары цинка в шлак. Сплошной слой шлака препятствует выходу паров цинка из сварочной ванны. Латунь обладает меньшей теплопроводностью чем медь, поэтому для  металла толщиной свыше 12 мм необходим подогрев до температуры 150 ^оС.

Для сварки бронзы применяют те же способы и технологию, что и для сварки меди, за исключением оловянных бронз. Их сваривают с большой скоростью и без подогрева, так как при нагреве возможно выплавление легкоплавкого компонента – олова.

Латуни и бронзы имеют более высокое удельное электрическое сопротивление, чем медь, и они достаточно хорошо свариваются контактной сваркой.

При сварке конструкций из алюминиевых сплавов разноименных марок необходимо учитывать пониженную коррозионную стойкость сварных соединений. Следует иметь  в виду, что наличие тугоплавкой оксидной пленки приводит к несплавлению или образованию шлака.

Сварка конструкций из титановых сплавов имеет свои особенности. Титановые сплавы обладают высокой активностью к кислороду, азоту, водороду и повышенную чувствительность к перегреву (рост зерна), поэтому необходима установка для защиты внешней и внутренней сторон шва. Для ручной и полуавтоматической сварки предусматривают сварку в камерах с контролируемой атмосферой.

Заготовки из титановых сплавов не должны иметь закрытых полостей, карманов и т.п., так как эти элементы конструкции не позволяют производить травление для удаления слоя, насыщенного газами, после термической обработки узла. Титановые сплавы имеют повышенную чувствительность к замедленному разрушению сварных соединений, поэтому сварные узлы и детали рекомендуется подвергать после сварки отжигу для снятия остаточных напряжений.

При выборе металла для сварных заготовок необходимо учитывать не только его эксплуатационные свойства, но и свариваемость или возможность применения технологических мероприятий, обеспечивающих хорошую свариваемость. В процессе сварки металл подвергается термическим, химическим и механическим воздействиям. В связи с этим в различных зонах основного металла, расположенного вблизи шва, изменяются его состав, структура и свойства. Следовательно, механические и эксплуатационные свойства металла в зоне сварного соединения могут быть неравноценны свойствам основного металла.

Для получения сварных соединений, равноценных по работоспособности основному металлу, при конструировании сварных заготовок следует, по возможности, выбирать хо

рошо свариваемые металлы. К таким металлам относят спокойные низкоуглеродистые стали и многие низколегированные стали, ряд сплавов цветных металлов, применение которых не ограничивается какими-либо требованиями к виду и режимам сварки.

При применении в связи с эксплуатационной необходимостью металлов с пониженной свариваемостью конструкция детали должна учитывать эту особенность. Для сведения к минимуму неблагоприятных изменений свойств металла сварного соединения и исключения в нем дефектов необходимо применять виды и режимы сварки, оказывающие минимальные термическое и другие воздействия на металл, и проводить технологические мероприятия, снижающие влияние на него сварочных воздействий. Термическая обработка после сварки может в значительной степени устранять неоднородность свойств в сварных заготовках. Прочность зоны сварного соединения может быть повышена механической обработкой после сварки: прокаткой, проковкой и др.

Для сложных заготовок с элементами больших толщин и размеров при наличии криволинейных швов в различных пространственных положениях можно применять только хорошо свариваемые металлы. Для простых малогабаритных узлов возможно применение металлов с пониженной свариваемостью, поскольку при их изготовлении используют самые оптимальные виды сварки, например электронно-лучевую, диффузионную в вакууме и др.

В таблице 4.1. приведена технологическая свариваемость различных сплавов при сварке плавлением.

Таблица 4.1

Свариваемость металла и методы ее оценки

Свариваемость — свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Следовательно, свариваемость зависит, с одной стороны, от особенностей материала, технологии сварки и конструктивного оформления соединений, а с другой — от необходимых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Последние определяются техническими требованиями, предъявляемыми к таким конструкциям.

Свариваемость материалов считается достаточной, если требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, и недостаточной, если не обеспечивается минимальный уровень хотя бы одного из эксплуатационных свойств сварного соединения. Различают свариваемость физическую и технологическую.

Физическая свариваемость определяет принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений, что особенно важно при сварке разнородных материалов.

Технологическая свариваемость представляет собой реакцию материала на сварочный термодеформационный цикл и металлургическое воздействие сварки, которая оценивается, например, посредством сравнения механических свойств металла сварного соединения с одноименными свойствами основного металла.

При оценке свариваемости учитывают также стойкость металла к образованию трещин и его специальные свойства (коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах, сопротивление хрупкому разрушению).

Свариваемость углеродистых сталей определяется, в первую очередь, содержанием в них углерода. Под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность с использованием обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное основному металлу, без трещин в металле шва и снижения пластичности в околошовной зоне. При этом металлы шва и околошовной зоны должны быть стойкими к переходу в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкции и наличии концентраторов напряжений, обусловленных формой сварного узла.

Свариваемость материала оценивается посредством сравнения его свойств со свойствами ранее применявшихся материалов или основного металла. Свариваемость признают удовлетворительной, если результаты испытаний различных свойств сварного соединения соответствует нормативам, установленным техническими условиями на данную продукцию.

Стойкость металла сварного соединения к образованию горячих трещин

— это наиболее важный показатель свариваемости, так как при сварке сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации под действием возникающих при затвердевании растягивающих напряжений возможно появление горячих трещин, являющихся весьма серьезным дефектом.

Стойкость металла сварного соединения к образованию холодных трещин — это также очень важный показатель свариваемости, поскольку под действием сварочного нагрева изменяется структура основного металла. При этом в околошовной зоне закаливаемых сплавов в результате фазовых превращений образуются хрупкие структуры типа мартенситных, что может привести к появлению холодных трещин.

Процессы, происходящие в металле сварного соединения, могут вызвать хрупкие разрушения сварной конструкции. Причинами таких разрушений могут быть конструктивные недостатки, наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефектов сварных соединений (раковин, пор, шлаковых включений, подрезов по краю швов), микротрещин и полостей.

Склонность металла сварного соединения к хрупкому разрушению — это также достаточно важный показатель свариваемости. Оценивают ее посредством специальных испытаний по сравнению со склонностью к хрупкому разрушению основного металла, зоны термического влияния и металла сварного шва. Считается, что лучшей свариваемостью обладают те металлы, сварные соединения которых не отличаются по склонности к хрупкому разрушению от основного металла.

Методы определения показателей свариваемости материалов подразделяются на прямые — при использовании которых выполняют сварку образцов заданной формы по выбранной технологии, и косвенные — основанные на замене сварочного процесса имитирующим его процессом.

Определение стойкости металла к образованию горячих трещин. Стойкость сварного соединения металла к образования горячих трещин определяют по результатам следующих испытаний:

• машинных испытаний, основанных на принудительном деформировании образцов, подвергнутых сварочному нагреву, в температурном интервале возникновения горячих трещин;
• технологических испытаний, или сварки проб, при проведении которых условия деформирования в температурном интервале образования горячих трещин регулируют выбором формы и размеров образцов, а также последовательности выполнения сварных швов и режимов сварки.

Машинные испытания заключаются в испытаниях образцов, проплавляемых сварочной дугой, на растяжение и изгиб, а образцов, нагреваемых по сварочному циклу, — на растяжение. Для машинных испытаний применяют специальные установки.

Процедура машинных испытаний включает в себя сварку серии образцов с одновременным деформированием шва при разной скорости перемещения активного захвата и определение критической скорости деформирования, вызывающей появление горячих трещин в нескольких образцах.

Технологические испытания основываются на положении о том, что металл, в котором не возникает трещин в искусственно созданных жестких условиях (что достигается выбором форм и размеров специальных технологических проб и типов их закрепления), не должен разрушаться и в реальных изделиях. При сварке кристаллизующийся металл подвергается деформации вследствие усадки шва и формоизменения технологических проб. Специальная конструкция и технология сварки проб обусловливают повышенные темпы высокотемпературной деформации.

Технологические пробы можно условно подразделить на два класса: количественные и качественные.

К количественным относятся технологические пробы, в которых образование горячих трещин можно связать с каким-либо конструктивным параметром (размерами пробы, глубиной или расположением надрезов и др.) или параметром режима сварки (скорость, температура подогрева). Сравнив такие пробы, можно выделить сплавы с меньшим и бо́льшим сопротивлением образованию горячих трещин.

Качественные технологические пробы предусматривают выполнение сварных швов на образцах постоянной формы в строго заданной последовательности и при соблюдении определенных режимов сварки. Сопротивление металла шва образованию горячих трещин оценивают в этом случае по их наличию или отсутствию на поверхности проб и шлифов или в изломах сварных швов. Качественные пробы не позволяют оценить количественно стойкость сплавов к образованию горячих трещин и предназначены лишь для отбраковки плохо сваривающихся сплавов.

Для определения стойкости металла к образованию горячих трещин используют различные виды проб.

Составная тонколистовая проба содержит несколько пластин разной ширины, соединенных с одной стороны прихватками. Сварку производят в направлении расширения пластин. При этом в местах пересечения стыков пластин сварным швом образуются горячие трещины. Показателем стойкости металла шва к образованию горячих трещин служит минимальная (критическая) ширина пластины, при сварке которой горячие трещины не возникают: чем меньше критическая ширина пластины, тем больше стойкость металла шва.

Проба ИМЕТ из тонколистового металла представляет собой пластину с постоянными размерами и надрезом, параллельным ее короткой стороне. Пластину проплавляют вольфрамовым электродом в струе аргона или электронным лучом таким образом, чтобы ось шва проходила через вершину надреза. Вероятность появления трещины от надреза зависит от его положения на пластине: чем больше длина шва до надреза, тем выше стойкость металла шва к образованию горячих трещин.

Проба Хоулдкрофта («рыбья кость») используется для оценки сопротивления металла шва образованию горячих трещин при сварке тонких листов легированных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов. Данная проба представляет собой пластину с боковыми прорезями увеличивающейся длины. При испытании выполняют наплавку или проплавляют пластину вольфрамовым электродом в защитном газе. Критерием оценки стойкости металла служит длина горячей трещины.

Крестовидная тонколистовая проба применяется для определения склонности к образованию горячих трещин главным образом алюминиевых и магниевых сплавов. Две прямоугольные пластины сваривают друг с другом четырьмя валиковыми швами в определенных последовательности и направлениях. Критерием наличия склонности к появлению горячих трещин служит отношение длины швов с трещинами к общей длине швов.

Кольцевая сегментная проба для испытания листов большой толщины состоит из четырех заготовок с шлифованными торцевыми поверхностями, свариваемых друг с другом с двух сторон. Размеры такой пробы после сборки составляют 90 × 90 × 25 мм. На ее верхней стороне протачивают кольцевую канавку. При испытании пробу сваривают по канавке по ходу часовой стрелки. После ее охлаждения до температуры ниже 50 °С выполняют замыкающий шов. Горячие трещины образуются в местах стыка заготовок и распространяются вдоль сварного шва. Критерием стойкости металла шва к образованию горячих трещин служит процентное отношение суммарной длины образовавшихся трещин к длине шва.

Пробу с канавками изготовляют из пластин толщиной более

40 мм. При толщине пластины менее 60 мм ее приваривают к жесткой плите по флангам швом с катетом 20 мм, а канавки располагают с шагом 100 мм. При толщине пластины более 60 мм канавки выполняют с двух сторон образца, а пластины сваривают по канавкам с минимальной скоростью. Склонность к образованию горячих трещин в этом случае определяют по отношению суммарной длины образовавшихся трещин или их площади соответственно к длине или площади поперечного сечения шва, а также по коэффициенту периодичности — числу трещин на единице длины шва. При отсутствии горячих трещин в швах, выполненных на рекомендованных для анализа режимах сварки, переходят к сварке более узких образцов либо к сварке с повышенной скоростью.

Способы оценки склонности металла к образованию холодных трещин. Все способы оценки склонности (стойкости, сопротивления) металла сварного соединения к образованию холодных трещин подразделяются следующим образом. По операции оценки различают косвенные и прямые способы, по форме представления показателей — количественные, полуколичественные и качественные, по варианту использования результатов оценки — сравнительные и прикладные.

Косвенные способы позволяют оценить склонность сварного соединения к образованию холодных трещин посредством расчета без непосредственного испытания материалов.

Прямые способы оценки склонности к образованию холодных трещин предусматривают сварку технологических проб и проведение специализированных испытаний сварных соединений или основного материала, подлежащего сварке, в условиях, имитирующих сварочные.

Количественные способы оценки склонности к образованию холодных трещин обеспечивают получение числового значения показателя, связанного с изменением одного из факторов, обеспечивающих контроль этого процесса.

Качественные способы не обеспечивают количественной оценки склонности к образованию холодных трещин и по существу служат для отбраковки материалов.

Способы оценки, которые могут использоваться только для сопоставления материалов и технологических вариантов сварки в целях выбора лучших из них, относятся к сравнительным.

Способы, позволяющие оценить стойкость реальных сварных конструкций к образованию холодных трещин, относятся к прикладным.

По тем же признакам подразделяются и технологические пробы. Пробы отраслевого назначения, или прикладные, позволяют оценить склонность материалов к образованию холодных трещин в условиях, максимально приближенных к технологическим и климатическим условиям изготовления реальных сварных конструкций.

Проба «Геккен» представляет собой плоский прямоугольный образец толщиной 12 … 40 мм, имеющий в центре продольную прорезь с V-образной разделкой. Этот образец заваривается в свободном состоянии и затем выдерживается в течение 20 ч. Сварку выполняют вручную покрытыми электродами, под флюсом или в защитных газах. При этом трещины образуются в корневой части сварного соединения. Обязательное условие пробы — наличие в корне шва непровара, служащего концентратором напряжений. Количественным показателем стойкости к образованию холодных трещин в этом случае могут служить процентное отношение суммарной длины трещин к длине шва; процентное отношение площади трещин к площади сечения шва, температура подогрева, при которой не образуются трещины.

Крестовая проба состоит из трех пластин, собранных в крестовидное соединение. Все поверхности касания этих пластин предварительно шлифуются для обеспечения хорошего контакта. На пробе выполняют четыре угловых шва длиной 160 мм в определенной последовательности. Температура пробы перед сваркой очередного шва не должна превышать (28 ± 3)°С. Через 48 ч после сварки для снятия напряжений производится двухчасовой отжиг пробы при температуре 595 … 650 °С. Пробу разрезают на поперечные темплеты для изготовления микрошлифов и выявления трещин в околошовной зоне. Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если на двух первых темплетах не обнаружено ни одной трещины.

Лихайская модифицированная проба состоит из образцов с прорезями, завариваемыми на разных режимах при различных температурах предварительного подогрева. При этом начало и концы прорезей образцов (по 2 … 3 мм) оставляют незаплавленными. Наличие трещин на поверхности сварного соединения, в корне шва и поперечном сечении выявляют через 24 ч после окончания сварки. Для оценки склонности материала к образованию холодных трещин определяют процентную долю разрушений сварных соединений в зависимости от скорости охлаждения металла с температурой 300 °С или от продолжительности его охлаждения в температурном интервале 800 … 300 °С. Скорость охлаждения, при превышении которой разрушение швов заметно усиливается, принимается в качестве критерия оценки сопротивления материала образованию холодных трещин. Также оценку можно производить и по критическому времени охлаждения материала или по минимальной температуре предварительного нагрева, необходимой для устранения холодных трещин.

Оценка влияния термического цикла сварки на изменение структуры и свойств свариваемых металлов. Предварительную оценку в этом случае выполняют по методикам, предусматривающим нагрев и охлаждение образцов по программе с заданными скоростями и механические испытания на любом этапе термической обработки. Такие испытания позволяют имитировать сварочные термические циклы любого участка сварного соединения и выявлять их воздействие на структуру и свойства металла. Для этой же цели используют и специальные технологические пробы, например валиковую. Для такой пробы на пластины металла толщиной 14 … 30 мм наплавляют валики на режимах с разной погонной энергией. Из пластин вырезают поперечные образцы для определения структуры и твердости, а также для испытаний на ударный и статический изгиб.

Расчетная оценка свариваемости конструкционных сталей по химическому составу выполняется следующим образом. Технологическая свариваемость металлов и их сплавов зависит от ряда факторов: их химической активности, степени легирования, содержания примесей и особенностей структуры. Чем выше химическая активность металла, тем больше его склонность к взаимодействию с окружающей средой и в первую очередь к окислению, а следовательно, требуется более эффективная его защита и металлургическая обработка при сварке. Защита расплавленных сталей и сплавов на основе железа от взаимодействия с воздухом обеспечивается с помощью электродных покрытий, флюсов и инертных газов.

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод: при увеличении содержания углерода и ряда других легирующих элементов их свариваемость ухудшается.

Ориентировочным количественным показателем свариваемости стали является эквивалент углерода, рассчитываемый по формуле

С_экв = С + Мn/6 + Si/24 (1)

в которой содержание углерода и легирующих элементов выражено в процентах.

В зависимости от эквивалента углерода (и связанной с этой величиной склонности материала к закалке и образованию трещин) все конструкционные стали подразделяются на четыре группы соответственно с хорошей, удовлетворительной, ограниченной и плохой свариваемостью.

Стали с С_экв < 0,25 % хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов, толщин и конструктивных форм.

Стали с С_экв = 0,25 … 0,35 % свариваются удовлетворительно. Они не склонны к образованию холодных трещин при правильном выборе режимов сварки, однако в ряде случаев необходим их подогрев.

Стали с С_экв = 0,36 … 0,45 % свариваются ограниченно с образованием трещин. Возможность регулирования сопротивления этих сталей образованию трещин посредством изменения режимов сварки ограничена, а следовательно, требуется их подогрев.

Стали с С_экв > 0,45 % плохо свариваются. Они весьма склонны к закалке и возникновению холодных трещин. При сварке необходим их подогрев и применение специальных технологических приемов, а после сварки требуется термическая обработка.

 

Просмотров: 2 720

Свариваемость металлов (реферат) :: Рефераты по металлургии

Скачать полный текст ( бесплатно )

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

 
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.

Свариваемость сталей — что на неё влияет?

0

Опубликовано: 28. 04.2017

Сталь – основной конструкционный материал, который представляет собой сплав железа с углеродом и разными примесями. Все элементы, которые входят в состав стальных изделий, оказывают влияние на ее характеристики (в частности, на свариваемость сталей).

Оглавление:

• Основные критерии, устанавливающие свариваемость
• Группы свариваемости
• Как влияют на свариваемость легирующие примеси?
• Итог

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Главным показателем свариваемости является углеродный эквивалент, который обозначается, как Сэкв. Данный условный коэффициент учитывает уровень воздействия на свойства сварного шва карбона, легирующих компонентов.

Факторы, влияющие на свариваемость сталей:

• Толщина металлического образца
• Объем вредных примесей
• Условия окружающей среды
• Вместимость углерода
• Уровень легирования
• Микроструктура

Группы свариваемости

Учитывая все, выше перечисленные критерии, свариваемость можно подразделить на группы с различными свойствами.

Классификация металлов по свариваемости:

• Хорошая – коэффициент Сэкв составляет не менее 0,25 %– для изделий из низкоуглеродистых сталей, независимо от условий погоды, толщины изделия, предварительной подготовки.

• Удовлетворительная – коэффициент Сэкв находится в пределах 0,25-0,35 %. Ограничения: по диаметру свариваемого изделия, условиям природной среды. Толщина материала допускается не более 2 см, температура воздуха должна быть не ниже минус 5 градусов, безветренную погоду.
• Ограниченная – коэффициент Сэкв в пределах 0,350-0,45%. Для формирования высококачественного сварного соединения требуется предварительный подогрев материала. Эта процедура нужна для «плавного» аустенитного преобразования, создания устойчивых структур (бейнитные, ферритно-перлитные).
• Плохая – коэффициент Сэкв порядка 45-ти % (стали 45). В данном случае невозможно обеспечить стабильность сварочного соединения без предварительного подогрева металлических кромок, термической обработки готовой конструкции. Для создания требуемой микроструктуры нужно дополнительно осуществлять подогревы, охлаждения.

Группы свариваемости предоставляют возможность понимать технологическую специфику сваривания железоуглеродистых сплавов конкретных марок.

Зависимо от категории, технологических параметров, свойства сварных соединений могут корректироваться последовательными температурными воздействиями. Термообработка может осуществляться несколькими способами: отпуск, закаливание, нормализация, отжиг. Наиболее востребованы закалка, отпуск. Подобные процедуры повышают твердость, соответственно прочность сварного соединения, предотвращают формирование трещин на материале, снимают напряжение. Показатель отпуска будет зависеть от желаемых характеристик материала.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси?

Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали

• Фосфор, сера – вредоносные примеси. Содержание данных химических элементов для низкоуглеродистых сталей 0,4-0,5%.

• Углерод – важный компонент в составе сплавов, который определяет такие показатели, как закаливаемость, пластичность, прочность, другие свойства материала. Содержание углерода в пределах 0,25% не воздействует на качество сварки. Наличие более 0,25% данного хим. элемента способствует формированию закалочных соединений, зоны термического влияния, образуются трещины.

• Медь. Содержание меди как примеси не более 0,3%, как добавки для низколегированных сталей – пределах 0,15-0,50%, как легирующего компонента – не более одного процента. Медь улучшает коррозионную стойкость металла, при этом не ухудшает показатели качества сваривания.

• Марганец. Содержание марганца до одного процента не затрудняет сварочный процесс. Если марганца 1,8-2,5%, то не исключается образование закалочных структур, трещин, зоны термического влияния.

• Кремний. Этот химический элемент присутствует в металле как примесь — 0,30 процентов. Такое количество кремния не влияет на показатель качества соединения металлов. При наличии кремния в пределах 0,8-1,5%, он выступает легирующим компонентом. В данном случае существует вероятность формирования тугоплавких оксидов, ухудшающих качество соединения металлов.

• Никель, как и хром, присутствует в низкоуглеродистых сталях, его содержание составляет до 0,3%. В низколегированных металлах никеля может быть около 5%, высоколегированных – порядка 35 процентов. Химический компонент повышает пластичность, прочностные характеристики металла, повышает качество сварных соединений.

• Хром. Количество данного компонента в низкоуглеродистых сталях ограничено до 0,3 процентов, его содержание в низколегированных металлах может быть в пределах 0,7-3,5%, легированных – 12-18 процентов, высоколегированных примерно 35%. В момент сваривания хром способствует формированию карбидов, значительно ухудшающих коррозионную устойчивость металла. Хром способствует формированию тугоплавких оксидов, которые негативно влияют на качество сварки.

• Молибден. Наличие этого химического элемента в металле ограничено 0,8 процентами. Такое количество молибдена позитивно сказывается на прочностных характеристиках сплава, но в процессе сварки элемент выгорает, в результате чего на наплавленном участке изделия формируются трещины.

• Ванадий. Содержание этого элемент в легированных сталях может составлять от 0,2 до 0,8 процентов. Ванадий способствует повышению пластичности, вязкости металла, улучшает его структуру, повышает показатель прокаливаемости.

• Ниобий, титан. Данные химические компоненты содержатся в жаропрочных, коррозионно-стойких металлах, их концентрация составляет не более одного процента. Ниобий и титан понижают показатель чувствительности металлического сплава к межкристаллитной коррозии.

Итог

Свариваемость стали считается сравнительным показателем, зависящим от химического состава, физических характеристик, микроструктуры материала. При этом способность создавать высококачественные сварные соединения может корректироваться благодаря продуманному технологическому подходу, выполнения требований, предъявляемых к сварке, наличия современного спецоборудования.

Сергей Одинцов

tweet

Свариваемость металлов

Процесс сварки — это комплекс нескольких одновременно проте. кающих 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, ero режимами. 
Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими и зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. 
Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляются 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 с точки 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. 

Под технологической свариваемостью данного металла или сплава понимается совокупность свойств основного металла, определяющих чувствительность к термическому циклу сварки и способность при выбранной технологии сварки образовывать сварное соединение со свойствами, которые удовлетворяют требованиям надежной эксплуатации сварной конструкции.

Технологическая свариваемость зависит также от химического состава наплавляемого (электродного) металла, способа сварки и выбранных режимов, применяемых флюсов, покрытий, защитных газов, конструкции сварного узла и условий эксплуатации сварной конструкции. Под хорошей свариваемостью данного сплава или стали понимают возможность получения равнопрочных сварных соединений без трещин и снижения пластичности в металле шва и околошовной зоны при обычной технологии сварки без применения специальных приемов (например, подогрева перед сваркой).

В зависимости от условий эксплуатации конструкции к свариваемости могут предъявляться дополнительные требования (высокая коррозионная стойкость, температура перехода металла зон сварного соединения в хрупкое состояние и т.д.). Естественно, что с усложнением условий эксплуатации конструкций увеличивается число требований, определяющих хорошую свариваемость. Иными словами, при оценке свариваемости должна учитываться тесная взаимосвязь между свойствами материала, спецификой изготовляемой конструкции и технологией сварки. Эта совокупность значительно усложняет методику определения свариваемости и делает однозначно невозможной разработку единой методики, учитывая комплексное понятие свариваемости. Поэтому для оценки свариваемости проводят ряд испытаний, каждое из которых выявляет или иное свойство. По направленности испытаний их можно разбить на три группы.

• 1. Определение стойкости металла различных зон сварного соединения против образования горячих трещин. Здесь применяется целый ряд проб, позволяющих производить как качественную, так и количественную оценку. Как правило, пробы для качественной оценки имеют различную жесткость, и оценка производится визуальным осмотром контрольного шва или его излома.
  Пробы для количественной оценки представляют собой специальные образцы с поперечным или продольным швом, которые растягиваются в процессе сварки приложением внешней силы. Критерием оценки является величина скорости деформации образца, вызывающая образование трещин в сварном валике, наплавленном на образец во время его нагружения.
• 2. Оценка стойкости металла ЗТВ и шва против образования холодных трещин. Здесь испытание также производится путем сварки проб различной жесткости при различных скоростях охлаждения металла ЗТВ. Далее производится контроль различными способами на предмет обнаружения трещин. Считается, что совокупность материалов, конструктивного оформления сварного соединения и технологии, обеспечивающие отсутствие трещин на пробе, гарантирует их отсутствие и при сварке конструкции.
• 3. Определение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние. Один и тот же металл может разрушаться по-разному — вязко или хрупко. И если первый вид разрушения нормален, так как он наступает после определенного повышения нагрузки и ему предшествует пластическая деформация, то второй вид характеризуется весьма высокой скоростью распространения трещин практически без нарастания нагрузки.

Это говорит о том, что существуют факторы, способствующие переходу металла из одного состояния в другое. К ним относятся температура, скорость нарастания деформации и концентрация напряжений. Проведенные на разных материалах исследования показывают, что сопротивление отрыву мало зависит от изменения температуры и скорости изменения деформации, а сопротивление сдвигу эту зависимость явно демонстрирует. При этом переход металла в хрупкое состояние наступает при определенной температуре (это и есть температура перехода металла в хрупкое состояние). Было показано, что одни и те же материалы в зависимости от температуры и скорости нагружения могут находиться либо в пластическом, либо в хрупком состоянии. Любой надрез на металле повышает предел текучести у корня надреза, увеличивает концентрацию напряжений в его вершине и повышает температуру перехода металла в хрупкое состояние, что может способствовать разрушению конструкции при ее работе и при положительных температурах.

Существует ряд методик определения стойкости против перехода металла в хрупкое состояние, которые можно условно разделить на две группы:

• 1) определение температуры перехода металла в хрупкое состояние (порога хладноломкости) путем испытания серии надрезанных образцов (при различной остроте надреза) на ударный изгиб при различных температурах;
• 2) определение порога хладноломкости специальных образцов, в той или иной степени имитирующих условия эксплуатации конструкции.

Существуют также комплексные методы испытаний стали на ее чувствительность к термическому циклу сварки, которые своей целью имеют выбор таких режимов сварки, которые обеспечивают получение в ЗТВ металла, по своим свойствам отвечающего предъявляемым требованиям (например, проба ИМЕТ или валиковая проба). Часто применяются пробы, определяющие служебные характеристики металла шва, ЗТВ и сварного соединения в целом. На них определяются прочность, пластичность, коррозионная стойкость этих зон либо иные свойства в зависимости от условий эксплуатации данной конструкции. 

Критерии свариваемости сталей | Строительный справочник | материалы — конструкции

При определении критериев свариваемости металлов и их сплавов ориентируются на следующие их свойства:

• чувствительность металла к тепловому воздействию, которое создается при сварке;
• склонность металла к росту зерна с сохранением пластических и прочностных свойств, структурным и фазовым изменениям в зоне термического воздействия;
• химическая активность металла, влияющая на его окисляемость при термическом воздействии сварочного процесса;
• сопротивляемость металла к образованию пор и трещин в холодном и горячем состоянии.

Большое влияние на качество сталей оказывает так называемая их раскисляемость, которая характеризуется содержанием марганца, кремния и некоторых других элементов и равномерностью их распределения. По этому параметру различают три вида стал ей: кипящая — «кп», полуспокойная — «пс» и спокойная — «сп».

Кипящая сталь отличается большой неравномерностью распределения вредных примесей (особенно серы и фосфора) по толщине проката и получается при неполном раскислении металла марганцем. Характерной особенностью этого вида сталей является склонность к старению и образование кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне, что приводит к переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при равномерном распределении примесей, поэтому она менее склонна к старению и меньше реагирует на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь занимает промежуточное значение между кипящей и спокойной.

Все эти свойства учитывают при выборе технологических приемов сварки, способов формирования сварочного шва, параметров теплового воздействия и т.д.
В качестве примера приведем свариваемость сталей, как наиболее распространенных конструктивных материалов.

Для сварных конструкций лучше всего использовать низкоуглеродистые и низколегированные стали, обладающие высокой степенью свариваемости. Наибольшее влияние на качество сварного соединения оказывает углерод. Увеличение содержания углерода и ряда других легирующих элементов снижает свариваемость сталей, ухудшая качество шва. Сварные соединения высокоуглеродистых и высоколегированных сталей отличаются повышенным содержанием трещин и выполняются по специальной технологии.

Классификация сталей по свариваемости

Группа по свариваемости	Марка стали
	Углеродистая	Конструкционная легированная
1 .Хорошая	Ст.1;Ст.2;Ст.З; Ст. 4;0, 8; сталь 10,15,20,25; 12кп, 15кп, 1бкп, 20кп	15Г,- 20Г; 15Х;1 5ХА; 20Х; 15ХМ; 14ХГС; 10ХСМД; 10ХГСМД ,15ХСМД
2. удовлетворительная	Ст5,- стальЗ0, 35	12ХМ2; 12ХНЗА;14Х2Ж; 10Г2МП; 20ХНЗА; 20ХН; 20ХГСА; 25ХГСА; З0Х, 30ХМ
3.Ограниченная	Стб; сталь40, 45, 50	35Г; 40Г; 45Г; 40Г2,- 35Х,- 40Х; 45Х; 40ХН; 40; 40ХМФЙ,» ЗОХГС; ЗОХГСА; зохгсм,- 35ХМ; 20Х2Н4А; 4ХС; 12Х2Н4МА
4 .Плохая	сталь65, 70, 75, 80, 85, У7, У8, У9, У10, У11, У12	50Г; 50Г2; 50Х; 50ХН; 45ХНЗМФА; 6Хс; 7X3,- 9ХС; 8X3; 5ХНТ; 5ХНВ

Примечание: Стали, относящиеся к хорошим, имеют содержание углерода менее 0,25%. Они хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.

Стали, относящиеся к удовлетворительным, имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильно подобранных режимах сварки дают качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. Плохо свариваемые стали содержат углерод в количестве более 0,45%. При их сварке требуются специальные технологические процессы.

Легирование стали одним или несколькими легирующими элементами придает ей определенные физико-механические свойства. Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости и первостепенная роль в этом принадлежит углероду.

Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами плавления. Получение же при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно у термоупрочненных сталей, вызывает определенные трудности.     В     зонах,     удаленных     от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих швов эти зоны становятся участками деформационного старения. Это в конечном итоге приводит к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к появлению холодных трещин. В среднелегированных сталях увеличивается склонность к закалке, в связи с чем такие стали имеют высокую чувствительность к термическому циклу сварки. Их околошовная зона оказывается резко закаленной, а следовательно, и непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва. Поэтому с целью снижения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке этих сталей необходим предварительный подогрев свариваемого изделия.

При сварке высоколегированных хромистых 08X13, 08Х17Т и некоторых других сталей существуют отличительные особенности:

• высокий порог хладноломкости стали, находящийся обычно в области положительных температур;
• склонность к значительному охрупчиванию в околошовной зоне;
• низкая пластичность и вязкость металла шва, выполненного сварочными материалами аналогичного со сталью химического состава;
• невозможность устранить охрупчивание термообработкой.

Сварку таких сталей необходимо выполнять с минимальным тепловложением, так как с увеличением погонной энергии возрастает склонность зон сварного соединения к росту зерен, появлению микротрещин и падению пластичности. При этом снижается сопро-тивляемость сварного соединения локальным повреждениям и межкристаллической коррозии. В процессе сварки возникает опасность коробления и появляется повышенный уровень остаточных напряжений. После сварки в ряде случаев требуется термообработка.

Окисляемость металла под термическим действием сварочной дуги определяется его химической активностью. От этого напрямую зависит степень защиты сварочного шва, применяемого при сварке. Чем выше химическая активность металла, тем качественнее должна быть защита. Наибольшей химической активностью отличаются титан, ниобий, цирконий, вольфрам, молибден, тантал и некоторые другие. Поэтому при сварке этих металлов недостаточно применение флюсов и защитных покрытий, так как в защите нуждаются не только сварочный шов, но и прилегающая к нему область. Самой эффективной защитой в данном случае служит сварка в вакууме или в среде инертного газа высокой чистоты.

Сварка остальных цветных металлов (меди, алюминия, магния, никеля и их сплавов) тоже требует высокой защиты, которую обеспечивают инертные газы, флюсы и специальные электродные покрытия. Для сварки сталей и сплавов на основе железа в качестве защитных средств используют флюсы и электродные покрытия.

Обрабатываемость, свариваемость и свойства стали

Стали в первую очередь определяются их химическим составом, а именно тем, что они представляют собой сплавы, состоящие из железа и других легирующих элементов [1]. Существует много классов стали, таких как легированная сталь, углеродистая сталь и нержавеющая сталь. Способности стали относятся к тому, насколько легко с ней можно обращаться для практического применения. Это отличается от свойств стали, которые включают механические свойства, такие как предел прочности при растяжении и твердость, тепловые свойства, такие как коэффициент теплового расширения, и другие, но определяется ими.

Здесь вы узнаете:

•   Обрабатываемость стали
•   Литейные свойства стали
•  Формуемость стали
•  Прокаливаемость стали и способы ее измерения
• Свариваемость различных марок стали

Рисунок 1. Стальные трубы различных форм

Обрабатываемость стали

Обрабатываемость определяется как легкость, с которой металл может быть обработан. Проще говоря, это легкость, с которой стальная стружка может быть удалена при различных операциях механической обработки с сохранением удовлетворительного качества поверхности. Как правило, обрабатываемость стали снижается с увеличением механических характеристик.

К факторам, влияющим на обрабатываемость стали, относятся ее физические свойства, такие как модуль упругости, теплопроводность и твердость. Состояние стали также влияет на ее обрабатываемость. Микроструктура, размер зерна, термообработка, изготовление, химический состав, предел текучести и предел прочности на растяжение определяют состояние стали.

Количественно оценить обрабатываемость сложно, так как на нее влияет множество факторов. Тем не менее, некоторые из критериев, которые необходимо учитывать при оценке обрабатываемости стали, представлены в таблице ниже.

Таблица 1. Критерии оценки обрабатываемости стали

Критерии оценки обрабатываемости стали	Описание
Стойкость инструмента	Стойкость инструмента описывает срок службы инструмента и является полезным параметром для оценки обрабатываемости стали. Однако это также зависит от других факторов, таких как скорость резания, материал режущего инструмента, геометрия режущего инструмента, геометрия резания и состояние станка. Более легко обрабатываемая сталь — это та, которая обеспечивает более длительный срок службы инструмента при заданной скорости резания.
Сила резания	Стали, требующие более высоких усилий резания для обработки в определенных условиях, хуже поддаются обработке.
Поверхность	Качество кромки реза также может быть использовано для определения обрабатываемости металла. Стали с высокой способностью к деформационному упрочнению склонны к образованию наростов во время резки, что приводит к ухудшению качества поверхности. Холоднодеформированные стали не склонны к образованию наростов на кромках и поэтому считаются более поддающимися механической обработке.

 

Обрабатываемость различных типов стали можно сравнить со стандартной сталью с помощью индекс обрабатываемости . Он определяется как отношение скорости резания исследуемого типа стали в течение 20 минут к скорости резания стандартной стали в течение 20 минут . Углеродистая сталь SAE 1212 используется в качестве стандарта для расчета индекса обрабатываемости.

Таблица 2: Индекс обрабатываемости для различных марок стали [2].

Литейная способность стали

Литейная способность стали относится к легкости формирования качественных заготовок путем литья. На него влияют свойства текучесть , усадка и расслоение .

• Текучесть стали определяется как способность расплавленной стали заполнять полости литейной формы.
• Усадка относится к степени уменьшения объема при затвердевании расплавленной стали. Низкая скорость усадки благоприятна для литейных свойств стали.
• Ликвидация относится к неоднородному распределению химического состава стального объекта. Это происходит из-за того, как сталь охлаждается во время литья: в первую очередь охлаждаются области, соприкасающиеся со стенками формы. Считается, что сталь с хорошей литейной способностью имеет низкую или незначительную сегрегацию. Его можно преодолеть медленным охлаждением или последующей термической обработкой.

Рис. 2. Процесс литья расплавленного металла в форму.

Формуемость стали

Формуемость стали — это способность стальной заготовки подвергаться пластической деформации без повреждения. Проще говоря, это способность металла принимать желаемую форму без сужения или растрескивания.

Способность к формованию типа стали в значительной степени зависит от ее пластичности, и поэтому ее можно оценить путем измерения деформации разрушения во время испытания на прочность на растяжение. Марки стали, демонстрирующие большое удлинение во время этого испытания, обладают хорошей формуемостью. Например, сталь A537 CL1 имеет удлинение 22 % при 20 ⁰C. Применяется в котлах и сосудах высокого давления.

Рис. 3. Стальные листы прокатываются благодаря их формуемости.

Прокаливаемость

Способность стали образовывать мартенсит при закалке называется прокаливаемостью. Не следует путать с твердостью стали. Твердость стали – это ее способность сопротивляться остаточной деформации, а прокаливаемость стали – это ее способность закаляться на определенную глубину при определенных условиях.

Испытание на закалку по Джомини часто проводят для определения прокаливаемости стали [3]. Здесь стальной стержень обрабатывается до определенного размера, прежде чем он нагревается до температуры аустенизации. Затем на торец стержня распыляют определенное количество воды, которая, в свою очередь, охлаждает образец с этого конца.

Скорость охлаждения варьируется между обоими концами стального стержня. Он быстрый на закаленном конце и медленнее на противоположном конце. После закалки образца параллельные плоские поверхности, расположенные на расстоянии 180⁰ друг от друга, шлифуют на глубину 0,015 дюйма (0,38 мм) по всей длине цилиндрического стержня. Далее на стальной образец наносится маркировка 1/16 ^-й интервалы. Через каждые 1/16 дюйма проводят испытание на твердость С по Роквеллу и строят кривую. Типичный график этих значений твердости и их положения на стальном стержне показан на рисунке 4 [3]. Он дает четкое представление о глубине затвердевания. Кроме того, по рисунку можно определить приблизительную скорость охлаждения в определенных местах.

Рис. 4. График зависимости твердости и скорости охлаждения от расстояния до закаленного конца [3].

Свариваемость стали

Свариваемость стали трудно определить, но часто под ней понимают способность стали подвергаться сварке с использованием обычных процессов без образования холодных трещин. Свариваемость стали обратно пропорциональна ее прокаливаемости. Поскольку содержание углерода играет значительную роль в прокаливаемости стали, оно также влияет на ее свариваемость. Следовательно, с увеличением содержания углерода снижается свариваемость. Другие легирующие элементы, такие как марганец, никель и кремний, также влияют на свариваемость стали. Однако их влияние не столь значительно, как наличие содержания углерода.

Рис. 5. Сварка двух стальных труб.

 

Другими факторами, влияющими на свариваемость стали, являются теплопроводность, температура плавления, удельное электрическое сопротивление и коэффициент теплового расширения.

1. Теплопроводность : Типы стали с низкой теплопроводностью обычно очень легко свариваются.
2. Температура плавления: Чем ниже температура плавления определенного типа стали, тем легче ее сваривать.
3. Удельное электрическое сопротивление : Поскольку тепловая энергия необходима для процесса сварки, типы стали с высоким электрическим сопротивлением обычно труднее сваривать электрическими средствами.
4. Коэффициент теплового расширения : При сварке двух металлов очень важно учитывать их коэффициенты теплового расширения. Если разница между двумя коэффициентами значительна, деформации растяжения и сжатия при охлаждении могут вызвать растрескивание.

Стали делятся на четыре группы по химическому составу: углеродистая сталь, легированная сталь, нержавеющая сталь и инструментальная сталь. Эти классы стали представлены в таблице ниже.

Таблица 3. Свариваемость и применение различных классов стали.

Тип	Свариваемость	Применение
Низкоуглеродистая сталь	Содержит менее 0,3 мас.% углерода и 0,4 мас.% марганца. Также демонстрирует хорошую свариваемость, если содержание примесей низкое. Любой процесс сварки подходит для низкоуглеродистой стали.	Подходит для декоративных изделий, таких как фонарные столбы. Примером может служить нормализованная сталь БС 970-1 марки 07М20. Он имеет предел прочности при растяжении 430 МПа и предел текучести 215 МПа при 20 ⁰C.
Среднеуглеродистая сталь	Содержит 0,3–0,6% углерода и 0,6–1,6% марганца. Более высокое содержание углерода делает его склонным к растрескиванию. Следовательно, их труднее сваривать. Процесс сварки с низким содержанием водорода подходит для среднеуглеродистой стали.	Подходит для автомобильных компонентов. Примером может служить холоднотянутая сталь AISI 1541.
Высокоуглеродистая сталь	Содержит 0,6–1,0 мас.% углерода и 0,30–0,90 мас.% марганца. Он также имеет плохую свариваемость и легко трескается. При сварке этих сталей необходимо использовать присадки с низким содержанием водорода.	Используется для изготовления ножей, осей и пробойников. Примером может служить горячекатаная сталь AISI 1080.
Легированная сталь	Легированные стали часто имеют более высокую твердость по сравнению с другими категориями стали. Следовательно, они также обладают плохой свариваемостью и склонны к растрескиванию. Для легированных сталей необходимо использовать процесс сварки с низким содержанием водорода. В процессе сварки необходимо уделять внимание предварительному нагреву, скорости охлаждения и термообработке после сварки, так как легированные стали также склонны к растрескиванию.	Легированные стали имеют различные механические свойства в зависимости от химического состава. Они используются в производстве трубопроводов, электродвигателей и генераторов электроэнергии. Примером является нормализованная сталь AISI 8620. Он имеет предел текучести 360 МПа и предел прочности при растяжении 640 МПа при 20 ⁰C.
Нержавеющая сталь	Нержавеющие стали представляют собой группу легированных сталей. Они содержат не менее 10,5 мас. % хрома и другие элементы, повышающие их термостойкость и улучшающие механические свойства [4]. Аустенитная нержавеющая сталь обладает хорошей свариваемостью и не требует термической обработки до или после сварки. Ферритный тип подвергается быстрому росту зерен при высокой температуре, что делает их хрупкими. Отсюда плохая свариваемость.	Аустенитные стали марки применяются в производстве труб, кухонной утвари и другого пищевого оборудования. Ферритные стали также используются в автомобильной промышленности и промышленном оборудовании. Нержавеющая сталь SUS 321, поставляемая TJC Iron & Steel Co., Ltd, подходит для сосудов под давлением.
Инструментальная сталь	Инструментальная сталь содержит до 2,5 мас.% углерода. Имеет плохую свариваемость.	Используется для режущего и сверлильного оборудования. Мягкая отожженная сталь DIN 17350 класса C105W1 подходит для изготовления метчиков, штампов, оправок и молотков.

Будущее обработки стали

Открытие новых способов обработки стали — огромная область исследований в области материаловедения и инженерии. Например, в последнее время наблюдается бум интереса к аддитивному производству стальных компонентов [5]. Этот процесс можно использовать для эффективного производства стальных компонентов сложной геометрии с меньшими затратами.

Рис. 6. Аддитивное производство стальных деталей. (TRUMPF)

[1] Г. Краусс, Стали . Парк материалов, Огайо: ASM International, 2010, с. 2.

[2] Таблица индексов обрабатываемости стали, алюминия, магния, чугуна, углеродистой стали, легированной стали и нержавеющей стали — Engineers Edge», Engineersedge.com , 2020. [Онлайн]. Доступно: https: //www.engineersedge.com/materials/machinability-steel-aluminum.htm.

[3] J. Dossett, Основы и процессы термообработки стали . Парк материалов, Огайо: ASM International, 2014, с. 29.

[4] J. Lippold and D. Kotecki, Металлургия сварки и свариваемость нержавеющих сталей . Норвуд, Массачусетс: Books24x7.com, 2005, с. 5.

[5] А. Зади-Маад, Р. Рохиб и А. Ираван, «Аддитивное производство сталей: обзор», IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия , 2017. В наличии: 10.1088/1757-899X/285/1/012028.

Свариваемость – основное понятие, определение и характеристики

Содержание

Свариваемость

Свариваемость или Свариваемость конструкция, введенная в частности, для удовлетворительной работы по конструкции и предполагаемой службе.

Определение

Свариваемость Способность материала, подлежащего сварке, при данных условиях удовлетворительно работать в желаемом режиме.

Свариваемость материалов

— Свариваемость можно определить как свойство материала, которое указывает на легкость соединения металлов друг с другом посредством данного процесса сварки. Это означает, что металлы с хорошей свариваемостью можно легко сваривать, чтобы получить удовлетворительные характеристики готовой конструкции.

Металлы и их сплавы с достаточной свариваемостью должны отвечать следующим требованиям:

• Совместимость прочности, ударной вязкости и неизменной коррозионной стойкости после сварки.
• Хорошее качество сварки даже при сильном растворении.
• не должен быть омрачен при снятии стресса

Характеристики

Некоторые из основных факторов, связанных с сварной площадкой, следующие:

Metallurgical Compatibal металлов и их сплавов в пределах степени разбавления, встречающейся в конкретном процессе. Без производства вредных компонентов или шагов.

Г-н МАБАССИР И. ГОНИЯ, инженер-механик.

Механическая надежность

Механическая надежность также является влияющим фактором и требуется для соответствия требованиям жесткости и общим инженерным стандартам.

Работоспособность

Показатели работоспособности получаемых сварных соединений, такие как:

Может касаться способности сварной конструкции по конкретному процессу работать при низких и высоких температурах, ударных нагрузках и т.п.

Фактор, влияющий на свариваемость

На свариваемость металлов могут влиять несколько факторов. Например, процедура сварки (процесс сварки, свойства основного металла, конструкция соединения, расходные материалы, состояние поверхности ), Металлургия материалов и т. д.

Влияние легирующих элементов

-зона влияния. Элементы, оказывающие наибольшее влияние на прокаливаемость стали, это Si, C, V, Ni, Mn, Mo, Cr и др.,

Влияние этих легирующих элементов на контроль склонности к образованию мартенсита в зоне термического влияния и, следовательно, холодного растрескивания, может быть выражено в углеродном эквиваленте (CE)

=%C+%Mn/4 +%Ni/20 +% Cr/10+%Cu/40-%Mo/50-%V/10

• Может увеличивать или уменьшать прокаливаемость металла.

• Осадок от старости.

• Алюминий, ванадий, титан, цирконий и азот способствуют измельчению зерна в углеродистых и легированных сталях.
• Уменьшение сегрегации, контроль температуры превращения при растяжении в хрупкость. Производство сплавов замещения и упрочнение металла закалкой на твердый раствор.
• Повышение механических свойств за счет искажения решетки, например, углерода и бора, из сплавов внедрения со сталями
• Образование карбидов.
• Обеспечивают раскисление расплавленного металла без потери первичных легирующих элементов (например, титан, цирконий, алюминий, кремний и др. , имеют сродство к кислороду, чем железо, и поэтому действуют как раскислители в углеродистых и низколегированных сталях).

Испытание на свариваемость

Целью испытания на свариваемость является сбор такой информации о поведении материала во время сварки, чтобы можно было установить правильные условия сварки. Эти испытания предоставляют полезную информацию , например, , термообработка материалов, подвод энергии, подготовка конструкции соединения и т. д.

Эти испытания могут быть классифицированы как теоретические испытания, имитационные испытания или фактические испытания сварки.

Теоретический тест

Пример теоретического испытания на свариваемость может быть следующим:

Элемент образцов с надрезом может быть аустенитизирован при температуре 1150 градусов по Цельсию и с расчетными скоростями для дублирования ожидаемой твердости ЗТВ. Если образцы можно согнуть на 10-20 ℃, они считаются достаточно пластичными для большинства применений.

Имитация испытаний

Имитация испытаний может включать нагрев и охлаждение металлического образца в течение термического цикла, точно такого же, как и в конкретном сварном шве.

Фактические испытания сварки 

Фактические испытания сварки могут быть двух типов:

Испытания на свариваемость при изготовлении, которые определяют склонность сварного соединения (дефектов сварки) к растрескиванию. испытания на взлом.

Эксплуатационные испытания на свариваемость

Эксплуатационные испытания на свариваемость измеряют механические свойства, которые считаются важными для удовлетворительной работы сварного соединения во время эксплуатации. Эти тесты:

Испытания на растяжение, твердость и изгиб. Испытания на удар. Усталостные испытания. Коррозионные испытания. Испытания на ползучесть и др.

Ссылки по теме>> ПЛЕТЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Сложный вопрос свариваемости

Металлургия сварки – это наука, но она далека от совершенства.

Я упомянул об этом здесь, потому что моя колонка за январь/февраль вызвала ряд критических, если не резких, электронных писем, касающихся всего, от опечатки на рис. 3 до моего обобщения точной и точной науки о металлургии.

Ученые были в ярости, доктора наук в ярости. Меня обдирали, унижали, даже ругали — и все за то, что я обобщал такую ​​точную науку, как металлургия.

Эта колонка не является продвинутым курсом по металлургии на уровне магистра. Это столбец —1000 слов каждые пару месяцев, предназначенный для помощи сварщикам. У меня нет ни времени, ни места, ни желания копать глубже. Я обобщаю, потому что это служит цели. Я не пытаюсь помочь дизайнеру-конструктору, инженеру-конструктору или ученому… кому угодно.

Эта колонка предназначена для предоставления сварщикам информации, которая поможет им решить общие проблемы металлургической сварки и произвести качественный продукт. Показательный пример: четыре разных человека решительно указали на мое невежество в отношении определенного пункта в колонке. Затем они перешли к нескольким абзацам, чтобы с головой погрузиться в серьезные мелочи, просто чтобы доказать, что то, что я написал, было неправильным. К сожалению, эти четыре ученых также доказали друг другу неправоту.

Другими словами, в то время как каждый рассматривал один и тот же вопрос в моей колонке, и каждый углублялся в этот вопрос далеко за пределы того, что могло оказаться ценным сварщику , они не только умудрились опровергнуть мое утверждение, но и опровергли утверждения друг друга. Были ли какие-то из них правильными? Конечно; в какой-то степени все они были. И я тоже.

Дело не в «правильности» вопроса. Точно так же, как в каждом правиле есть исключения, часто есть глубина деталей, которые в конечном итоге могут доказать ошибочность «обобщения». Актуально ли это для сварщиков в целом? Обычно нет. И уж точно не в случае с моей колонкой за январь/февраль. Я стою у этой колонки, каждое слово.

Для ясности, я регулярно использую пять разных ссылок для разработки копии каждого выпуска. Это необходимо из-за невероятного количества разногласий и противоречий в практическом применении, вере и теории. Если я следую плану данной книги или у меня есть копия, которая похожа на другую, это часто происходит из-за простой проблемы: если что-то написано настолько ясно, насколько это возможно, это уже невозможно сделать еще яснее. (Как однажды сказал А. Эйнштейн: «Все должно быть как можно проще, но не проще».) Я отказываюсь усложнять понятие или даже предложение, потому что кто-то другой нашел самый ясный способ выразить это первым.

Я регулярно использую следующие ссылки:

1. G.E. Linnert, Сварочная металлургия Vol. 1 (Майами: Американское общество сварщиков, 1994).
2. Г.Е. Linnert, Сварочная металлургия Vol. 2 (Майами: Американское общество сварщиков, 1965).
3. Роберт Э. Рид-Хилл и Реза Аббашян, Физические принципы металлургии , 3-е изд. (Серия Pws Kent по инженерии) (Нью-Йорк: Thompson Learning Society, 1997).
4. Тед Б. Джефферсон, 9 лет0534 Энциклопедия сварки Джефферсона (Майами: Американское общество сварщиков, 1997).
5. Уильям Галвери-младший и Фрэнк Марлоу, Основы сварки: вопросы и ответы (Нью-Йорк: Industrial Press Inc., 2001).

Теперь перейдем к колонке этого номера, посвященной свариваемости.

Свариваемость? Что с этим делать?

Ненавижу этот вопрос. Обычно я слышу это после того, как объясняю Джо Хотроду, почему он не должен делать свой маятник, опоры двигателя или А-образные рычаги из дорогого высокотехнологичного сплава, который его шурин «одолжил» на работе. И все это связано со свариваемостью.

Свариваемость — сложный вопрос. Согласно Американскому обществу сварщиков, свариваемость определяется как «способность материала быть сваренным в заданных условиях изготовления в конкретную, соответствующим образом спроектированную конструкцию и удовлетворительно работать в предполагаемых условиях».

Исходя из этого определения, свариваемость металла может во многом зависеть от способности сварщика следовать указаниям. Например, свариваемость стали ASTM A514 удовлетворительная , если соблюдена соответствующая процедура. Это включает в себя предварительный нагрев основного металла, использование процедуры сварки с низким содержанием водорода и непревышение допустимого подводимого тепла.

Очевидно, что дизайн и применение будут влиять на характеристики конструкции, и они не имеют прямого отношения к свариваемости. Но параметры процедуры есть. А что напрямую влияет на процесс сварки? Химический состав основного металла, , который также является основным фактором, влияющим на свариваемость.

Каждый свариваемый металл имеет ограничения процедуры: диапазон, в пределах которого должна оставаться процедура сварки. Ограничения могут применяться, например, к подводимому теплу, воздействию водорода или требованиям к предварительному или последующему нагреву. Ограничения подобны набору правил для успешной сварки данного металла. Оставайтесь в этих пределах — соблюдайте правила — и ваш сварной шов будет работать. Выйдите за эти пределы, и у вас, вероятно, будут проблемы. .

Так что же делает металл хорошей свариваемостью? Широкий диапазон лимитов. Поэтому, если пределы металла малы или узки, он плохо сваривается. И когда диапазон необычайно мал или пределы чрезвычайно узки, металл часто считается несвариваемым, даже несмотря на то, что в некоторых отраслях промышленности один и тот же несвариваемый металл может сваривать каждый день. Конечно, он сваривается под строгим контролем с жестким контролем, тщательными процедурами проверки и очень узким диапазоном приемлемости.

И если вам интересно, зачем им все это, то обычно это потому, что сварка — либо единственный, либо, по крайней мере, лучший и наиболее экономичный способ удовлетворить потребности готового продукта.

Итак, как узнать, как правильно работать с металлом, не поддающимся сварке, или металлом с плохой свариваемостью? Как правило, если проектировщик или инженер не указывает процедуру в спецификации процедуры сварки (WPS), лучше всего проконсультироваться с поставщиком. Есть также ряд книг и других публикаций, которые могут указать вам правильное направление. Или вы можете связаться с организацией, которая написала стандарт для этого материала.

В следующих двух колонках будет рассмотрена свариваемость некоторых распространенных и не очень распространенных основных металлов, включая различные стали, алюминиевые и магниевые сплавы, титановые сплавы и сплавы на основе никеля.

Свариваемость простых углеродистых сталей

К счастью для большинства из нас, несвариваемые или плохо свариваемые материалы являются скорее исключением, чем правилом. Однако некоторые простые углеродистые стали могут иметь плохую свариваемость, поскольку с увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость.

Товарная сталь

обычно классифицируется как простая углеродистая , низколегированная или высоколегированная . Простые углеродистые стали можно дополнительно классифицировать как с низким содержанием углерода , со средним содержанием углерода или с высоким содержанием углерода .

Большинство простых углеродистых сталей состоят преимущественно из железа с минимальным содержанием кремния, марганца, серы и фосфора. Они также обычно содержат менее 1 процента углерода. Да, некоторые другие сплавы и остаточные элементы могут оказывать незначительное влияние на свариваемость, но по большей части свариваемость сплава простая углеродистая сталь больше всего подвержена влиянию содержания углерода.

Низкоуглеродистые стали обладают отличной свариваемостью; среднеуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью; а высокоуглеродистые стали имеют плохую свариваемость. При рассмотрении свариваемости помните, что это значит и что влияет на эту систему классификации. Речь идет о том, насколько широки процедурные ограничения, сколько возможностей у вас есть, чтобы колебаться в пределах ограничений и при этом производить качественный сварной шов. Чем уже пределы, тем ниже свариваемость.

Также будьте осторожны, чтобы не перепутать низкоуглеродистую сталь со сталью с низким содержанием сплава . Низкий углерод означает отличную свариваемость. С другой стороны, низколегированные сплавы могут иметь свариваемость от хорошей до отличной, а могут и не иметь. Все зависит от добавляемых сплавов.

Хотя в большинстве низколегированных сталей содержится менее 0,25% углерода, а часто и менее 0,15%, в них добавляются другие сплавы для повышения их прочности при комнатной температуре, а также ряд других характеристик, таких как ударная вязкость и даже коррозионная стойкость. .

К низкоуглеродистым сталям чаще всего добавляют никель, хром, молибден, марганец и кремний. Эти элементы также влияют на реакцию стали на термообработку и повышают ее склонность к растрескиванию во время или после сварки. Следовательно, обычно необходим процесс сварки с низким содержанием водорода, а также может потребоваться предварительный нагрев. Калькуляторы предварительного нагрева или уравнение, показанное в журнале Metallurgy Matters за июль/август 2004 г., стр. 38, поможет вам определить, какие параметры необходимы.

В следующий раз мы продолжим обсуждение низколегированных сталей и рассмотрим несколько конкретных промышленных сплавов. В будущем мы перейдем к испытаниям на свариваемость, а также кратко рассмотрим влияние пайки и твердого припоя на металлургию.

Что такое свариваемость металлов? (И от чего это зависит?)

10 мая 2022 г. от Admin

Что такое свариваемость?
Определение: Свариваемость металлов определяется как способность металлов свариваться в неразъемные прочные соединения.

Проще говоря, свариваемость металлов относится к легкости сварки, благодаря которой два металла могут быть соединены друг с другом.

Свариваемость зависит от …?
Свариваемость металлов зависит от 4 основных параметров.

• Температура плавления металла
• Теплопроводность металла
• Тепловое расширение металла
• Состояние поверхности заготовки

Качество сварного шва сильно зависит от вышеуказанных параметров.

Но помимо этих факторов качество сварного шва зависит еще и от возможности возникновения дефектов сварки, частичной потери составных элементов из металла из-за испарения, изменения механических свойств из-за сильного нагрева и т. д.

Влияние легирующих элементов на свариваемость

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали указано ниже.

1. Углерод: Содержание углерода в основном металле сильно влияет на качество сварки (или свариваемость). Особенно если содержание углерода больше 0,3 %.
   Для таких сталей термические циклы также играют важную роль.
   Если металлические детали сварить, а затем резко охладить, то это может привести к образованию хрупкой зоны вдоль сварного шва.
   При газовой сварке эффект высокого содержания углерода проявляется сильнее, чем при дуговой сварке.
2. Марганец: Когда доля марганца превышает 0,6%, это снижает свариваемость стали.
   Если в такой стали доля углерода также выше, то сварной шов приведет к растрескиванию сварного шва.
   Также, если процентное содержание марганца очень мало, это может привести к внутренней пористости сварного шва.
3. Кремний: Высокий процент кремния наряду с высоким содержанием углерода приводит к чрезмерному растрескиванию сварного шва.
4. Фосфор: Если доля фосфора превышает 0,04%, то это приводит к хрупкости сварного шва, что приводит к некоторым неблагоприятным механическим свойствам сварного шва.
5. Сера: Обычно сера добавляется в сталь для обеспечения хорошей обрабатываемости металла. Но большое количество серы приводит к неблагоприятному влиянию на свариваемость металла.
   Если содержание серы более 0,04%, то это приводит к растрескиванию.
6. Никель , Хром и Ванадий элементы приводят к образованию твердых хрупких зон. Для предотвращения образования хрупких зон сварки требуется процесс термической обработки стали.

Свариваемость различных металлов

Свариваемость различных металлов указана ниже.

• Низкоуглеродистые стали или низкоуглеродистые стали: Из-за меньшей доли углерода в этом типе стали его можно легко сваривать. Также наблюдается меньшая склонность к упрочнению, за исключением тех сталей, которые имеют верхний предел содержания углерода.

• Среднеуглеродистая сталь: При сварке среднеуглеродистой стали требуется небольшая осторожность. Упрочняющий эффект повышенного содержания углерода можно предотвратить путем предварительного нагрева зоны сварки примерно до 250 °C, при этом сварному шву необходимо дать медленно остыть.

• Высокоуглеродистая сталь: Можно сваривать высокоуглеродистую сталь, но необходим предварительный подогрев зоны сварки, а также обработка после сварки. Обычно пайка предпочтительнее для высокоуглеродистой стали, потому что температура пайки не оказывает большего влияния на металлургическое состояние высокоуглеродистой стали.

• Низколегированные стали: Если содержание углерода в низкоуглеродистой стали ниже 0,18%, то они имеют хорошую свариваемость. Но если содержание углерода выше этого процента, то необходим предварительный нагрев наряду с медленным охлаждением окончательного сварного шва.

• Чугун: Чугун трудно сваривать, так как он содержит свободный графит и высокое содержание углерода. Также из-за низкой пластичности чугуна могут образовываться трещины в сварном шве.
  Из-за локального нагрева чугуна происходит неравномерное расширение и сжатие. Таким образом, чугун можно сваривать как горячим, так и холодным способом.
  • Горячая сварка: При горячей сварке заготовку предварительно нагревают до температуры от 600 °C до 650 °C, и этот диапазон температур поддерживается на протяжении всего процесса сварки.
    На сварном шве образуется значительное количество расплавленного металла, чтобы предотвратить охлаждение металла.
    Горячая сварка чугуна может выполняться как газовым пламенем, так и электрической дугой.
  • Холодная сварка: Холодная сварка с использованием электрической дуги является наиболее распространенным методом сварки чугуна, так как не требует предварительного нагрева. Это происходит потому, что тепло сильно сконцентрировано и локализовано.

• Нержавеющая сталь: Для сварки нержавеющей стали необходимо надлежащее экранирование зоны сварки. Это связано с тем, что нержавеющая сталь содержит хром, и если этот хром вступает в реакцию с кислородом, он образует чрезвычайно плотный Cr 9.0772 2 O ₃ пленка, снижающая коррозионную стойкость нержавеющей стали.

• Алюминиевые сплавы: Алюминий и его сплавы поддаются сварке, но легко окисляются, поэтому на их поверхности образуется пленка оксида алюминия. Когда алюминиевые сплавы свариваются с использованием кислородно-ацетиленовой газовой сварки, сварки TIG или сварки MIG, он должен быть покрыт флюсом для защиты металла от окисления.

• Магниевые сплавы: Сварка магния и его сплавов возможна, но требует защиты в процессе сварки.
  Если магний или его сплавы не экранировать в процессе сварки, то он вступает в реакцию с азотом атмосферы и образует нитрид магния, ослабляющий сварной шов. Кроме того, газообразный водород растворяется в сварном шве, что приводит к пористости сварного шва.

Сварочные металлы: виды и свойства

Последнее обновление: 8 марта 2022 г.

Партнерский отказ от ответственности: этот пост может содержать ссылки, которые принесут нам комиссию бесплатно для вас. Это помогает сохранить Weldguru бесплатным ресурсом для наших читателей.

---

Сварка магниевого сплава с использованием процесса TIG

Понимание сварки металлов является одним из столпов знаний, необходимых для успешного сварщика.

Каждый металл и металлический сплав по-разному реагируют на тепло и на то, как с ними можно манипулировать.

Металлы расширяются и размягчаются при нагревании, что позволяет использовать их по-разному.

Они также по-разному реагируют на различные типы используемых методов сварки.

Просмотрите характеристики каждого металла ниже.

Соображения

При выборе металла для сварки необходимо учитывать несколько соображений. Сюда входят:

• Температура плавления
• Пластичность : как металл реагирует на изгиб, растяжение
• Электропроводность : влияет на то, для чего можно использовать металл
• Прочность : что такое предел прочности металла

Типы свариваемых металлов

Сталь

Все знакомы с прочностью стали.

Это сплав, содержащий железо и 2% других элементов.

Сплав углерода/стали распространен и может быть найден в высоком, низком и среднем вариантах.

Более высокое содержание углерода означает более прочную сталь.

Сталь универсальна и может использоваться с любым процессом сварки. Места сварки необходимо очистить.

С другой стороны, он может ржаветь и отслаиваться от окисления.

Нержавеющая сталь

В отличие от обычной стали нержавеющая сталь устойчива к коррозии и гигиенична.

Это достигается добавлением от 10% до 30% хрома к другим элементам, таким как железо. Существует также никелевый сплав.

Нержавеющая сталь сваривается дуговой сваркой (TIG, MIG или Stick).

Недостатком является более высокая стоимость.

Увеличенный вид процесса сварки алюминия

Читайте также : Как сваривать нержавеющую сталь

Алюминий

Как и нержавеющая сталь, алюминий не так агрессивен, как другие металлы.

Легче нержавеющей стали. В сварке используется чистый алюминий и сплавы.

Сплавы включают:

• медно-алюминиевый сплав
• марганцевый сплав
• цинковый сплав

Сварка TIG (GTAW) — предпочтительный процесс для сварки алюминия.

Другие используемые методы сварки включают GMAW (газовая дуговая сварка металлическим электродом или MIG).

Ручная сварка алюминия используется только для небольших проектов.

Процесс начинается с выбора конструкции соединения для основных металлов (тройник, внахлест, кромка, угол или встык).

Руководство по сварке TIG для алюминия

Медь

Среди металлов для сварки медь пользуется популярностью благодаря своей электропроводности, теплопроводности, коррозионной стойкости, внешнему виду и износостойкости.

Чтобы называться медным, он должен содержать не менее 99,3% меди.

Процессы, используемые при сварке, включают сварку, пайку твердым припоем и пайку. Существует несколько типов медных сплавов:

• медь-никель-цинк (называемый нейзильбером)
• медно-никелевый
• медь-кремний (так называемая кремниевая бронза)
• медно-алюминиевый сплав (алюминиевая бронза)
• медь-олово
• медь-цинк (также известная как латунь)
• сплавы с высоким содержанием меди (до 5% сплава)

Медь сваривается с использованием дуговой сварки вольфрамовым электродом в газе (TIG) и дуговой сварки металлическим электродом в газе.

Некоторые сварщики используют ручную дуговую сварку, но это может привести к ухудшению качества.

При сварке меди конструкция шва шире, чем рекомендуется для стали. Защитным газом для меди является аргон для сварки.

Места сварки зачищают проволочной бронзовой щеткой и затем обезжиривают. Оксиды, которые образуются, должны быть удалены после сварки.

Медь предварительно нагревается, однако медные сплавы не требуют предварительного нагрева из-за высокого уровня теплопроводности.

Сварка с использованием медного сплава

Чугун

С точки зрения сварки металлов низкоуглеродистая сталь сваривается легче, чем чугун.

Чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и не такой пластичный.

При сварке чугуна поверхность необходимо очистить от въевшейся смазки и масла. Все трещины нужно зашлифовать или зашпаклевать.

Чугун сваривается кислородно-ацетиленовой сваркой.

Никелевые сплавы

Никелевые металлы для сварки бывают в виде нескольких сплавов. К ним относятся:

• Никелевый сплав 141: Используется для сварки корпуса и кованого чистого никеля (никель 200 и 201). Он также используется для соединения никеля со сталью.
Никелевый сплав
• 61: То же, что и выше.
• Медно-никелевый сплав 190: Для приваривания к самому себе или к металлу.
• Никель-медный сплав 60: Используется для сварки с самим собой.

Магний

Магниевые сплавы легкие (2/3 алюминия), поглощают вибрации и легко отливаются. Он имеет температуру плавления, аналогичную алюминию, и сваривается аналогичным образом.

При измельчении магния помните, что стружка легко воспламеняется (не используйте воду для тушения пламени). Металл сваривается сварочным аппаратом TIG.

Для дополнительной информации

Сварка свинца

Сварка белого металла

 

---

Хотите узнать больше о сварке бесплатно?

Зарегистрируйтесь и присоединитесь к более чем 10 000 других учащихся и получайте бесплатные статьи и советы по сварке, отправленные прямо на ваш почтовый ящик.

---

---

Общее описание и свариваемость черных металлов, сварочные позиции, сварочные машины и другие сварочные системы резки Плазменная сварка

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ И СВАРИВАЕМОСТЬ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ 7-10. НИЗКОУГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ а. Общий . К малоуглеродистым (мягким) стали относятся стали с содержанием углерода до 0,30% (рис. 7-7). В большинстве низкоуглеродистых сталей содержание углерода составляет от 0,10 до 0,25 процента, марганца — от 0,25 до 0,50 процента, максимум 0,40 процента фосфора и максимум 0,50 процента серы. Стали этого диапазона наиболее широко используются в промышленном производстве и строительстве. Эти низкоуглеродистые стали не затвердевают при сварке и поэтому не требуют предварительного или последующего нагрева, за исключением особых случаев, например, при сварке тяжелых профилей. В целом при сварке низкоуглеродистых сталей не возникает никаких трудностей. Правильно выполненные сварные швы из низкоуглеродистой стали по прочности равны прочности основного металла или превышают его. Низкоуглеродистые стали мягкие, пластичные, их можно прокатывать, штамповать, резать и обрабатывать как в горячем, так и в холодном состоянии. Они поддаются механической обработке и легко свариваются. Литая сталь имеет шероховатую темно-серую поверхность, за исключением мест механической обработки. Прокатная сталь имеет тонкие линии поверхности, идущие в одном направлении. Кованую сталь обычно можно узнать по форме, отметинам молотка или ребрам. Цвет излома — ярко-серый кристаллический, а искровой тест дает искры с длинными желто-оранжевыми полосами, которые имеют тенденцию превращаться в белые раздвоенные бенгальские огни. Сталь испускает искры при плавлении и почти мгновенно затвердевает. Низкоуглеродистые стали можно легко сваривать любым из процессов дуговой, газовой и контактной сварки. б. Низкоуглеродистые стержни с медным покрытием следует использовать для сварки низкоуглеродистой стали. Размеры стержней для пластин различной толщины: Толщина листа От 1/16 до 1/8 дюйма (от 1,6 до 3,2 мм) от 1/8 до 3/8 дюйма (от 3,2 до 9,5 мм) от 3/8 до 1/2 дюйма (от 9,5 до 12,7 мм) 1/2 дюйма (12,7 мм) и тяжелее Диаметр стержня 1/16 дюйма (1,6 мм) 1/8 дюйма (3,2 мм) 3/16 дюйма (4,8 мм) 1/4 дюйма (6,4 мм) ПРИМЕЧАНИЕ Стержни от 5/16 до 3/8 дюйма (от 7,9 до 9,5 мм) доступны для тяжелой сварки. Однако тяжелые сварные швы можно выполнять с помощью стержней 3/16 или 1/4 дюйма (4,8 или 6,4 мм), правильно контролируя ванну и скорость плавления стержня. с. Соединения могут быть подготовлены газовой резкой или механической обработкой. Тип подготовки (рис. 7-8) определяется толщиной листа и положением сварки. д. Пламя должно быть отрегулировано до нейтрального. В зависимости от толщины свариваемых листов может использоваться либо прямой, либо обратный метод сварки. э. Расплавленный металл не следует перегревать, так как это приведет к чрезмерному закипанию металла и искрению. Результирующая зернистая структура металла сварного шва будет крупной, прочность понизится, а сварной шов сильно поцарапается. ф. Низкоуглеродистые стали не твердеют в зоне сплавления в результате сварки. г. Дуговая сварка металлом . (1) При дуговой сварке низкоуглеродистых сталей могут использоваться электроды без покрытия, с тонким покрытием или с толстым покрытием для экранированной дуги. Эти электроды низкоуглеродистого типа (от 0,10 до 0,14%). (2) Низкоуглеродистые листовые или пластинчатые материалы, которые подвергались воздействию низких температур, перед сваркой следует слегка подогреть до комнатной температуры. (3) При сварке листового металла толщиной до 1/8 дюйма (3,2 мм) можно использовать гладкий квадратный стык для подготовки кромок. Когда в этих материалах должны быть сварены длинные швы, кромки должны быть разнесены, чтобы учесть усадку, потому что наплавленный металл имеет тенденцию стягивать пластины. Эта усадка менее выражена при дуговой сварке, чем при газовой сварке, и расстояние примерно 1/8 дюйма (3,2 мм) будет достаточным. (4) Техника сварки с обратным шагом или пропуском должна использоваться для коротких швов, которые фиксируются на месте. Это предотвратит коробление или деформацию и сведет к минимуму остаточные напряжения. (5) Тяжелые листы должны быть скошены, чтобы обеспечить прилежащий угол до 60 градусов, в зависимости от толщины. Детали должны быть прихвачены прихваточным швом через короткие промежутки вдоль шва. Первый, или корневой, валик должен быть сделан электродом достаточно малого диаметра, чтобы получить хорошее проплавление и сплавление в основании шва. Для этой цели подходит электрод 1/8 или 5/32 дюйма (3,2 или 4,0 мм). Первый валик должен быть тщательно очищен путем зачистки и проволочной щетки перед нанесением дополнительных слоев наплавленного металла. Дополнительные проходы присадочного металла должны выполняться электродом диаметром 5/32 или 3/16 дюйма (4,0 или 4,8 мм). Проходы должны выполняться раскачивающими движениями для плоского, горизонтального или вертикального положения. При потолочной сварке наилучшие результаты получаются при использовании валиков по всему шву. (6) При сварке тяжелых профилей со скошенными с обеих сторон валиками плетения следует наплавлять попеременно то с одной, то с другой стороны. Это уменьшит количество искажений в сварной конструкции. Каждый валик следует тщательно очистить, чтобы удалить всю окалину, оксиды и шлак, прежде чем наносить дополнительный металл. Движение электрода должно контролироваться, чтобы сделать валик однородным по толщине и предотвратить подрезы и нахлесты на краях сварного шва. Весь шлак и оксиды должны быть удалены с поверхности завершенного сварного шва, чтобы предотвратить ржавчину. час. Дуговая сварка углеродом . Низкоуглеродистый лист и плита толщиной до 3/4 дюйма (19,0 мм) можно сваривать с использованием процесса углеродно-дуговой сварки. Дуга воздействует на кромки пластин, которые подготавливаются так же, как и при дуговой сварке металлическим электродом. На соединение следует наносить флюс и добавлять присадочный металл, как при кислородно-ацетиленовой сварке. Вокруг расплавленной основы должен быть обеспечен газообразный экран. Также должен быть предусмотрен присадочный металл с помощью сварочного стержня с флюсовым покрытием. Сварку необходимо производить без перегрева расплавленного металла. Несоблюдение этих мер предосторожности может привести к тому, что металл шва поглотит чрезмерное количество углерода из электрода, кислорода и азота из воздуха и вызовет хрупкость сварного соединения. 7-11. СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ а. Общий . Среднеуглеродистые стали — это нелегированные стали, содержащие от 0,30 до 0,55% углерода. Эти стали могут подвергаться термической обработке после изготовления и использоваться для общей механической обработки и ковки деталей, требующих поверхностной твердости и прочности. Они изготавливаются в виде прутка и в холоднокатаном или нормализованном и отожженном состоянии. При сварке термообработанных сталей их необходимо предварительно нагреть от 300 до 500°F (149°С). до 260°С) в зависимости от содержания углерода (от 0,25 до 0,45%) и толщины стали. Температуру предварительного нагрева можно проверить, нанеся палочку из 50-50 припоя (температура плавления 450°F (232°C)) на пластину в месте соединения и отметив, когда припой начнет плавиться. Во время сварки зона сварки затвердевает при быстром охлаждении и после сварки должна быть снята напряжение. Среднеуглеродистые стали можно сваривать любым из процессов дуговой, газовой и контактной сварки. б. При более высоком содержании углерода и марганца следует использовать электроды с низким содержанием водорода, особенно в более толстых секциях. Для сварки среднеуглеродистых сталей пригодны электроды малоуглеродистые с толстым покрытием, прямой или обратной полярности, аналогичные тем, которые применяются для дуговой сварки малоуглеродистых сталей. с. Небольшие детали должны быть отожжены для придания им мягкости перед сваркой. Детали должны быть предварительно нагреты в месте соединения и сварены присадочной проволокой, обеспечивающей термообработку сварных швов. После сварки вся деталь должна быть подвергнута термической обработке для восстановления ее первоначальных свойств. д. Для сварки среднеуглеродистых сталей можно использовать либо низкоуглеродистый, либо высокопрочный стержень. Сварочное пламя должно быть отрегулировано до легкого науглероживания, а лужа металла должна быть как можно меньше, чтобы соединение было прочным. Сварка науглероживающим пламенем вызывает быстрый нагрев металла, так как тепло выделяется, когда сталь поглощает углерод. Это позволяет выполнять сварку на более высоких скоростях. э. Следует соблюдать осторожность и медленно охлаждать детали после сварки, чтобы предотвратить растрескивание сварного шва. Вся сварная деталь должна быть снята с напряжения путем нагревания до температуры от 1100 до 1250°F (593 и 677°С) в течение одного часа на дюйм (25,4 мм) толщины, а затем медленное охлаждение. Охлаждение можно осуществить, покрыв детали огнеупорным материалом или песком. ф. Среднеуглеродистые стали можно паять, используя предварительный нагрев от 200 до 400°F (от 93 до 204°C), хороший бронзовый стержень и флюс для пайки. Однако эти стали лучше свариваются дуговым способом с экранированными дуговыми электродами из мягкой стали. г. При сварке мягких сталей помните о следующих основных методах: (1) Листы должны быть подготовлены к сварке таким же образом, как и для сварки низкоуглеродистых сталей. При сварке электродами из низкоуглеродистой стали следует тщательно контролировать сварочный нагрев во избежание перегрева металла шва и чрезмерного проникновения в боковые стенки соединения. Этот контроль осуществляется путем направления электрода больше к ранее нанесенному присадочному металлу, прилегающему к боковым стенкам, чем непосредственно к боковым стенкам. При использовании этой процедуры металл шва смывается со стороны соединения и сплавляется с ним без глубокого или чрезмерного проникновения. (2) Высокая температура сварки приводит к тому, что большие участки основного металла в зоне сплавления, прилегающей к сварным швам, становятся твердыми и хрупкими. Площадь этих твердых зон в основном металле может быть сведена к минимуму путем выполнения сварного шва с рядом небольших нитей или плетеных валиков, которые ограничат подвод тепла. Каждый валик или слой наплавленного металла будет уменьшать зерно в сварном шве непосредственно под ним, а также отжигать и уменьшать твердость основного металла предыдущим валиком. (3) По возможности готовое соединение после сварки следует подвергнуть термообработке. Снятие напряжения обычно используется при соединении низкоуглеродистой стали, а сплавы с высоким содержанием углерода должны подвергаться отжигу. (4) При сварке среднеуглеродистых сталей электродами из нержавеющей стали металл следует наплавлять в виде нитевидных валиков, чтобы предотвратить растрескивание металла шва в зоне сплавления. При наплавке металла шва в верхних слоях швов, выполненных на тяжелых сечениях, колебательное движение электрода не должно превышать трех диаметров электрода. (5) Каждый последующий валик сварного шва должен быть зачищен, зачищен и зачищен перед укладкой следующего валика. 7-12. ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ а. Общий . К высокоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода более 0,55%. Необработанная поверхность высокоуглеродистых сталей имеет темно-серый цвет и похожа на другие стали. Высокоуглеродистые стали обычно дают очень мелкозернистый излом, более белый, чем низкоуглеродистые стали. Инструментальная сталь более твердая и хрупкая, чем толстолистовая сталь или другой низкоуглеродистый материал. Высокоуглеродистая сталь может быть закалена путем нагревания до хорошего красного цвета и закалки в воде. Низкоуглеродистая сталь, кованое железо и стальные отливки не подлежат закалке. Расплавленная высокоуглеродистая сталь ярче, чем низкоуглеродистая сталь, а поверхность плавления имеет ячеистый вид. Она искрит более свободно, чем низкоуглеродистая (мягкая) сталь, а искры белее. Эти стали используются для изготовления инструментов, которые после изготовления подвергаются термообработке для создания твердой структуры, необходимой для того, чтобы выдерживать высокое напряжение сдвига и износ. Они изготавливаются в виде стержней, листов и проволоки, а также в отожженном или нормализованном и отожженном состоянии, чтобы их можно было подвергать механической обработке перед термической обработкой. Высокоуглеродистые стали плохо поддаются сварке из-за упрочняющего воздействия тепла на сварной шов. Из-за высокого содержания углерода и термической обработки, обычно применяемой к этим сталям, их основные свойства ухудшаются при дуговой сварке. б. Сварочное тепло изменяет свойства высокоуглеродистой стали вблизи сварного шва. Для восстановления первоначальных свойств необходима термическая обработка. с. Высокоуглеродистые стали должны быть предварительно нагреты от 500 до 800°F (от 260 до 427°C) перед сваркой. Температуру предварительного нагрева можно проверить сосновой палкой, которая при этих температурах обугливается. д. Поскольку высокоуглеродистые стали плавятся при более низких температурах, чем низко- и среднеуглеродистые стали, следует соблюдать осторожность, чтобы не перегреть сварной шов или основной металл. О перегреве свидетельствует чрезмерное искрение расплавленного металла. Сварку следует завершить как можно скорее, а количество искрения следует использовать для проверки сварочного тепла. Пламя должно быть отрегулировано на науглероживание. Этот тип пламени имеет тенденцию производить прочные сварные швы. э. Для сварки следует использовать сварочный пруток со средним или высоким содержанием углерода. После сварки вся деталь должна быть снята с напряжения путем нагревания до температуры от 1200 до 1450 ° F (от 649 до 788 ° C) в течение одного часа на дюйм (25,4 мм) толщины, а затем медленного охлаждения. Если детали можно легко размягчить перед сваркой, для соединения следует использовать сварочный пруток с высоким содержанием углерода. Затем вся деталь должна быть подвергнута термообработке, чтобы восстановить первоначальные свойства основного металла. ф. В некоторых случаях мелкий ремонт этих сталей можно произвести пайкой. Этот процесс не требует таких высоких температур, как те, которые используются для сварки, поэтому свойства основного металла серьезно не ухудшаются. Пайку следует применять только в особых случаях, так как прочность соединения не так высока, как у исходного основного металла. г. С высокоуглеродистыми сталями можно использовать электроды из мягкой или нержавеющей стали. час. Дуговая сварка высокоуглеродистых сталей требует критического контроля температуры сварки. Следует помнить о следующих методах: (1) Температура сварки должна быть отрегулирована таким образом, чтобы обеспечить хороший сплав боковых стенок и корня шва без чрезмерного провара. Регулирование сварочного тепла может быть достигнуто путем наплавки металла сварного шва в виде небольших нитевидных валиков. Следует избегать чрезмерного образования луж на металле, так как это может привести к выделению углерода из основного металла, что, в свою очередь, сделает металл сварного шва твердым и хрупким. Сплав между присадочным металлом и боковыми стенками должен ограничиваться узкой зоной. Используйте процедуру поверхностного плавления, предписанную для среднеуглеродистых сталей (параграф 7-11). (2) Та же процедура подготовки кромок, очистки сварных швов и последовательности сварных швов, которая предписана для низко- и среднеуглеродистых сталей, применима и к высокоуглеродистым сталям. (3) Небольшие детали из высокоуглеродистой стали иногда ремонтируют путем наращивания изношенных поверхностей. Когда это сделано, деталь должна быть отожжена или размягчена путем нагревания до красного каления и медленного охлаждения. Затем изделие должно быть сварено или наплавлено электродами со средним содержанием углерода или высокой прочностью, а после сварки подвергнуто термической обработке для восстановления его первоначальных свойств. 7-13. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ а. Общий . Стали, используемые для изготовления инструментов, штампов и штампов, являются, пожалуй, самыми твердыми, прочными и прочными сталями, используемыми в промышленности. Как правило, инструментальные стали представляют собой стали со средним и высоким содержанием углерода, в которые включены определенные элементы в различных количествах для обеспечения особых характеристик. Искровой тест показывает умеренно большой объем белых искр с множеством мелких повторяющихся вспышек. б. Углерод входит в состав инструментальной стали, чтобы сделать сталь более прочной для резки и износостойкости. Другие элементы добавляются для обеспечения большей ударной вязкости или прочности. В некоторых случаях добавляются элементы, чтобы сохранить размер и форму инструмента во время его операции термической закалки или сделать операцию закалки более безопасной и обеспечить твердость до красного цвета, чтобы инструмент сохранял свою твердость и прочность, когда он становится очень горячим. Железо является преобладающим элементом в составе инструментальных сталей. Другие добавленные элементы включают хром, кобальт, марганец, молибден, никель, вольфрам и ванадий. Инструментальная или штамповая сталь предназначена для специальных целей, которые зависят от состава. Некоторые инструментальные стали предназначены для изготовления штампов; некоторые из них предназначены для изготовления форм, другие для горячей обработки, а третьи для высокоскоростной резки. с. Другой способ классификации инструментальных сталей — по типу закалки, необходимой для упрочнения стали. Наиболее жесткой закалкой после нагрева является закалка в воде (водоупрочняемые стали). Менее жесткой закалкой является закалка в масле, получаемая охлаждением инструментальной стали в масляных ваннах (стали, закаливающиеся в масле). Наименее резкой закалкой является охлаждение на воздухе (воздушно-упрочняемые стали). д. Инструментальные стали и штампы также можно классифицировать в зависимости от работы, которую должен выполнять инструмент. Это основано на номерах классов. (1) Стали класса I используются для изготовления инструментов, которые работают путем сдвига или резания, таких как отрезные штампы, штампы для резки, штампы для вырубки и штампы для обрезки. (2) Стали класса II используются для изготовления инструментов, которые придают желаемую форму детали, заставляя обрабатываемый материал, горячий или холодный, течь под напряжением. Это включает в себя штампы для волочения, формовочные штампы, редукционные штампы, штампы для ковки, пластиковые формы и штампы для литья под давлением. (3) Стали класса III используются для изготовления инструментов, воздействующих на обрабатываемый материал путем его частичного или полного преобразования без изменения фактических размеров. Это включает в себя гибочные штампы, фальцевальные штампы и штампы для скручивания. (4) Стали класса IV используются для изготовления штампов, которые работают под большим давлением и создают поток металла или другого материала, придающий ему желаемую форму. Это включает в себя обжимные штампы, штампы для тиснения, штампы для вырубки, экструзионные штампы и штампы для укладки. э. Стали группы инструментальных сталей имеют содержание углерода от 0,83 до 1,55%. Их редко сваривают дуговой сваркой из-за чрезмерной твердости, образующейся в зоне сплавления основного металла. Если необходимо выполнить дуговую сварку, можно использовать электроды из мягкой или нержавеющей стали. ф. При сварке инструментальных сталей необходимо использовать равномерно высокие температуры предварительного нагрева (до 1000°F (583°C)). г. В целом следует соблюдать те же меры предосторожности, что и при сварке высокоуглеродистых сталей. Сварочный факел должен быть отрегулирован на науглероживание, чтобы предотвратить выгорание углерода в металле шва. Сварку следует производить как можно быстрее, стараясь не перегревать расплавленный металл. После сварки сталь следует подвергнуть термической обработке для восстановления ее первоначальных свойств. час. Буровые штанги можно использовать в качестве присадочных, поскольку их высокое содержание углерода близко к содержанию углерода в инструментальных сталях. я. Флюс, пригодный для сварки чугуна, следует использовать в небольших количествах, чтобы защитить сварочную ванну высокоуглеродистой стали и удалить оксиды в металле сварного шва. Дж. Техника сварки . При сварке инструментальных сталей следует помнить о следующих технологиях: (1) Если свариваемые детали небольшие, перед сваркой их следует отжечь или размягчить. Затем края должны быть предварительно нагреты до 1000°F (538°C), в зависимости от содержания углерода и толщины пластины. Сварку следует выполнять либо электродом из мягкой стали, либо высокопрочным электродом. (2) Электроды с высоким содержанием углерода не должны использоваться для сварки инструментальных сталей. Углерод, поглощенный присадочным металлом из основного металла, сделает сварной шов твердым как стекло, в то время как металл сварного шва из мягкой стали может поглощать дополнительный углерод, не становясь чрезмерно твердым. Затем свариваемая деталь должна быть подвергнута термической обработке для восстановления ее первоначальных свойств. (3) При сварке электродами из нержавеющей стали край пластины должен быть предварительно подогрет, чтобы предотвратить образование твердых зон в основном металле. Наплавленный металл следует наносить небольшими нитями, чтобы свести подвод тепла к минимуму. В целом процедура нанесения такая же, как и для средне- и высокоуглеродистых сталей. тыс. Существует четыре типа штамповых сталей, которые можно ремонтировать сваркой. Это штампы для закалки в воде, штампы для закалки в масле, штампы для закалки на воздухе и инструменты для горячей обработки. Высокоскоростные инструменты также могут быть отремонтированы. 7-14. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ а. Общий . Разработано большое количество и разнообразие высокопрочных, высокотвердых, коррозионно-легированных сталей, обладающих стойкостью и другими особыми свойствами. Большинство этих сталей зависят от специального процесса термической обработки, чтобы развить желаемые характеристики в готовом состоянии. Легированные стали обладают большей прочностью и долговечностью, чем другие углеродистые стали, а заданная прочность обеспечивается меньшим весом материала. б. К высокотвердым легированным сталям относятся следующие: (1) Хромистые легированные стали . Хром используется в качестве легирующего элемента в углеродистых сталях для повышения прокаливаемости, коррозионной стойкости и ударопрочности, а также придает высокую прочность с небольшой потерей пластичности. Хром в больших количествах сокращает поток искры вдвое по сравнению с той же сталью без хрома, но не влияет на яркость потока. (2) Стали, легированные никелем . Никель повышает ударную вязкость, прочность и пластичность сталей и снижает температуру закалки, поэтому для закалки используется закалка в масле, а не в воде. У никелевой искры есть короткая, четко очерченная черта яркого света непосредственно перед разветвлением. (3) Стали с высоким содержанием хрома и никеля (нержавеющие) . Эти высоколегированные стали охватывают широкий диапазон составов. Их нержавеющие, коррозионные и жаростойкие свойства зависят от содержания сплава и обусловлены образованием очень тонкой оксидной пленки, образующейся на поверхности металла. Искры имеют соломенный цвет у шлифовального круга и белые у конца полосы. Имеется средний объем полос с умеренным количеством разветвленных всплесков. (4) Стали, легированные марганцем . Марганец используется в стали для повышения прочности, износостойкости, облегчения горячей прокатки и ковки. Увеличение содержания марганца снижает свариваемость стали. Стали, содержащие марганец, производят искру, похожую на угольную. Умеренное увеличение марганца увеличивает объем искрового потока и интенсивность вспышек. Сталь, содержащая большее количество марганца, будет производить искру, аналогичную высокоуглеродистой стали с более низким содержанием марганца. (5) Стали, легированные молибденом . Молибден увеличивает прокаливаемость, то есть глубину закалки, возможную при термической обработке. Свойство ударной усталости стали улучшается при содержании молибдена до 0,60%. При содержании молибдена выше 0,60% ухудшается собственно ударная усталость. Износостойкость улучшается при содержании молибдена выше примерно 0,75%. Молибден иногда комбинируют с хромом, вольфрамом или ванадием для получения желаемых свойств. Стали, содержащие этот элемент, дают характерную искру с оторвавшимся наконечником стрелы, похожую на искру из кованого железа, которую можно увидеть даже при достаточно сильных выбросах углерода. Стали, легированные молибденом, содержат никель и/или хром. (6) Стали, легированные титаном и колумбием (ниобием) . Эти элементы используются в качестве дополнительных легирующих присадок в низкоуглеродистых коррозионностойких сталях. Они поддерживают стойкость к межкристаллитной коррозии после длительного воздействия на металл высоких температур. (7) Вольфрамовые легированные стали . Вольфрам, как легирующий элемент в инструментальной стали, имеет тенденцию образовывать мелкое плотное зерно при использовании в относительно небольших количествах. При использовании в больших количествах, от 17 до 20%, и в сочетании с другими сплавами В. дает сталь, сохраняющую твердость при высоких температурах. Этот элемент обычно используется в сочетании с хромом или другими легирующими добавками. При искровом тесте вольфрам покажет тускло-красный цвет в потоке искры возле колеса. Это также укорачивает искровой поток и уменьшает размер или полностью устраняет угольный взрыв. Вольфрамовая сталь, содержащая около 10 процентов вольфрама, образует короткие изогнутые оранжевые наконечники на концах несущих линий. Еще более низкое содержание вольфрама вызывает появление маленьких белых вспышек на конце копья petit. Несущие линии могут быть от тускло-красного до оранжевого, в зависимости от других присутствующих элементов, при условии, что содержание вольфрама не слишком велико. (8) Стали, легированные ванадием . Ванадий используется для контроля размера зерна. Он имеет тенденцию к увеличению прокаливаемости и вызывает заметную вторичную твердость, но сопротивляется отпуску. Его добавляют в сталь во время производства для удаления кислорода. Легированные стали, содержащие ванадий, производят искры с оторванными наконечниками стрел на конце несущей линии, подобные искрам, производимым молибденовыми сталями. (9) Кремнистые легированные стали . Кремний добавляют в сталь для придания большей прокаливаемости и коррозионной стойкости. Его часто используют с марганцем для получения прочной и прочной стали. (10) Быстрорежущие инструментальные стали . Эти стали обычно представляют собой сплавы специального состава, предназначенные для режущих инструментов. Содержание углерода колеблется от 0,70 до 0,80 процента. Их трудно сваривать, кроме как методом индукционной печи. Проверка искры покажет несколько длинных раздвоенных лопаток красного цвета возле колеса и соломенного цвета ближе к концу потока искры. с. Многие из этих сталей можно сваривать электродом с толстым покрытием типа экранированной дуги, состав которого аналогичен составу основного металла. Электроды с низким содержанием углерода также можно использовать с некоторыми сталями. Электроды из нержавеющей стали эффективны там, где предварительный нагрев невозможен или нежелателен. Термически обработанные стали должны быть по возможности предварительно нагреты, чтобы свести к минимуму образование твердых зон или слоев в основном металле, прилегающем к сварному шву. Расплавленный металл не должен перегреваться, а теплоту сварки следует регулировать путем наплавки металла в виде узких нитевидных валиков. Во многих случаях процедуры сварки среднеуглеродистых сталей (параграф 7-11) и высокоуглеродистых сталей (параграф 7-12) можно использовать при сварке легированных сталей. 7-15. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ, НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ а. Общий . Низколегированные конструкционные стали с высоким пределом текучести (конструкционные легированные стали) представляют собой специальные стали, которые закаляются для получения чрезвычайной прочности и долговечности. Специальные сплавы и общий состав этих сталей требуют специальной обработки для получения удовлетворительных сварных соединений. Эти стали представляют собой специальные низкоуглеродистые стали, содержащие небольшое количество определенных легирующих элементов. Они закалены и отпущены, чтобы получить предел текучести 9От 0 000 до 100 000 фунтов на квадратный дюйм (от 620 550 до 689 500 кПа) и предел прочности на разрыв от 100 000 до 140 000 фунтов на квадратный дюйм (от 689 500 до 965 300 кПа), в зависимости от размера и формы. Элементы конструкции, изготовленные из этих высокопрочных сталей, могут иметь меньшую площадь поперечного сечения, чем обычные конструкционные стали, и при этом иметь равную прочность. Эти стали также более устойчивы к коррозии и истиранию, чем другие стали. При искровом испытании эти сплавы производят искру, очень похожую на искру низкоуглеродистых сталей. б. Техника сварки . Надежная сварка низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести может выполняться с использованием следующих рекомендаций: ОСТОРОЖНО Во избежание растрескивания под валиком при сварке низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести следует использовать только электроды с низким содержанием водорода. (1) Правильные электроды. Водород – враг номер один качественных сварных швов легированных сталей; поэтому используйте только электроды с низким содержанием водорода (MIL-E-18038 или MIL-E-22200/1), чтобы предотвратить растрескивание под бортом. Растрескивание под валиком вызвано водородом, поглощаемым покрытием электрода, выделяющимся в дугу и поглощаемым расплавленным металлом. (2) Контроль влажности электродов. Если электроды находятся в герметичном контейнере, сразу после открытия контейнера поместите их в вентилируемую печь для выдержки при температуре от 250 до 300°F (от 121 до 149°C). Если электроды не находятся в герметичном контейнере, поместите их в вентилируемую печь для выпечки и выпекайте в течение 1-1/4 часа при температуре 800°F (427°C). Обожженные электроды, пока они еще теплые, должны быть помещены в печь для выдержки до использования. Электроды должны быть сухими, чтобы исключить поглощение водорода. Проверка на влажность должна проводиться в соответствии с MIL-E-22200. ПРИМЕЧАНИЕ Влагостабилизатор NSN 3439-00-400-0090 идеально подходит для использования в полевых условиях (MIL-M-45558). с. Выбор электрода с низким содержанием водорода. Электроды идентифицируются по классификационным номерам, которые всегда указаны на контейнерах с электродами. Для покрытий с низким содержанием водорода последние два числа в классификации должны быть 15, 16 или 18. Чаще всего используются электроды диаметром 5/32 и 1/8 дюйма (4,0 и 3,2 мм), поскольку они более подходит для всех видов сварки этого типа стали. В Таблице 7-14 перечислены электроды, используемые для сварки низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести. Таблица 7-15 представляет собой список электродов, используемых в настоящее время в системе снабжения армии. д. Выбор комбинаций проволоки-флюса и проволоки-газа . Проволочные электроды для дуговой сварки под флюсом и в защитных газах по прочности не классифицируют. Сварочная проволока и комбинации проволоки и флюса, используемые для снятия напряжений в сталях, должны содержать не более 0,05% ванадия. Металл сварного шва с содержанием ванадия более 0,05% может стать хрупким при снятии напряжения. При использовании процессов дуговой сварки под флюсом или газовой дуговой сварки для сварки низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести и сталей с более низкой прочностью комбинация проволока-флюс и проволока-газ должна быть такой же, как рекомендовано для сталей с более низкой прочностью. э. Предварительный нагрев . Для сварки пластин толщиной менее 1,0 дюйма (25,4 мм) температура выше 50°F (10°C) не требуется, за исключением удаления поверхностной влаги с металла. Таблица 7-16 содержит рекомендуемые температуры предварительного нагрева. ф. Тепловая сварка . (1) Общий . Важно избегать чрезмерной концентрации тепла, чтобы обеспечить быстрое охлаждение зоны сварки. Для определения тепловложения в сварной шов можно использовать номограмму тепловложения или калькулятор тепловложения. (2) Номограмма тепловложения . Чтобы использовать номограмму подводимой теплоты (рис. 7-9), найдите значение в вольтах в столбце 1 и проведите линию к значению ампер в столбце 3. От точки, где эта линия пересекает столбец 2, проведите еще одну линию к дюйму. /min значение в столбце 5. Прочитайте тепловые единицы в точке, где эта вторая линия пересекает столбец 4. Тепловые единицы представляют собой тысячи джоулей на дюйм. Например, при 20 вольтах и ​​300 амперах линия пересекает столбец 2 при значении 6. При 12 дюйм/мин подводимая теплота определяется как 30 тепловых единиц или 30 000 джоулей/дюйм. (3) Калькулятор тепловложения . Калькулятор тепловложения можно изготовить, скопировав выкройку, напечатанную на внутренней стороне задней обложки данного руководства, на пластик, тонкий картон или другой подходящий материал и вырезав детали. Если подходящего материала нет, калькулятор можно собрать, вырезав выкройку из задней крышки. После того, как две части вырезаны, в центре каждой пробивается отверстие. Затем их собирают с помощью бумажной застежки или подобного устройства, которое позволяет деталям вращаться. Чтобы определить тепловложение при сварке с помощью калькулятора, вращайте его до тех пор, пока значение на шкале вольт не совпадет прямо напротив значения на шкале скорости (дюймы/мин). Затем значение на шкале ампер будет выровнено прямо напротив расчетного значения для тепловых единиц. Как и в случае с номограммой, тепловые единицы представляют собой тысячи джоулей на дюйм. (4) Максимальное тепловложение . Сравните значение тепловложения, полученное с помощью номограммы или калькулятора, с предлагаемыми максимальными значениями в таблицах 7-17 и 7-18. Если расчетное значение слишком велико, отрегулируйте силу тока, скорость движения или температуру предварительного нагрева, пока расчетное тепловложение не окажется в надлежащем диапазоне. (Таблицы применимы только к процессам однодуговой сварки, дуговой сварки в защитных газах, сварки под флюсом, газовой вольфрамовой дуги, дуговой сварки с флюсовой проволокой и дуговой сварки в среде защитного газа. Они не применимы к многодуговой, электрошлаковой сварке или другим процессы вертикальной сварки с высокой тепловложением, поскольку сварные швы, выполненные ими в сталях «Т-1», должны подвергаться термической обработке закалкой и отпуском. ) Для условий сварки, превышающих диапазон номограммы или калькулятора, тепловложение может быть рассчитано с помощью следующую формулу: г. Процесс сварки . Надежная сварка низколегированной конструкционной стали с высоким пределом текучести может быть осуществлена ​​за счет выбора электрода с низким содержанием водорода или правильного сочетания проволока-флюс или проволочный газ при использовании процессов с дугой под флюсом или газовой дугой. По возможности используйте прямой бортик стрингера. Избегайте использования рисунка плетения; однако при необходимости он должен быть ограничен рисунком частичного переплетения. Наилучшие результаты дает легкое круговое движение электрода, при этом площадь переплетения никогда не превышает двух диаметров электрода. Никогда не используйте рисунок полного переплетения. Рисунок частичного переплетения не должен превышать удвоенный диаметр электрода. Пропустить сварку, как это целесообразно. Иногда рекомендуется проковка сварного шва для снятия напряжения при охлаждении более крупных деталей. Угловые швы должны быть ровными и иметь правильный контур. Избегайте трещин на пальцах ног и подрезов. Электроды, используемые для угловых швов, должны быть менее прочными, чем те, которые используются для стыковой сварки. Воздушно-ударная проковка угловых сварных швов может помочь предотвратить появление трещин, особенно если сварные швы должны быть сняты с напряжения. Пьедестал из мягкой стальной проволоки может помочь поглощать силы усадки. Сварка маслом в области носка перед фактической угловой сваркой укрепляет область, где может начаться трещина в носке. В области носка накладывается валик, который затем стачивается перед фактической угловой сваркой. Этот валик масляного сварного шва должен располагаться так, чтобы во время фактической сварки стыка кромка галтели располагалась непосредственно над ним. Из-за дополнительного материала, используемого для угловой сварки, скорость охлаждения увеличивается, а подвод тепла может быть увеличен примерно на 25 процентов. 7-16. ЧУГУН а. Общий . Чугун — сплав железа, углерода и кремния, в котором количество углерода обычно составляет более 1,7% и менее 4,5%. (1) Наиболее широко используемый тип чугуна известен как серый чугун. Серый чугун имеет разнообразный состав, но обычно он состоит в основном из перлита с рассеянными повсюду графитовыми чешуйками. (2) Существуют также легированные чугуны, которые содержат небольшие количества хрома, никеля, молибдена, меди или других элементов, добавленных для придания определенных свойств. (3) Другим сплавом железа является аустенитный чугун, который модифицируют добавками никеля и других элементов для снижения температуры превращения, так что структура становится аустенитной при комнатной или нормальной температуре. Аустенитные чугуны обладают высокой степенью коррозионной стойкости. (4) В белом чугуне почти весь углерод находится в связанной форме. Это обеспечивает чугун с более высокой твердостью, которая используется для сопротивления истиранию. (5) Ковкий чугун получают, подвергая белый чугун специальной термообработке отжигом для изменения структуры углерода в железе. Структура изменяется на перлитную или ферритную, что повышает ее пластичность. (6) Чугун с шаровидным графитом и ковкий чугун изготавливаются путем добавления магния или алюминия, которые либо связывают углерод в комбинированном состоянии, либо придают свободному углероду сферическую или узловатую форму, а не обычную форму чешуек серого цвета. чугун. Такая структура обеспечивает большую степень пластичности или ковкости отливки. (7) Чугуны широко используются в сельскохозяйственном оборудовании; на станках в качестве оснований, кронштейнов и крышек; для трубопроводной арматуры и чугунных труб; а также для автомобильных блоков двигателей, головок, коллекторов и гидроподготовки. Чугун редко используется в строительных работах, за исключением элементов сжатия. Он широко используется в строительной технике для противовесов и в других приложениях, для которых требуется вес. б. Серый чугун имеет низкую пластичность и поэтому не расширяется и не растягивается в значительной степени, прежде чем сломается или треснет. Из-за этой характеристики при сварке чугуна кислородно-ацетиленовой сваркой необходим предварительный нагрев. Однако его можно сваривать дуговой сваркой без предварительного нагрева, если тщательно контролировать температуру сварки. Этого можно достичь, сваривая только короткие участки соединения за один раз и позволяя этим участкам остыть. Благодаря этой процедуре тепло сварки ограничивается небольшой площадью и устраняется опасность растрескивания отливки. Большие отливки со сложным сечением, такие как моторные блоки, можно сваривать без демонтажа и предварительного нагрева. Обычно желательны специальные электроды, предназначенные для этой цели. Ковкий чугун, такой как ковкий чугун, ковкий чугун и чугун с шаровидным графитом, можно успешно сваривать. Для достижения наилучших результатов эти типы чугунов следует сваривать в отожженном состоянии. с. Сварку применяют для спасения новых чугунных отливок, для ремонта отливок, вышедших из строя в процессе эксплуатации, и для соединения отливок друг с другом или со стальными деталями в производственных операциях. В Таблице 7-19 показаны сварочные процессы, которые можно использовать для сварки литых, ковких и шаровидных чугунов. Выбор процесса сварки и сварочных присадочных металлов зависит от желаемых свойств сварного шва и ожидаемого срока службы. Например, при использовании процесса дуговой сварки в защитном металле могут использоваться различные типы присадочного металла. Присадочный металл влияет на соответствие цвета сварного шва по сравнению с основным материалом. Соответствие цвета может быть определяющим фактором, особенно при спасении или ремонте отливок, где разница в цвете недопустима. д. Независимо от того, какой из сварочных процессов выбран, необходимо выполнить определенные подготовительные действия. Важно точно определить тип свариваемого чугуна, будь то серый чугун, ковкий или ковкий чугун. Если точная информация неизвестна, лучше предположить, что это серый чугун с малой пластичностью или без нее. Как правило, не рекомендуется сваривать ремонтные отливки из серого чугуна, которые подвергаются нагреву и охлаждению в нормальных условиях эксплуатации, особенно когда температура нагрева и охлаждения изменяется в диапазоне температур, превышающем 400°F (204°C). Если в качестве присадочного материала не используется чугун, металл сварного шва и основной металл могут иметь разные коэффициенты расширения и сжатия. Это будет способствовать возникновению внутренних напряжений, которые не может выдержать серый чугун. Ремонт этих типов отливок можно произвести, но надежность и срок службы при таком ремонте нельзя с точностью предсказать. эл. Подготовка к сварке . (1) При подготовке отливки к сварке необходимо удалить все поверхностные материалы, чтобы полностью очистить отливку в зоне сварки. Это означает удаление краски, жира, масла и других посторонних материалов из зоны сварки. Область сварки желательно кратковременно нагревать, чтобы удалить захваченный газ из зоны сварки основного металла. Кожица или поверхность с высоким содержанием кремния также должны быть удалены рядом с областью сварки как на лицевой, так и на корневой стороне. Края шва должны быть зачищены или отшлифованы, чтобы образовался угол или скос 60°. Там, где задействованы канавки, V-образная канавка от 60-9Следует использовать прилежащий угол 0°. V должен выступать примерно на 1/8 дюйма (3,2 мм) от дна трещины. На каждом конце трещины необходимо просверлить небольшое отверстие, чтобы предотвратить ее распространение. Всегда следует использовать сварные швы с полным проплавлением, так как трещина или дефект, не устраненные полностью, могут быстро появиться снова в условиях эксплуатации. (2) Предварительный нагрев желателен для сварки чугуна любым из сварочных процессов. Его можно уменьшить при использовании чрезвычайно пластичного присадочного металла. Предварительный нагрев уменьшит температурный градиент между сварным швом и остальной частью чугуна. Температуры предварительного нагрева должны быть связаны с процессом сварки, типом присадочного металла, массой и сложностью отливки. Предварительный нагрев можно осуществить любым из обычных способов. Факельный нагрев обычно используется для относительно небольших отливок весом 30,0 фунтов (13,6 кг) или меньше. Более крупные детали могут быть предварительно нагреты в печи, а в некоторых случаях вокруг детали строят временные печи, а не помещают деталь в печь. Таким образом, детали могут поддерживаться при высокой межпроходной температуре во временной печи во время сварки. Предварительный нагрев должен быть общим, так как он помогает улучшить пластичность материала и распределяет усадочные напряжения по большой площади, чтобы избежать критических напряжений в любой точке. Предварительный нагрев помогает смягчить область, прилегающую к сварному шву; способствует дегазации отливки, что, в свою очередь, снижает вероятность пористости наплавленного металла шва; и увеличивает скорость сварки. (3) Медленное охлаждение или последующий нагрев улучшают обрабатываемость зоны термического влияния в чугуне, прилегающей к сварному шву. Последующее охлаждение должно быть как можно более медленным. Это можно сделать, покрыв отливку изоляционными материалами, чтобы не допустить проникновения воздуха или ветра. ф. Техника сварки . (1) Электроды . (a) Чугун можно сваривать стальным электродом с покрытием, но этот метод следует использовать только в качестве крайней меры. При использовании стального электрода необходимо учитывать усадку стального металла шва, углерод, поглощаемый металлом шва из чугуна, и твердость металла шва, вызванную быстрым охлаждением. Сталь дает усадку больше, чем чугун, при переходе из расплавленного состояния в твердое. При использовании стального электрода эта неравномерная усадка вызывает напряжения в месте соединения после сварки. Когда на соединение наносится большое количество присадочного металла, чугун может треснуть сразу за линией сплавления, если не будут приняты превентивные меры. Чтобы преодолеть эти трудности, подготовленное соединение следует сваривать, наплавляя металл шва в виде коротких нитевидных валиков длиной от 0,75 до 1,0 дюйма (19 мм).от 0,0 до 25,4 мм). Они производятся с перерывами и, в некоторых случаях, с помощью процедуры возврата и пропуска. Во избежание жестких пятен дугу следует зажигать в V, а не на поверхности основного металла. Каждый короткий отрезок наплавленного металла, нанесенный на соединение, должен быть слегка отшлифован в горячем состоянии с помощью небольшого молотка со сферической головкой и остыть перед нанесением дополнительного металла сварного шва. Упрочняющее действие выковывает металл и снимает напряжения при охлаждении. (b) Используемые электроды должны иметь диаметр 1/8 дюйма (3,2 мм) для предотвращения перегрева при сварке. Сварку следует производить с обратной полярностью. Переплетение электрода должно быть сведено к минимуму. Каждое наплавленное металлическое наплавление должно быть тщательно очищено перед добавлением дополнительного металла. (c) Чугунные электроды должны использоваться там, где требуется последующая обработка сварного соединения. Электроды из нержавеющей стали используются, когда не требуется обработка сварного шва. Процедура сварки этими электродами такая же, как и при сварке электродами из мягкой стали. Электроды из нержавеющей стали обеспечивают превосходный сплав между присадочным и основным металлами. Необходимо проявлять большую осторожность, чтобы избежать растрескивания сварного шва, который сжимается примерно на 50 процентов больше, чем из-за того, что нержавеющая сталь расширяется, а мягкая сталь расширяется при одинаковых изменениях температуры. (2) Дуговая сварка . (a) Процесс дуговой сварки защитным металлом может использоваться для сварки чугуна. Можно использовать четыре типа присадочных металлов: электроды с чугунным покрытием; покрытые электроды из медного сплава; покрытые электроды из никелевого сплава; электроды с покрытием из мягкой стали. Существуют причины для использования каждого из различных конкретных типов электродов, которые включают в себя обрабатываемость наплавки, соответствие цвета наплавки, прочность наплавки и пластичность конечного шва. (b) При дуговой сварке чугунными электродами (ECI) необходимо предварительно нагреть до температуры от 250 до 800°F (от 121 до 425°C), в зависимости от размера и сложности отливки и необходимости механической обработки наплавленного металла и прилегающих области. Чем выше степень нагрева, тем легче будет обрабатываться наплавка. Как правило, лучше всего использовать электроды небольшого размера и относительно небольшую настройку тока. Должна использоваться средняя длина дуги и, по возможности, сварка должна выполняться в горизонтальном положении. Должна использоваться процедура сварки с переходом или пропуском, а наклеп поможет уменьшить напряжения и сведет к минимуму деформацию. Рекомендуется медленное охлаждение после сварки. Эти электроды обеспечивают превосходное соответствие цвета серого чугуна см. Прочность сварного шва будет равна прочности основного металла. Существует два типа электродов на основе меди: медно-оловянные и медно-алюминиевые. Медно-цинковые сплавы нельзя использовать для электродов для дуговой сварки из-за низкой температуры кипения цинка. Цинк улетучивается в дуге и вызывает пористость металла сварного шва. (c) При использовании электродов с медным основанием рекомендуется предварительный нагрев от 250 до 400°F (от 121 до 204°C). Следует использовать маленькие электроды и слабый ток. Дуга должна быть направлена ​​на наплавленный металл или ванну, чтобы избежать провара и смешения основного металла с металлом сварного шва. После сварки рекомендуется медленное охлаждение. Электроды с медной основой не обеспечивают хорошего цветового соответствия. (d) Существует три типа никелевых электродов, используемых для сварки чугуна. Эти электроды можно использовать без предварительного нагрева; однако рекомендуется нагрев до 100°F (38°C). Эти электроды можно использовать во всех положениях; однако рекомендуется горизонтальное положение. Между проходами следует удалять сварочный шлак. Никелевые и железоникелевые отложения чрезвычайно пластичны и не становятся хрупкими при поглощении углерода. Твердость зоны термического влияния может быть сведена к минимуму за счет уменьшения проникновения в основной металл чугуна. Упомянутая выше техника, генерирующая дугу на ванне, а не на основном металле, поможет свести к минимуму разжижение. Медленное охлаждение и, при необходимости, последующий нагрев улучшат обрабатываемость околошовной зоны. Электроды на основе никеля не обеспечивают близкого цветового соответствия. (e) Электроды медно-никелевого типа бывают двух марок. Любой из этих электродов можно использовать таким же образом, как никелевый или железоникелевый электрод, с примерно тем же методом и результатами. Отложения этих электродов не обеспечивают цветового соответствия. (f) Электроды из мягкой стали не рекомендуются для сварки чугуна, если наплавка должна подвергаться механической обработке. Осадок из мягкой стали наберет достаточно углерода, чтобы образовался высокоуглеродистый осадок, который невозможно подвергнуть механической обработке. Кроме того, отложения из мягкой стали будут иметь пониженный уровень пластичности в результате повышенного содержания углерода. Этот тип электрода следует использовать только для мелкого ремонта и не следует использовать, когда требуется механическая обработка. Для небольших ремонтных работ возможен минимальный предварительный подогрев. Маленькие электроды при низком токе рекомендуются, чтобы свести к минимуму растворение и избежать концентрации усадочных напряжений. Должны использоваться короткие сварные швы с использованием блуждающей последовательности, а сварной шов должен быть зачищен как можно быстрее после сварки. Наплавленный электрод из мягкой стали обеспечивает точное соответствие цвета. (3) Дуговая углеродная сварка чугуна . Чугунные отливки можно сваривать угольной дугой, чугунным стержнем и чугунным сварочным флюсом. Соединение следует предварительно нагреть, перемещая угольные электроды по поверхности. Это предотвращает слишком быстрое охлаждение после сварки. Лужа расплавленного металла может быть обработана угольным электродом, чтобы вывести любой образовавшийся шлак или оксиды на поверхность. Сварные швы, выполненные угольной дугой, остывают медленнее и не такие твердые, как сварка металлической дугой и чугунным электродом. Сварные швы поддаются механической обработке. (4) Газокислородная сварка . Газокислородный процесс часто используется для сварки чугуна. Можно использовать большинство топливных газов. Пламя должно быть от нейтрального до слегка уменьшающегося. Следует использовать флюс. Доступны два типа присадочных металлов: чугунные стержни и медно-цинковые стержни. Сварные швы, выполненные подходящим чугунным электродом, будут такими же прочными, как и основной металл. Все эти красные сварочные оттенки обеспечивают хорошее цветовое соответствие. Следует использовать оптимальную процедуру сварки в отношении подготовки шва, предварительного нагрева и последующего нагрева. Медно-цинковые стержни производят сварные швы. Существует две классификации: марганцевая бронза и малодымящая бронза. Осажденная бронза обладает относительно высокой пластичностью, но не обеспечивает совпадения цветов. (5) Пайка и сварка припоем . (a) Пайка используется для соединения чугуна с чугуном и сталью. В этих случаях конструкция соединения для пайки должна быть выбрана таким образом, чтобы капиллярное притяжение вызывало протекание присадочного металла между близко прилегающими деталями. Обычно используется факельный метод. Кроме того, в качестве источников тепла можно использовать угольную дугу, двойную углеродную дугу, газовую вольфрамовую дугу и плазменную дугу. Обычно используются два припоя; оба являются медно-цинковыми сплавами. Сварку пайкой также можно использовать для соединения чугуна. При сварке пайкой присадочный металл не втягивается в соединение за счет капиллярного притяжения. Это иногда называют бронзовой сваркой. Следует использовать материал наполнителя с температурой жидкости выше 850°F (454°C). Сварка пайкой не обеспечивает совпадения цветов. (b) Сварка твердым припоем также может выполняться дуговой сваркой в ​​среде защитного газа и дуговой сваркой в ​​среде защитного газа. Предварительный нагрев до высокой температуры обычно не требуется для сварки пайкой, если только деталь не является чрезвычайно тяжелой или сложной по геометрии. Бронзовый наплавленный металл обладает чрезвычайно высокой пластичностью, что компенсирует недостаточную пластичность чугуна. Тепла дуги достаточно, чтобы довести поверхность чугуна до температуры, при которой сплав присадочного металла на основе меди образует связь с чугуном. Поскольку перемешивание материалов незначительно или отсутствует, зона, прилегающая к сварному шву в основном металле, заметно не упрочняется. Сварной шов и прилегающие к нему участки можно обрабатывать после завершения сварки. Как правило, температура 200°F (93°C) для большинства применений достаточно предварительного нагрева. Скорость охлаждения не является чрезвычайно важной, и термообработка для снятия напряжения обычно не требуется. Этот тип сварки обычно используется для ремонтной сварки автомобильных деталей, деталей сельскохозяйственных орудий и даже блоков и головок автомобильных двигателей. Его можно использовать только в том случае, если отсутствие совпадения цветов не вызывает возражений. (6) Дуговая сварка металлическим газом . Процесс дуговой сварки металлическим газом можно использовать для сварки ковкого железа и углеродистой стали. Можно использовать несколько типов электродной проволоки, в том числе: (a) Мягкая сталь с использованием 75 % аргона + 25 % CO 2 для защиты. (b) Никель-медь с использованием 100% аргона для защиты. (c) Кремниевая бронза с использованием 50% аргона + 50% гелия для защиты. Во всех случаях при низком токе следует использовать электродную проволоку малого диаметра. С электродной проволокой из мягкой стали смесь защитного газа Argon-CO 2 подается для минимизации проникновения. В случае присадочного металла на основе никеля и припоя на основе меди осажденный присадочный металл чрезвычайно пластичен. Мягкая сталь обеспечивает точное соответствие цвета. Обычно требуется более высокий предварительный нагрев для снижения остаточных напряжений и склонности к растрескиванию. (7) Дуговая сварка порошковой проволокой . Этот процесс недавно был использован для сварки чугуна. Более успешным применением было использование порошковой проволоки на основе никеля. Эта электродная проволока обычно работает с защитным газом CO 2 , но когда более низкие механические свойства не вызывают возражений, она может работать без внешнего защитного газа. Можно использовать минимальные температуры предварительного нагрева. Этот метод должен свести к минимуму проникновение в основной металл чугуна. Последующий нагрев обычно не требуется. Цветовое соответствие не получено. (8) Шпилька . Трещины в крупных отливках иногда ремонтируют шиповкой (рис. 7-10). В этом процессе трещину удаляют шлифовкой V-образной канавки. Отверстия сверлятся и нарезаются под углом с каждой стороны паза, и в эти отверстия ввинчиваются шпильки на расстояние, равное диаметру шпилек, причем верхние концы выступают примерно на 1/4 дюйма (6,4 мм) над чугунная поверхность. Шпильки должны быть приварены одним или двумя валиками вокруг каждой шпильки, а затем соединены друг с другом металлическими валиками. Share This Post  :  Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт