МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ
Характеристика свариваемости
Свариваемость конструкционных среднеуглеродистых и среднелегированных сталей можно определить как их способность переносить тепловой режим сварки без образования в соединении участков металла с пониженными пластически ми свойствами, способствующими возникновению трещин или разрушению сварных соединений при эксплуатации. В рассматриваемых сталях такие малопластичные и хрупкие участки образуются в зонах, где металл перегревается при сварке выше температур Аг3, а при последующем охлаждении (см. рис. 4.3, II) в его структуре фиксируется наряду с мартенситом остаточный аустенит (в зависимости от степени легирования).
Таким образом, основным критерием свариваемости является склонность этих сталей к холодным трещинам. Наиболее часто они образуются в швах и околошовных зонах перлитных и мартенситных сталей, свариваемых
105
электродными материалами, близкими по составу с основным металлом. Трещины могут возникать как в интервале температур образования мартенсита (250 ’С и ниже), так и спустя некоторое время (через 24...48 ч) после полного остывания сварного соединения. При этом чем выше уровень остаточных напряжений, тем вероятнее образование холодных трещин. Указанные выше легирующие элементы в этих сталях способствуют понижению температуры начала мартенситного превращения Мн и, следовательно, появлению хрупких закалочных структур. О чувствительности этих сталей к закалке судят по величине эквивалентного углерода:
СЛ =сф%+^%+^%Л^%н Л' %+£4+%. (9.1)
При значении С, кв> 0,45% сварное соединение считается склонным к холодным трещинам. Однако такая оценка в известной мерс является ориентировочной, а определяющая роль принадлежит фактическому содержанию углерода. Процесс трещинообразования усиливается наличием остаточного аустенита, рдспад которого при нормальных температурах происходит в течение определенного времени, приводя к дополнительному образованию неотпущенного мартенсита и дополнительному росту величины внутренних напряжений. Этот процесс усугубляется при повышенном уровне содержа- ния водорода в металле, создающем в дефектах структуры локальные и высокие давления. Это вызывает появление замедленных трещин, часто образующихся после проведенного контроля качества, а, значит, наиболее опасных.
Дополнительным и весьма существенным фактором, повышающим склонность сварных соединений из легированных сталей к холодным трещинам и охрупчиванию, является наличие различного рода концентраторов напряжений (подрезов, локальных нспроваров, загрязнений металла шлаковыми включениями и т. д.). Устранение концентраторов напряжений и обеспечение достаточной аустенитности шва за счет его легирования существенно повышает стойкость соединения к холодным трещинам (даже при повышенном содержании мартенсита). Образование холодных трещин в этих сталях можно также уменьшить:
• выбором способа и технологии (режимов) сварки, способствующих устранению грубодендритной структуры шва и минимальному перегреву зоны термического влияния;
• применением подогрева, уменьшающего вероятность образования закалочных структур;
• снижением содержания водорода в сварном соединении;
• термообработкой (отпуском) сразу после сварки.
Использование соответствующих электродных материалов (табл. 9.1), многослойной сварки, колебательных движений электрода, импульсного режима сварочного тока и оптимальных режимов при непрерывном токе обеспечивает получение равноосной мелкозернистой структуры шва и предупреждает чрезмерное развитие зоны перегрева основного металла. Наилучшие результаты получаются при сварке под флюсом и ручной дуговой сварке, наихудшие — при аргонодуговой сварке.
Снижение содержания водорода в металле шва достигается использованием низководородистых прокаленных электродов (основного типа), флюсов, осушкой газов перед сваркой, тщательной зачисткой поверхностей свариваемых кромок.
Отпуск после сварки, снижая остаточные напряжения и улучшая структуру (повышая ее пластичность),
Сварочные материалы и термообработка соединений из среднеуглеродистых и сречнелегированных сталей
Марка свариваемой стали |
Типы (марки) свариьаемьи материалов |
Термообработка |
||||
Ручная дуговая сварка |
Сварка под флюсом |
Сварка в инертных газах (Аг, Не) |
В процессе сварки |
После сварки |
||
Тип |
Марка |
Марка проволоки |
Марка проволоки |
|||
Сталь 45,35Г |
Э70 |
Л КЗ-70 |
Подоірев 300...350 °С |
Отпуск непосредственно после сварки |
||
Э-08Х21НЮГ6 |
УОНИ-13/НЖ-2 |
Св-08Х21Н:0Г6 |
200..300 °С |
Без термообработки |
||
Э-30Х25Н16Г7 |
ОЗЛ-9А |
200.. .300 'С |
Без термообработки |
|||
30ХГ2С |
УОНИ-13/85У |
Св-08А |
Без термообработки |
|||
ЗОХГСНА |
НИАТ-ЗМ |
Се 18ХМА |
Св-18ХМА |
Подогрев 150 200 °С |
Закалка-^отпуск |
|
ЗОХГСА |
Э-85, Э-100 |
УОНИ-13/85 |
Св-01ХМА |
Св-04ХМА |
Подогрев 150. .200 °С |
За кал ка-готпуск |
о оо |
Материалы и их поведение при сварке |
Окончание табл 9.1
Марка свариваемой стали |
Типы (марки) свариваемых материалов |
Термообработка |
||||
Ручная дуговая сварка |
Сварка под флюсом |
Сварка в инертных газах (Аг, Не) |
В процессе сварки |
После сварки |
||
Тип |
Марка |
Марка проволоки |
Марка проволоки |
|||
ЗОХГСНА |
Э-10Х20Н9ГС |
СВ-08Х2ІНІ0Г6 |
Без подогрева |
Без гермообработки |
||
12Х2НВФА |
Э-85 |
НИАТ-ЗМ |
Св-18ХМА |
Св-18ХМА |
Без подогрева |
Без термообработки |
42Х2ГСНМА |
Э-85 |
УОНИ-13/85 |
Св-20ХСНВФА |
Подогрев 200...300 °С |
За кал ка + отпуск |
также устраняет образование замедленных холодных трещин. Для большинства марок сталей отпуск производится сразу после сварки. Чем более легирована сталь, тем меньше должен быть перерыв во времени между окончанием сварки и термообработкой. Если проведение такого отпуска затруднено или невозможно (например, из-за габаритов изделия), то производится общий или локальный низкий отпуск (250...300 °С), часто называемый «отдыхом».
Появлению горячих трещин при сварке среднеуглеродистых и среднелегированных сталей способствуют повышенное содержание примесей S и Р, чрезмерно низкие значения погонной энергии сварки (большая скорость сварки), неблагоприятная форма шва (узкие швы), а также наличие концентраторов напряжений в виде непроваров, несплавлений и т. п. Эти обстоятельства необходимо учитывать при выборе основных и сварочных материалов и разработке технологии сварки.