МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Свариваемость углеродистых и углеродисто-марганцевых сталей

Основным требованием к сварным соединениям из углеродистых сталей является обеспечение их равно - прочности с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном соединении (трещины, непровары, подрезы, поры) Размеры и форма швов должны соответствовать требованиям стандартов, а соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние.

С этой точки зрения все низкоуглеродистые стали об­ладают хорошей (достаточной) свариваемостью. Суще­ствующие способы сварки плавлением обеспечивают выполнение установленных требований как за счет, обеспечения химического состава шва, так и за счет по­лучения необходимой его структуры без дополнитель­ных мероприятий, усложняющих технологию. В каче­стве электродных материалов используют электроды типов Э38...Э50 и проволоку марок Св—08, Св—08А, Св—10Г2 и т. д., а тепловые режимы разных способов сварки варьируют в широких пределах.

Химический состав шва из указанных сталей зависит также и от долей участия основного и электродного ме­таллов и от степени взаимодействия металла шва с га­зовой фазой. Некоторое снижение прочности шва (из - за выгорания углерода) компенсируется легирующими элементами из проволоки (электрода) и повышенной скоростью охлаждения. В последнем случае несколько снижается пластичность соединения.

Структура металла шва и околошовной зоны кроме химического состава зависит от тепловых режимов свар­ки, характера предыдущей термообработки основного металла и последующей термообработки сварного со­единения.

Режим сварки определяет основные параметры терми­ческого цикла, показанные на рис. 5.2 (оэн, Tmax, t' + t", «охп)> ОТ численных значений которых в конечном сче­те зависят структура и свойства сварного соединения.

Существует мнение, что у большинства конструкци­онных углеродистых и углеродисто-марганцовистых ста­лей структурные превращения, определяющие свойства соединений, протекают в течение времени пребывания металла в интервале температур 800...500 °С [9]. Поэто­му основной характеристикой термического цикла, формирующей структуру, является время пребывания ме­талла t8_5 в этом интервале температур. Значения време­ни t8_5 можно определить расчетом либо путем модели­рования термического цикла сварки. Знание величины tg 5 позволяет определять характер структуры, а следо­вательно, свойства шва или соединения.

Металл шва и зоны термического влияния в рассмат­риваемых сталях при всех способах дуговой сварки име­ет, как правило, ферритно-перлитную структуру, так как значения погонной энергии сварки и зависящего от нее значения t8_5 достаточно, чтобы обеспечить при охлаж­дении практически полный распад аустенита на феррит- но-карбидную смесь. При этом в зависимости от скоро­сти охлаждения структура может различаться степенью дисперсности, характером строения, количественным соотношением фаз.

Кристаллизационные трешины в швах возможны лишь при использовании кипящих сталей или при не­благоприятной форме шва (угловые швы, корневые швы, швы со сквозным проплавлением и малой шири­ной, когда yj/щ < 0,8...1,2). Однако при содержании угле­рода на верхнем пределе для данной группы сталей (С = 0,25%) образование горячих трешин вполне вероятно даже при соблюдении всех технологических приемов сварки.

Холодные трещины в низкоуглеродистых сталях, как правило, появляются лишь в толстостенных сварных со­единениях

Металл многослойных швов имеет, как правило, бо­лее благоприятную структуру (более мелкую) за счет тер - моциклирования металла предыдущих швов.

При сварке низколегированных (углеродисто-марганце­вых) сталей исходные свойства металла шва и зоны тер­мического влияния изменяются более значительно по сравнению с низкоуглеродистыми сталями. Это проис­ходит из-за появления закалочных структур на участках перегрева и нормализации, особенно при повышенных количествах легирующих Mn, Cr, Ni в сталях, так как эти элементы существенно снижают критические скорости охлаждения. Степень разупрочнения сварного соедине­ния в зоне рекристаллизации также более значительна по сравнению с углеродистыми сталями: чем выше была исходная прочность, тем резче проявляется эффект раз­упрочнения.

Все это не позволяет получить равнопрочные соедине­ния и требует дополнительных мер для обеспечения тре­буемого уровня свойств Например, повышение погон­ной энергии (снижение скорости сварки) сопровожда­ется расширением разупрочненной зоны и появлением холодных трещин у линии сплавления из-за повышен­ного роста зерна. Кроме того, на участках, нагревающих­ся до Т = 250...300 °С, проявляется эффект деформаци­онного старения, охрупчивающии соединение.

Выравнивание и улучшение свойств сварных соеди­нений из низколегированных сталей эффективно дос­тигается послесварочной термообработкой — нормали­зацией. Для избежания появления холодных трещин в сварных соединениях часто используют подогрев, тем­пература которого зависит от химического состава ста­ли, толщины соединения, жесткости конструкции и т д. Температуру подогрева можно определять расчетом, исходя из значения углеродного эквивалента СЭМ1 для основного металла или металла шва. Чтобы практичес­ки оценить свариваемость (склонность металла к трещи­нам), необходимо использовать технологические пробы или пробы специального назначения.

Для сварных конструкций, эксплуатирующихся пре­имущественно в условиях динамического нагружения или под воздействием низких или повышенных темпе­ратур, часто используются углеродисто-марганцевые низколегированные стали, содержание углерода в кото­рых увеличено по сравнению с рассмотренными выше (С = 0,25...0,5%), а содержание легирующих элементов достигает 3..,4%. Такие стали и сварные соединения из них при соответствующей термообработке характеризу­ются высокой прочностью (ов= 600...1500 МПа) и об­ладают комплексом требуемых специальных свойств. Отличительной особенностью их свариваемости являет­ся повышенная склонность к закалке, в связи с чем они весьма чувствительны к термическому циклу сварки во

всем диапазоне погонных энергий (режимов сварки), обеспечивающих удовлетворительное формирование шва. Структура околошовной зоны этих сталей облада­ет низкими пластическими свойствами и склонна к ох­рупчиванию. Основным параметром термического цик­ла, контролирующим этот процесс, является скорость охлаждения юохл, которая, как правило, превышает зна­чения критической (допустимой) скорости сокр. Для сни­жения ее величины необходим предварительный и со­путствующий подогрев, что усложняет технологию сварки и делает эти стали удовлетворительно или огра­ниченно свариваемыми. Это требует того, что при опре­делении свариваемости материала для сварной конструк­ции заданного назначения требуется более тщательно производить выбор способов, режимов сварки, свароч­ных материалов и на основе сравнительных испытаний технологических проб на холодные трещины выбирать оптимальный вариант технологии.