Свариваемость это: Свариваемость – это… Что такое Свариваемость?

alexxlab | 29.08.1980 | 0 | Разное

Свариваемость стали при газовой сварке

Свариваемость

способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу.

При определении понятия свариваемости различают металлургическую и технологическую свариваемость.

Металлургическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых деталей, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. На границе соприкосновения соединяемых деталей происходят физико-химические процессы, протекание которых определяется свойствами соединяемых металлов. Однородные металлы (одного химического состава) обладают одинаковой металлургической свариваемостью. Сварка разнородных металлов может не произойти, так как свойства таких металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают металлургической свариваемостью.

Под технологической свариваемостью понимается возможность получения сварного соединения, определяемого видом сварки. При различных видах сварки происходит окисление компонентов сплавов. В стали, например, выгорает углерод, кремний, марганец, окисляется железо. В связи с этим в определение технологической свариваемости входит определение химического состава, структуры и свойств металла шва в зависимости от вида сварки, оценка структуры и механических свойств околошовной зоны, склонности стали к образованию трещин, оценка получаемого при сварке сварного соединения. Технологическая свариваемость устанавливает оптимальные режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ, обеспечивающие получение требуемого сварного соединения.

На свариваемость оказывают влияние углерод и легирующие элементы, входящие в состав стали. О свариваемости стали известного химического состава судят по эквивалентному содержанию углерода.

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы:

• 1-я – хорошо сваривающиеся;
• 2-я – удовлетворительно;
• 3-я-ограниченно;
• 4-я – плохо сваривающиеся.

К 1-й группе относятся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали при обычных видах сварки не дают трещин. Эти стали сваривают без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества.

К 2-й группе относятся стали, у которых Сэкв находится в пределах 0,2-0,35%. Для получения сварных соединений с хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100-150°С с последующей термообработкой.

К 3-й группе относятся стали, у которых Сэкв в пределах 0,35-0,45%. К этой группе относятся стали, которые в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин. Эти стали сваривают с предварительным подогревом до 250- 400°С с последующим отпуском.

К 4-й группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%. Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин.

Горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла шва, это микро- и макроскопические трещины, проходящие, как правило, по границам кристаллов, а потому вызывающие межкристаллическое разрушение. Причинами образования горячих трещин являются неправильное жесткое закрепление свариваемых деталей и повышенное содержание в металле шва S, С, Si и Ni. Для уменьшения опасности образования горячих трещин необходимо применять сварочные материалы с повышенным содержанием Mn и минимальным количеством S и С, вводить в металл шва модифицирующие элементы (Ti, Аl, Сu), сваривать с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

Для определения стойкости металла шва против образования горячих трещин проводится технологическая проба на свариваемость. Образец для испытания представляет собой пластину размерами 200×400 мм, имеющую четыре отверстия диаметром d с треугольным надрезом глубиной 2,5 мм на всю толщину пластины. Пластину двумя поперечными швами приваривают к швеллеру № 20. На пластину наплавляют продольный валик. Готовый образец замораживают углекислотой, после чего подвергают удару пятикилограммовым копром.

Холодные трещины образуются при температурах ниже 300°С в результате возникновения в сварных соединениях значительных внутренних напряжений. Холодные трещины проявляются после окончания сварки.

В закаливающихся сталях образование холодных трещин вызывается влиянием водорода, поступающего из металла в околошовную зону. Для предупреждения образования холодных трещин рекомендуется применять сварочные материалы с минимальным содержанием фосфора, сваривать на оптимальных режимах, шов после сварки проковать.

Для определения стойкости металла против образования холодных трещин используется технологическая проба на свариваемость. Для этого в середине пластины из испытуемой стали делают выточки диаметром 80 мм так, чтобы металл в месте выточки имел толщину 2, 4 и 6 мм. На пластину в центре выточки наплавляют валик, в процессе наплавки нижнюю поверхность пластины охлаждают проточной водой или воздухом.

Высококвалифицированные сварщики применяют пламя большой мощности, наконечник выбирают из расчета расхода ацетилена 150-200 дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, используя при этом присадочную проволоку большего диаметра; пламя горелки должно быть нормальным. Производительность сварки при этом повышается. Для неответственных конструкций в качестве присадки применяют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А. При сварке этими проволоками часть компонентов, таких, как С, Si и Мn, выгорают, а металл шва приобретает крупнозернистую структуру. Предел прочности такого соединения ниже предела прочности основного металла.

Для получения равнопрочного с основным металлом соединения при сварке ответственных конструкций необходимо применять кремнемарганцовистую сварочную проволоку Св-08Г, Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-14ГС. Во время сварки необходимо следить за тем, чтобы кромки свариваемого металла и конец присадочной проволоки расплавлялись одновременно. Конец присадочной проволоки должен быть погружен в ванночку расплавленного металла. Нельзя допускать, чтобы капли расплавленного металла попадали на нерасплавленные кромки основного металла, так как это приводит к непровару, что снижает механические характеристики соединения.

Свойства металлов | Сварочные работы

Свойства металлов делятся на механические, физические, химические и технологические.

К механическим свойствам относятся прочность, пластичность, ударная вязкость и твердость.

Пластичность — это способность металла изменять форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Для определения пластичности образцы подвергают растяжению или испытанию на загиб. Степень пластичности характеризуется относительным удлинением или углом загиба. Чем выше относительное удлинение или угол загиба, тем выше пластичность.

Прочность — способность металла выдерживать определенную нагрузку при испытании на разрыв до разрушения.

Пластичность и прочность определяются путем испытания специально подготовленных образцов на разрывной машине.

При испытании образцов на растяжение можно определить предел пропорциональности и предел текучести.

Под ударной вязкостью следует понимать способность металла противостоять динамическим нагрузкам. Ударная вязкость определяется при испытании образцов на ударный изгиб (см. ниже). Это один из основных показателей наплавленного металла и сварного соединения.

Пределом пропорциональности называется наибольшее напряжение, при котором образец удлиняется пропорционально прилагаемому усилию. При дальнейшем испытании наступает такой момент, при котором нагрузка не увеличивается, а образец продолжает удлиняться. Отношение такой нагрузки к поперечному сечению образца определяет предел текучести. Диаграмма растяжения приведена на рис. 11.

Рис. 11. Диаграмма растяжения стали
I — малоуглеродистая сталь; II — сталь повышенной прочности; 0—1 — зона упругих деформаций; 2—3 — зона пластического состояния; 3—4 — зона самоупрочнения; 3 — предел текучести; 4 — предел сопротивления; 5 — точка разрыва образца

Напряжение, при котором наступает разрыв образца, называется пределом прочности или временным сопротивлением материала.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него других твердых тел. Твердость определяется по глубине вдавливания стального шарика или алмазной пирамиды в испытываемый материал.

К технологическим свойствам металла относятся ковкость, жидкотекучесть, обрабатываемость резанием и свариваемость.

Ковкость — это способность металла принимать новую форму под действием внешних сил.

Жидкотекучесть — способность металла заполнять литейные формы.

Обрабатываемость резанием — свойство металла поддаваться механической обработке режущим инструментом.

Свариваемость — это комплексная технологическая характеристика, отражающая реакцию металла на тепловые и металлургические воздействия процесса сварки и определяющая относительную пригодность стали для получения сварного соединения с заданными свойствами при использовании технологически отработанных на данное время способов сварки и сварочных материалов.

Главными показателями свариваемости являются возможность и условия получения эксплуатационно надежных сварных соединений (избежание холодных и горячих трещин, получение заданных механических свойств или определенного химического состава металла шва, физических свойств сварного соединения).

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

Чем меньше ограничивающих условий нужно выполнять для получения сварных соединений заданных свойств, тем выше группа свариваемости.

По характеристике свариваемости стали условно подразделяют на 4 группы.

Например, четвертая группа свариваемости означает, что сталь сваривается плохо, швы склонны к образованию трещин и при сварке необходим подогрев, обязательна последующая термообработка. Обычно стали четвертой группы (45Х, 50Х, Г13, 35ХГ2 и др.) для изготовления сварных строительных конструкций не применяют.

Стали третьей группы (40, 50, 35Х, ЗОХМА, Х25НВ и др.) относятся к ограниченно свариваемым. Для получения высококачественного сварного соединения необходима предварительная и последующая термообработка, иногда требуются проковка шва, подогрев.

Стали второй группы (30, 35, Стб, 15ХСНД и др.) удовлетворительно свариваются. Однако для получения высококачественных сварных соединений необходимо строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, нормальные температурные условия, в некоторых случаях — подогрев, термообработка.

Стали первой группы свариваются хорошо без применения особых приемов. Это стали Ст3, Ст3кп, 0,8, 10ХСНД, 09Г2, Х18Н10Т и др.

Свариваемость сталей между собой таблица

Перечень самых ходовых марок сталей в СНГ: рядовые марки стали, низколегироанные, конструкционные и легированные стали.

Представляем перечень самых распространенных марок стали, включая марки углеродистых сталей обыкновенного качества, углеродистых качественных конструкционных сталей, конструкционных легированных хромистых сталей, высоколегированных сталей и коррозионностойких жаростойких и жаропрочных сплавов, на предмет их свариваемости, области применения и возможных заменителей.

Свариваемость – это реакция свариваемых металлов и сплавов на процесс сварки. Она определяет технологическую сторону процесса и эксплуатационную пригодность изделия.

Расплавление и кристаллизация металла в условиях сварки представляют собой сложный металлургический процесс, протекающий при неравномерном нагреве, перегреве и охлаждении металла в местах соединения заготовок. Процесс сопровождается структурными превращениями и перекристаллизацией металла. Это во многом определяет качество и надежность сварного соединения, т.е. совокупность приобретаемых свойств шва, которые обусловливают пригодность соединений и возможность использования сварной конструкции в технике.

На свариваемость стали большое влияние оказывает ее химический состав.

Углерод – это важный элемент химического состава стали, определяющий ее свариваемость, прочность, вязкость, закаливаемость. Хорошо свариваются стали, содержащие не более 0,25% углерода. При более высоком его содержании, свариваемость стали, резко ухудшается, так как в нагретой околошовной зоне – термического влияния, образуются структуры закалки, приводящие к возникновению горячих и холодных трещин.

Сера – вредная примесь, образующая легкоплавкие соединения с железом, которые располагаются по границам зерен, ослабляя связь между ними с возникновением трещин в горячем состоянии. Это явление вызывается красноломкостью металла. Поэтому во избежание трещин в сварном шве содержание серы в свариваемых сталях должно быть менее 0,045%.

Фосфор – тоже вредная примесь. В сталях он вызывает появление хрупких структур, особенно при отрицательных температурах. Этот процесс называется хладноломкостью. Содержание фосфора в свариваемых сталях и сварных швах должно быть менее 0, 04%.

Марганец – это элемент химического состава стали, несколько повышающий прочность и упругость стали. При его содержании в сталях в пределах 0,3…0,8% процесс сварки не затрудняется. При содержании же марганца более 1,8% возникает опасность появления хрупкости и трещин, в связи с закаливаемостью такой стали.

Кремний несколько повышает прочность, упругость и твердость стали. При его содержании до 0,2…0,3%, свариваемость не ухудшается. При содержании более 0,8% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Хром повышает прочность, упругость и твердость стали, но при сварке образует карбиды хрома, ухудшающие коррозионную стойкость шва и прилегающую к нему околошовную зону. Он резко повышает твердость металла в этой зоне термического влияния и увеличивает вероятность возникновения трещин, способствует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки. В подлежащих сварке безникелевых сталях содержание хрома не должно превышать 0,3%.

Молибден способствует измельчению кристаллов (зерен стали), повышает прочность стали. Особенно это важно при ударных нагрузках и высоких температурах, но молибден вызывает появление трещин в наплавленном металле и в зоне термического влияния. В процессе сварки молибден активно окисляется и выгорает. В ответственных сварных конструкциях содержание молибдена не должно превышать 1%.

Ванадий способствует закаливаемости стали, чем, затрудняет сварку; он активно окисляется и выгорает. В ответственных сварных конструкциях содержание ванадия не должно превышать 1%.

Вольфрам увеличивает твердость стали и ее износостойкость при высоких температурах (красностойкость), но затрудняет процесс сварки ввиду сильного окисления. В состав стали, подлежащей сварке, вольфрам не вводится.

Кислород активно окисляет расплавленное железо, образуя хрупкие структуры, он окисляет и легирующие элементы. Расплавленный металл сварного шва необходимо защищать от взаимодействия с кислородом воздуха. Это является одной из функций электродного покрытия, которое при сгорании выделяет защитный (углекислый) газ. Для защиты от окисления сварку ответственных конструкций из нержавеющих сталей и цветных металлов осуществляют в таких защитных газах, как аргон, гелий.

Водород. При сварке атомы водорода легко растворяются в расплавленном металле, а при затвердевании металла вновь соединяются в молекулы, которые собираются в разных местах шва, образуя газовые пузырьки. Водород вызывает в металле шва пористость и мелкие трещины, он повышает хрупкость стали, снижая ее прочность и вязкость. Водород, как и кислород, который может соединиться с расплавленным металлом шва, находится в окружающем воздухе, влаге, оставшейся в непросушенном электродном покрытии, во флюсах и на поверхности свариваемого металла в виде воды, снега, инея. Водород также содержится и в ржавчине, которая может быть на сварочной проволоке или кромках заготовок. Защита расплавленного металла шва от водорода осуществляется одновременно с защитой от кислорода.

Наименее насыщается металл водородом при сварке постоянным током обратной полярности, большее насыщение – при сварке переменным током.

Никель, содержащийся в легированных сталях, значительно улучшает их свариваемость: он измельчает зерно, придает шву пластичность и прочность. При сварке никелесодержащих сталей требуется надежная защита их от воздействия кислорода воздуха. Никель дорог. Применение никелевых сталей должно быть технико-экономически обосновано.

Содержание никеля в сталях в количестве 2-3% значительно улучшает ее свариваемость. В сталях для ответственных конструкций, предназначенных для восприятия больших нагрузок, рекомендуется содержание никеля до 8-10%.

Титан, содержащийся в легированных сталях, измельчает зерно, повышает пластичность шва и качество соединения. Нержавеющие стали для ответственных сварных конструкций должны содержать в своем составе помимо никеля, еще 4 -5% титана.

На свариваемость стали также, влияют режимы и способы сварки.

Чтобы правильно выбрать способ и режимы сварки, исключающие возникновение дефектов, необходимо знать технологическую свариваемость металла. Это его реакция на тепловые воздействия в околошовной зоне без расплавления, а также металлургические процессы плавления и последующей кристаллизации металла. По известному химическому составу стали можно прогнозировать, какова ее технологическая свариваемость. Но точность таких прогнозов не всегда надежна и, полагаться на них, можно при сварке небольшого количества малоответственных изделий. В случае изготовления значительного числа ответственных сварных конструкций, необходимо экспериментально определять технологическую свариваемость той партии металла, из которой будут изготовлены изделия. Способы определения технологической свариваемости можно разделить на две группы.

Первая – когда прямым способом устанавливают свариваемость путем сварки одного или нескольких образцов изделия. При этом узнают о склонности металла к закалке или отсутствии таковой, о прочности и пластичности металла, об изменении микроструктуры. Полученные результаты отличаются высокой достоверностью;

Вторая – группа способов определения свариваемости проще и основана на имитации сварочных процессов. При этом косвенным способом, например, термообработкой при температурах, близких к сварочному процессу, определяют изменения в металле. Полнота и достоверность такой информации значительно ниже.

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы, характеризующиеся способностью металлов образовывать при сварке соединения с заданными свойствами – прочные, герметичные, без хрупкости.

Первая группа – хорошо свариваемые стали, образующие сварные соединения высокого качества без применения особых приемов и подогрева до и после сварки. Это – низкоуглеродистые, низко- и среднелегированные стали. Например, от БСт1 до БСт4; от ВСт1 до ВСт4; от стали 08 до стали 25; стали 15Х; 20ХГА, 12ХН4А; 10ХСНД; 20Х23Н18Т; 12Х18Н9Т и другие требуемого химического состава.

Вторая группа – стали удовлетворительно свариваемые, которые для получения сварных соединений высокого качества требуют строгого соблюдения режимов сварки, применения специального присадочного материала, особо тщательной очистки свариваемых кромок, а в некоторых случаях – предварительного и сопутствующего подогрева до 150 0 С, последующий отжиг. Например, это стали БСт5сп; БСт5Гсп; сталь 30; сталь 35; сталь 20ХНЗА; сталь 12ХА и др.

Третья группа – стали с ограниченной свариваемостью в обычных условиях и склонные к образованию трещин. Содержат углерод от 0,35% до 0,5%, это могут быть и высоколегированные стали. Во избежание образования трещин их перед сваркой подвергают подогреву до 200…400 0 С с последующим отжигом. Например, БСт5пс; стали 40, 45, 50, 35ХН.

Четвертая группа – стали плохо свариваемые, практически не подлежащие сварке ввиду большого содержания углерода и легирующих элементов, приводящих к образованию трещин. Например, это стали 60Г, 70Г, 50ХН, 80С, У7, У10, У13, 9ХС, ХВГ, 3Х2ВФ. Качество сварных соединений таких сталей низкое, несмотря на предварительную сопутствующую и последующую термообработку.

К неудовлетворительно свариваемым сталям относятся и холодноупрочненные стали; арматура, упрочненная вытяжкой, сварка которой приводит к разупрочнению и повышению хрупкости.

Необходимо отметить, что свариваемость арматурной стали отличается от показателей свариваемости листа, фасонного проката для металлоконструкций. Например, арматурные стержни из Ст5 свариваются лучше, чем листовая сталь той же марки.

СВАРИВАЕМОСТЬ – способность металлов образовывать качественное сварное соединение, удовлетворяющее эксплуатационным требованиям

ЭКВИВАЛЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕРОДА (Сэк) – количественная характеристика свариваемости. Она определяется по формуле:

где С – содержание углерода, %;

Mn, Cr. – содержание легирующих элементов, %

ГРУППА СВАРИВАЕМОСТИ

Сэк, %

МАРКИ СТАЛЕЙ

Углеродистые

Легированные

Высоколегированные

ВСт1; ВСт2; ВСт3; ВСт4; Стали 08; 10; 15; 20; 25

15Г; 20Г; 15Х; 15ХА; 20Х; 15ХМ; 20ХГСА; 10ХСНД; 10ХГСНД; 15ХСНД

08Х20Н14С2; 20Х23Н18; 08X18Н10; 12X18Н9Т; 15X5

Свыше 0,25 до 0,35 вкл

ВСт5; Стали 30; 35

12ХН2; 12ХНЗА; 20ХНЗА; 20ХН; 20ХГСА; 30Х; 30ХМ; 25ХГСА

30X13; 12X17; 25X13Н2

Свыше 0,35 до 0,45 вкл

ВСт6; Стали 40; 45

35Г; 40Г; 45Г; 40Г2; 35Х; 40Х; 45Х; 40ХМФА; 40ХН; 30ХГС; 30ХГСА; 35ХМ; 20Х2Н4МА

17X18Н9; 12Х18Н9; 36X18Н25С2; 40Х9С2

Стали 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85

50Г; 50Г2; 50Х; 50ХН; 45ХНЗМФА; ХГС; 6ХС; 7X3

40X10С2М; 40X13; 95X18; 40X14Н14В2М; 40X10С2М

ГРУППА СВАРИВАЕМОСТИ

УСЛОВИЯ СВАРКИ

Без ограничений, в широком диапазоне режимов сварки независимо от толщины металла, жесткости конструкций, температуры окружающей среды

Сварка только при температуре окружающей среды не ниже – 5 °С, толщине металла менее 20 мм при отсутствии ветра

Сварка с предварительным или сопутствующим подогревом до 250 °С в жестком диапазоне режимов сварки

Сварка с предварительным и сопутствующим подогревом, термообработкой после сварки

Сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа, орбитальная сварка, автоматическая сварка, сварка труб

Ваш надежный партнер в области орбитальной и автоматизированной сварки и наплавки вольфрамовым электродом в среде защитного газа… Компания Polysoude известна своим опытом работы в области орбитальной сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа, широким ассортиментом продукции, в который входит высокоэффективное оборудование для механизированной, автоматизированной, роботизированной и автоматической сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа, а также решения для наплавки.

Автоматизированная сварка

Процессы сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа с холодной и горячей проволокой, а также плазменной сварки остаются основной темой нашей работы в отношении орбитальных сварочных аппаратов, а также автоматизированных и роботизированных сварочных решений.
Автоматизация – основа нашего бизнеса и результат нашего мастерства в указанных выше сварочных процессах.
Более 25 экспертов по сварке по всему миру уделяют особое внимание исключительно трудным областям применения сварки.
За более чем 50 лет опыта в области оборудования для орбитальной сварки труб разного диаметра компания Polysoude вышла сектора аэрокосмической, нефтегазовой, пищевой, химической, фармацевтической промышленности, а также в области полупроводников, теплообменников, генерации энергии и многих других.

Читать далее

Наплавка

Основными преимуществами сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа с холодной и горячей проволокой по сравнению с другими процессами является возможность работы в любых положениях, отличное качество поверхности, четкий результат без брызг… нулевые дефект.
Технологи TIG^er – инновация компании Polysoude, основанная на процессе сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа и разработанная, чтобы гарантировать качество, значительно повысить количество наплавляемого материала и уменьшить разбавление.
Все указанные выше процессы могут использоваться на установках RIG для вертикальной и горизонтальной наплавки.
Наши решения в области наплавки применяются, главным образом, в нефтегазовом секторе, а также в области генерации энергии.
Наши 25 специалистов по наплавке к вашим услугам в любой стране мира. Они будут сопровождать ваши проекты.

Читать далее

Классификация свариваемостей сталей и сплавов металлов

Говоря о свариваемости сталей, под этой характеристикой понимают способность материала в процессе сварки давать качественный сварной шов высокой прочности, не имеющий пор, каверн, трещин, посторонних включений и других дефектов. Существует специальный марочник сталей и сплавов. Собранные в этом справочнике материалы соответствуют действующим стандартам и имеют определённую маркировку. По этой маркировке можно точно определить их сорт и химический состав, узнать количественное содержание различных примесей.

Содержание страницы

Прямая зависимость

В процессе сварки в зоне наложения соединительного шва происходит нагрев металла выше критической температуре. В результате образуется аустенит – так называют высокотемпературную гранецентрированную модификацию железа и его сплавов. Остывая, аустенит превращается в новую структуру, параметры которой зависят от скорости охлаждения и происходящих в материале термокинетических изменений. Непосредственное влияние на эти изменения оказывает химический состав стали. Это означает, что для правильного выбора технологии и создания качественного сварного соединения необходимо заранее знать характеристики свариваемости. Ведь при использовании сталей марки 15Г или 20Н2М приходится использовать другие технологии, чем при работе со сталями марки 35 или 45.

Польза и вред

Входящие в состав стали вещества можно условно разделить на две основные группы.

• Полезные, улучшающие её конструктивные качества или усиливающие определённые свойства. На самом деле, их полезность достаточно условна, поскольку во многом зависит от процентного содержания.
• Вредные, снижающие прочностные характеристики материала и серьёзно усложняющие процесс его обработки. Их присутствие даже в незначительном количестве приводит только к ухудшению характеристик стали.

Наличие тех или иных веществ обуславливается как химическим составом, использованным в процессе плавки руды, так и применением легирующих добавок, сознательно добавляемых при изготовлении материала.

Влияние, оказываемое различными веществами на свариваемость стали

Действующими стандартами нормируется содержание следующих химических элементов:

• Углерода (C). Расположенное в периодической таблице химических элементов под номером 6, это вещество оказывает значимое влияние на такие характеристики стали, как вязкость, прочность и закаливаемость. Со сваркой не будет проблем, если содержание углерода не превышает 0,25%. В противном случае в зоне сварного соединения резко усиливаются термические влияния, приводящие к образованию различных дефектов, вроде горячих и холодных трещин, каверн и т. п.
• Серы (S). Шестнадцатый элемент периодической таблицы считается однозначно вредным. Она охотно образует с железом легкоплавкие соединения, располагающиеся по границам зёрен основного металла. Это приводит к ослаблению связи между ними. В горячем состоянии в материале образуются трещины. Подобное явление принято называть красноломкостью металла. Избежать его удаётся, если содержание серы ниже 0,045%.
• Фосфор (P). Расположенный в таблице под номером 15, этот элемент, как и его соседка, сера, вреден для стали. Он ответственен за образование внутри материала хрупких структур. Это качество принято называть хладноломкостью, поскольку особенно сильно оно даёт знать о себе при низких температурах.
• Марганец (Mn), №25. В определённых пределах повышает упругость и прочность стали. Находясь в пределах 0,3 – 0,8% от общего количественного состава, не оказывает влияния на процесс сварки. Но если его содержание превысит 1,8%, то материал начнёт закаливаться, и избежать образования трещин и излишней хрупкости шва не удастся.
• Кремний (Si), №14. Так же, как и марганец, несколько увеличивает характеристики упругости и прочности. Если его общее количество остаётся в пределах 0,2 – 0,3%, проблем не возникает. Но результатом значительного, свыше 0,8%, станет образование его тугоплавких сплавов, повысится жидкотекучесть стали. Это приведёт к проблемам при наложении сварных швов.
• Хром (Cr), №24. Он придаёт стали не только высокую коррозионную стойкость, но также делает её прочной, упругой и твёрдой. Тем не менее, его содержание свыше 0,3% создаёт проблемы, поскольку в этом случае активно способствует образованию тугоплавких окислов и трещин, образующихся в результате резкого увеличения твёрдости материала в зоне термического нагрева. Из-за образования карбидов хрома в околошовной зоне коррозионная стойкость металла резко снижается.
• Молибден (Mo) №42. Делает кристаллы стали (зёрна) мельче, существенно повышая её прочность, стойкость к высоким температурам и ударным нагрузкам. Но в процессе сварки молибден активно выгорает и окисляется, способствуя появлению трещин. Особенно заметно это становится, когда его содержание превышает 1%.
• Ванадий (V), №23. Даже в малых количествах повышает закаливаемость стали, но тем самым создаёт проблемы при наложении сварных швов. При нагреве этот металл окисляется и выгорает. Это означает, что его присутствие в количестве более 1% для ответственных свариваемых деталей недопустимо.
• Вольфрам (W), №74. Отвечает за такие качества, как износостойкость, особенно при высоких температурах – такое свойство принято называть красностойкостью – и твёрдость. Но поскольку при наложении шва сильно окисляется, в свариваемых сталях его присутствие вовсе не допустимо.
• Никель (Ni), №28. Это друг сварщика. Он измельчает кристаллы металла, в результате чего шов становится более прочным и пластичным. Даже при его добавлении порядка 2 – 3% от общего состава даёт ощутимый результат. Для деталей, работающих под высокими нагрузками, рекомендовано использовать материалы, в которые добавлен никель в количестве 8 – 10 %. Но при сварке таких сталей приходится использовать различные технологические ухищрения, ограничивая поступление в зону нагрева кислорода. К тому же никель дорог, а это значит, что его использование должно быть экономически оправданным.
• Титан (Ti), №22. Он улучшает те же, что и никель, характеристики, и столь же требователен к технологическим особенностям процесса. Однако, несмотря на значительную стоимость, в особо ответственные детали добавляют и тот и другой металл, стараясь довести содержание титана до 4 – 5%.

Внешние враги

А ещё существуют химические вещества, не входящие в состав стали, но, тем не менее, оказывающие непосредственное влияние на её свариваемость.

• Кислород (O), №8. Его присутствие должно быть сведено к минимуму, а от воздействия кислорода приходится защищать зону сварки даже в том случае, когда он поступает туда вместе с атмосферным воздухом. Ведь это вещество – активный окислитель, ответственный за образование хрупких структур в расплавленном железе. Чтобы этого не случилось, к месту сварки подают углекислый газ, образующийся в процессе сгорания покрывающего электрод вещества или находящийся под давлением в специальных баллонах. При работе с нержавеющими сталями и цветными металлами этого оказывается недостаточно. В этом случае в качестве защиты приходится использовать благородные газы, такие как гелий или аргон.
• Водород (H), №1. Не входя в состав стали, он попадает к месту сварки из окружающего воздуха, оказывая разрушительное воздействие на структуру шва. Он вызывает пористость металла, снижает его прочность, становится причиной образования мелких трещин. Защищаются от него так же, как и от кислорода.

Зная марку стали заранее, удаётся сразу определиться с выбором процесса сварки. Но если по каким-то причинам эта информация отсутствует или существует сомнение в её достоверности остаётся только один путь – проведение натурных экспериментов, в ходе которых может быть подобрана оптимальная технология. Но если нет желания заниматься экспериментами, стоит заранее позаботиться о наличие справочной информации и документальных подтверждениях состава материала.

Деление по параметрам

При классификации сталей по свариваемости принято разделять их на четыре основные группы. Эти группы характеризуются способностью металлов к образованию сварных соединений с определёнными свойствами.

• Первая группа. В неё входят низкоуглеродистые низко- и среднелегированные стали, вроде 11ЮА или 09Г2. Хорошо свариваясь, они образуют соединения высокого качества без применения особых технологических приёмов.
• Вторая группа. Сюда относят стали удовлетворительной свариваемости, такие как 30Л или 20Г2С. Они требуют тщательной очистки соединяемых кромок, использования и строгого соблюдения специальных технологических процессов.
• Третья группа. В неё попали склонные к образованию трещин и плохо свариваемые в обычных условиях стали. Как правило, это связано с высоким содержанием в них углерода, или большим количеством легирующих добавок. Чтобы обеспечить удовлетворительные характеристики шва, их требуется предварительно подогревать до температуры порядка 400 – 500 градусов Цельсия, а после окончания сварки проводить процедуру отжига. Как ни тяжело для многих это осознавать, но именно в эту группу входят популярные в машиностроении стали марок 30, 35 и 45.
• Четвёртая группа. Она содержит плохо свариваемые или практически не подлежащие сварке сорта стали. Из-за насыщенности углеродом и легирующими добавками, в местах соединения они образуют трещины, избавиться от которых полностью не помогают даже технологические ухищрения.

Первая среди равных

Разумеется, на конечный результат оказывают влияние и другие факторы, которые нельзя игнорировать.

• Толщина металла и общие габариты детали, поскольку с их возрастанием увеличиваются необходимые для выполнения работ энергозатраты.
• Температурные и климатические условия, в которых производится сварка. Ведь на сильном морозе или при значительных скачках влажности получить шов хорошего качества не получится.
• Характеристики оборудования, задействованного при проведении работ.

Но всё это придётся уже потом, когда известна свариваемость стали.

Если в домашних условиях при изготовлении не слишком ответственных деталей некоторыми параметрами можно пренебречь, то в серьёзном производстве такой подход недопустим. Обеспечить стабильные характеристики сварных соединений удастся лишь в том случае, если заранее разработать и правильно соблюдать технологический процесс. Ведь пролёты мостов и фюзеляжи самолётов, каркасы зданий и детали станков должны обладать расчетной прочностью. Это значит, что при их создании придётся учитывать свариваемость сталей и сплавов, для каждого материала выстраивая свою технологическую цепочку и точно понимая, чем отличаются стали 35 и 45.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СВАРИВАЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И ФАКТОРЫ, ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

§ 57. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СВАРИВАЕМОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ В СВЯЗИ С ИХ СВОЙСТВАМИ.

РАЗМЕРАМИ И НАЗНАЧЕНИЕМ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Современное состояние науки о природе сварочных процессов позволяет утверждать, что все металлы и сплавы, обладающие фи­зической свариваемостью, могут образовывать сварные соединения удовлетворительного качества. Однако совокупность свойств, опреде­ляющих возможность физической свариваемости, — диффузия в жид­ком и твердом состояниях, образование жидких и твердых раство­ров, совместная кристаллизация расплавленных основного и приса­дочного металла и пр., т. е. всех факторов, в результате благопри­ятного сочетания которых могут образовываться соединения, еще не полностью определяет возможность получения качественной и эко­номичной сварной конструкции, отвечающей требованиям высокой работоспособности во время эксплуатации и наименьшей стоимости при изготовлении.

Совокупность свойств основного металла, определяющих чувстви­тельность к термическому циклу сварки и способность при данной технологии сварки образовывать сварное соединение со свойст­вами, удовлетворяющими требованиям надежности конструкции при эксплуатации, часто называют технологической сваривае­мостью.

Наряду со свойствами основного металла технологическая свари­ваемость зависит также от состава наплавляемого (присадочного, электродного) металла, применяемого способа и режимов сварки, используемых флюсов, покрытий или защитных газов, конструкции сварного узла и условий эксплуатации изделия.

Так, под хорошей сварйваемостью стали (например, низкоугле­родистой, служащей для изготовления сварных конструкций общего назначения) понимают возможность получения сварных соединений, равнопрочных с основным металлом, без трещин и снижения пла­стичности как в металле шва, так и в околошовной зоне при обыч­ной технологии сварки, без применения специальных приемов (как, например, предварительный прогрев). При этом все зоны сварочного соединения должны обладать стойкостью против перехода в хрупкое состояние при рабочих температурах наравне с основным металлом.

Если же речь идет о свариваемости легированных сталей, пред­назначенных, например, для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях контакта с агрессивной средой, то наряду с требованиями, перечисленными выше, необходимо, чтобы металлы шва и зоны термического влияния обладали бы также и высокой коррозионной способностью. Лишь при обеспечении всех перечис­ленных требований, предъявляемых к сварному соединению при сварке по обычной технологии, данная сталь будет обладать хоро­шей свариваемостью.

Чем сложнее условия работы конструкции, тем большее число свойств должно учитываться при определении свариваемости.

Таким образом, разница между металлами, обладающими хоро­шей или плохой свариваемостью, состоит в том, что последние для получения сварных соединений с комплексом свойств, отвечающих требованиям эксплуатации, должны свариваться по более сложной технологии, например с предварительным и сопутствующим подогре­вом, с обязательной последующей термообработкой сварных изделий, в некоторых случаях в специальных камерах с контролируемой атмосферой или в вакууме, иногда с предварительной наплавкой кромок и термообработкой перед сваркой и т. д.

Значительное усложнение технологии изготовления того или иного изделия в некоторых случаях заставляет отказываться от данного материала и изыскивать другой, применение которого упростит тех­нологию сварки при обеспечении требуемых свойств сварной кон­струкции. Следовательно, один и тот же материал может быть ис­пользован для изготовления одних сварных изделий и не может использоваться для других. Так, например, хромомолибденовая сталь марки ЗОХМ (—0,3% С; —1,0% Сг; —0,2% Мо) требует при сварке предварительного подогрева до температуры 200-т-300° С (в зависи­мости от толщины деталей, применяемого метода и режимов сварки) и последующей термообработки сваренного изделия. Если в ряде случаев для тяжелонагруженных сварных узлов, имеющих относи­тельно небольшие размеры, применение такой стали оправдано, то для крупногабаритных конструкций, как, например, сварные мосты или секции корабля, использовать такой материал практически не­возможно. несмотря на его высокие механические свойства.

Наоборот, применение низколегированной стали, например марки ЮХСНД (—0,1% С; —0,8% Сг; —1,0% Si; —0,7% Ni; -0,5% Си) для тяжелонагруженных сварных узлов машин нецелесообразно (не­смотря на ее хорошую свариваемость), так как это приведет к необ­ходимости значительно увеличивать сечения конструкций для обес­печения требуемой прочности, что вызовет утяжеление и увеличение габаритов изделия. Однако эту сталь целесообразно использовать для крупногабаритных сварных конструкций, предварительный по­догрев которых перед сваркой и последующая термообработка прак­тически невозможны.

В некоторых случаях при определенном сочетании свариваемых
материалов в зависимости от особенностей конструкции, расположе­ния швов в конструкции и условий их работы может потребоваться различная технология сварки. В качестве примера можно привести сварку редукторного колеса, схема конструкции которого показана на рис. VIII.1, а:

Диски 1 сварного зубчатого колеса редуктора выполнены из низкоуглеродистой стали СтЗ, а обод 2 и вал 3 — из легированной стали марки 40Х (~0,4% С; ~ 1,0% Сг). Во избежание подкалки околошовной зоны и для предотвращения трещинообразования при сварке стали 40Х необходим подогрев. Сталь СтЗ подогрева не тре­бует.

Если исходить только из требований, обусловленных маркой ма­териала, то как при сварке обода с диском, так и при сварке вала с диском необходим предварительный подогрев. Однако по условиям

расположения сварных швов и особенностям кон­струкции такая технология сварки (с предварительным подогревом) допустима лишь для соединения обо­да с диском. Действитель­но, предварительный подо­грев обода вызовет умень­шение его диаметра при остывании после сварки и сжатие швов, соединяющих обод с диском. Это поло­жительно отразится на ра­ботоспособности швов, ра­ботающих в процессе экс­плуатации на растяжение. Если же подогреть вал, то при осты­вании в швах, соединяющих диск с валом, возникнут напряже­ния растяжения, которые будут складываться с напряжениями рас­тяжения, возникающими при эксплуатации. При определенных условиях напряжения растяжения могут вызвать возникновение тре­щин в швах даже в процессе изготовления колеса редуктора. По­этому, несмотря на применяемую марку материала, при сварке ко­торой необходим предварительный подогрев, здесь по конструктив­ным условиям подогрев недопустим.

Чтобы удовлетворить требованиям, обусловленным особенностями материала и конструкции, необходимо перед сваркой дисков с ва­лом на последний в местах приварки дисков наплавить с предва­рительным подогревом вала буртики 4 из незакаливающейся стали (рис. VIII. 1,6). Последующую сварку дисков с буртиками вала мож­но производить без подогрева, если размер буртика такой, что тем­пература нагрева основного металла вала от сварки не достигает точки ACl. Это гарантирует отсутствие структурных превращений в металле вала при сварке его с диском.

Из приведенного примера видно, что о технологической

свариваемости металлов и сплавов надо судить не только в связи с их свойствами, но также учитывать размеры конструкции, ее назначе­ние, расположение и условия работы швов, т. е. при оценке свари­ваемости должна учитываться тесная взаимосвязь материалов, кон­струкции и технологии сварки.

Так как свариваемость должна оцениваться по совокупности ряда свойств, то любая методика испытания не может однозначно характеризовать комплексное понятие свариваемости. Поэтому для оценки свариваемости применяют ряд испытаний, каждое из кото­рых выявляет ту или иную сторону явления. Выбор методов испы­тания должен производиться в зависимости от назначения конструк­ции, свойств металла и других факторов, о которых говорилось выше. Все испытания по определению свариваемости можно свести к следующим видам.

В процессе сварки могут создаться условия, при которых в ме­талле шва и околошовной зоны могут образовываться горячие тре­щины (см. гл. VI). Поэтому первым видом испытаний свариваемости является определение стойкости против образования горячих трещин.

В результате воздействия термического цикла сварки в около — гиовной зоне происходят структурные превращения, которые могут вызвать снижение пластичности и появление трещин, механизм об­разования которых рассмотрен в гл. VII. Следовательно, вторым видом испытаний свариваемости является определение стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин.

В металле шва околошовной зоны протекают процессы, которые могут привести к снижению стойкости против перехода в хрупкое состояние. Третьей группой испытаний свариваемости является оцен­ка стойкости основного металла, металла околошовной зоны и шва, а также всего сварного соединения против перехода в хрупкое со­стояние.

Четвертым видом испытаний свариваемости является проверка эксплуатационных характеристик металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом (определение механических свойств при различных температурах, определение стойкости против корро­зии, износостойкости и других специальных характеристик).

Для каждой группы испытаний разработан ряд методов, причем выбор тех или иных из них обусловливается свойствами материала, применяемым методом сварки, назначением конструкции, условиями работы сварного соединения и т. д.

В настоящее время существует более 150 методов оценки свари­ваемости, описанных в литературе. Однако среди многочисленных методов испытания наибольшее распространение получили лишь не­которые из них. Поэтому в настоящем параграфе описаны только наиболее типичные или часто применяемые в практике методы оцен­ки свариваемости.

Методы определения стойкости металла шва про­тив образования горячих трещин. Технологическая про­ба для определения стойкости металла шва против образования горячих трещин производится путем сварки контрольного — углово-

го шва 1 (рис. VIII.2, а) таврового соединения с ребрами жесткости. Контрольный шов сваривается на оптимальном для данного способа сварки режиме, практически применяемом для данной толщины ме­талла и марки стали. Выявление трещин производят путем внешнего осмотра шва, а также осмотра излома после разрушения шва или по макрошлифам, вырезаемым из шва. Этот метод позволяет полу­чить лишь качественную характеристику стойкости против образо­

вания горячих трещин. Аналогично проверяется и стыковой шов (рис. VIII.2, б) в закрепленной на жестком основании пластине.

Существует также ряд методов, позволяющих количественно оп­ределить стойкость металла шва против образования горячих трещин. Одним из таких методов является метод МВТУ им. Баумана.

Этот метод состоит в том, что специальные образ­цы с поперечным (рис. VIII.3, а) или про­дольным (рис. VII 1.3, б) швами в процессе сварки растягивают с постоянной скоростью и определяют критическую скорость де­формации, вызывающую образование трещин.

Испытание производят в следующем порядке. Сваривают несколь­ко образцов определенного типа, причем машиной задается различ­ная скорость растяжения. Первый образец сваривают при среднем значении скорости растяжения. Если трещины в шве не появляются, то скорость растяжения при сварке последующих образцов увели­чивают; если трещины появились, скорость растяжения уменьшают. Таким образом устанавливает некоторое значение скорости дефор­мации, которая является критической для данных условий проведе­ния сварки. Максимальная скорость деформации А мм/мин, при ко­торой в металле шва не появляются горячие трещины, принимается за показатель технологической прочности. Чем выше А, тем больше технологическая прочность, т. е. тем больше стойкость против обра­зования горячих трещин.

Вместо образца, изображенного на рис. VIII.3, используют также и другие образцы, в частности стыковые или тавровые, состоящие из одной пластины, закрепляемой в зажимах специальной машины, и нескольких коротких пластин, закрепляемых в подвижных зажи­мах машин. В процессе сварки стыкового или углового шва подвижные зажимы перемещаются с заранее заданной (различ­ной для каждой короткой пластины) скоростью. Так же как и в предыдущем случае, показателем тех­нологической прочности является критическая ско­рость деформации, т. е. та максимальная скорость, при которой еще не на­блюдается появление горя­чих трещин.

Методы определе­ния стойкости ме­талла околошовной зоны против образования холодных трещин. Испытания стойкости околошовной зоны против образования холодных трещин обычно производят путем сварки или наплавки специальных образцов различной степени жесткости и при

различной скорости охлаждения околошовной зоны. В качестве при­меров могут быть приведены проба ЦНИИТМАШ (рис. VIII.4) и образцы, имитирующие реальное сварное соединение (рис. VIII.5).

Образец. пробы ЦНИИТМАШ имеет размеры 100х 100×40 мм. Сперва в разделке глубиной •—10 мм выполняется контрольный шов

в 4 прохода (слоя). Затем в нем профрезеровывается канавка. После этого деформирование контрольного шва осуществляется посредством наложения многослойного (до 12 слоев) деформирующего шва с обратной стороны пластины, выполненного в разделке глубиной 20—25 мм. Деформирующий шов накладывают в направлении, перпен­дикулярном к контрольному, с охлаждением водой после наложения каждого слоя. Обследованием макрошлифов серии образцов с раз­личным количеством слоев в деформирующем шве устанавливают наличие трещин в районе надреза поперек контрольного шва. Оцен­ка осуществляется по 5-балльной системе (высший 5-й балл при отсутствии трещин при 12-слойном деформирующем шве). Проба может применяться для закаливающихся при сварке и некоторых типов низколегированных сталей толщиной не менее 30 мм.

Образцы, имитирующие реальное сварное соединение (рис. VIII. 5, а, б), обычно сваривают на трех режимах, характеризуемых макси­мальной, средней и минимальной для данного способа погонной энергией. Иногда образцы предварительно охлаждают и сварку их производят при отрицательных температурах. Осмотр образцов осу­ществляется через 5—20 суток, что способствует более полному выявлению трещин. Выявление трещин производят путем внешнего осмотра, а также по макрошлифам, вырезанным из образца.

Кроме прямых испытаний, иногда склонность к трещинообра — зованию оценивают по так называемому эквиваленту углерода (см. гл. VII).

Методы определения стойкости металла против перехода в хрупкое состояние. Как известно, разрушение металлов может быть вязким (пластичным) или хрупким. В обоих случаях разрушения происходят в основном по телу зерна *. Про­цесс вязкого разрушения связан с большими пластическими дефор­мациями и обычно под действием внешних нагрузок происходит относительно медленно. Хрупкое разрушение происходит обычно по граням кубической решетки путем отрыва, причем скорость распро­странения хрупкой трещины настолько велика, что на нее не успе­вают влиять внешние силы. Поэтому полагают, что энергия, необ­ходимая для образования новой поверхности трещины, определяется накопленной в металле упругой энергией. Возможность возникнове­ния хрупкого разрушения без особых внешних нагрузок делает этот вид разрушения чрезвычайно опасным для монолитных сварных конструкций. Поэтому переход металла в такое состояние, при ко­тором может происходить хрупкое разрушение, недопустим.

В соответствии с двумя видами разрушения можно говорить и о двух типах сопротивления: сопротивление сдвигу (вязкому раз­рушению) и сопротивление отрыву (хрупкая прочность). Механизм перехода одного вида разрушения в другой может быть объяснен

” Исключение составляют некоторые двухфазные или многофазные сплавы, у которых хрупкая составляющая, например карбиды или интерметаллические соединения располагаются в виде сетки вокруг (иногда и по телу) зерен. В этом случае, в частности наблюдающемся при повышенных температурах во время ис­пытаний на ползучесть, разрушение происходит по границам зерен.

следующим образом (рис. VIII.6). Сопротивление отрыву весьма мало зависит от температуры испытания или от скорости приложения нагрузки (кривая /), тогда как сопротивление сдвигу (в данном слу­чае предел текучести) снижается по мере повышения температуры или уменьшения скорости приложения нагрузки (кривая 2). Поэтому при малых скоростях деформации или при высоких температурах предел текучести значительно ниже, чем сопротивление отрыву, и материал пластичен. При понижении темпера­туры или при повышении скорости деформации сопротивление пласти­ческой деформации значительно по­вышается, в то время как сопротив­ление отрыву изменяется мало.

Когда предел текучести достигает сопротивления отрыву, будет проис­ходить хрупкое разрушение. Темпе­ратура Тг перехода в хрупкое состоя­ние в этом случае определяется пе­ресечением кривых 1 и 2. Таким образом, одни и те же материалы в зависимости от температуры и от скорости нагружения могут находиться в пластическом либо в хрупком состоянии.

Известно также, что если сделать в металле острый надрез, то у корня надреза предел текучести повышается. Исходя из предпо­ложения, что надрез повысил предел текучести в три раза, на рис. VIII.6 нанесена также кривая 3 (ординаты кривой 3 равны тройным ординатам кривой 2). В этом случае температурой перехо­да металла в хрупкое состояние будет температура Т2Ъ>Тг. Таким образом, надрез повышает температуру перехода в хрупкое состоя­ние; в интервале Т2 — Тг находится температура перехода к хруп­кому состоянию в зависимости от наличия надреза и его формы.

Следовательно, критерием оценки стойкости против перехода ме­талла в хрупкое состояние могут быть: температура или скорость деформации, при которой металл переходит в хрупкое состояние, а также степень повышения под влиянием надреза наибольших нор­мальных напряжений, соответствующих пределу текучести. Методы испытания на хрупкую прочность оценивают либо склонность ме­талла к началу хрупкого разрушения, либо способность к распро­странению хрупкой трещины.

Все методы определения стойкости против перехода в хрупкое состояние можно разделить на две группы:

1) определение температурного порога хладноломкости путем ис­пытания образцов на ударный изгиб на маятниковом копре при различной остроте надреза;

2) определение температуры перехода в хрупкое состояние путем испытания специальных образцов, имитирующих эксплуатационные разрушения материалов конструкции.

В настоящее время имеется более 30 типов образцов самой раз — нообразной формы с различного рода надрезами, которые испыты­вают растяжением, изгибом, ударом и другими видами нагрузки.

На рис. VIII.7 показаны образцы для испытания на ударный изгиб с полукруглым (а), остроугольным (б) и ключевидным (в) над­

резами. Образцы обычно вырезают таким образом, чтобы вершина надреза располагалась в околошовной зоне вблизи границы сплав­ления.

В результате испытаний таких образцов можно получить сравни­тельные характеристики сталей в отношении склонности их к пере­ходу в хрупкое состояние. Однако определить температуру перехода в хрупкое состояние при работе ее в определенной конструкции в настоящее время не представляется возможным.

Целью испытаний второй группы является выявление сопротив­ляемости материала в данных условиях зарождению, либо распро­странению хрупкой трещины Обычно образцы для таких испытаний имеют значительные размеры и использование их для решения по­вседневных задач представляет определенные трудности. В качестве примера на рис. VIII.8, а показан образец для определения способ­ности стали сопротивляться распространению хрупкой трещины. Образец представляет собой пластину из испытуемой стали, к кото­рой приварены планки для зажима в захватах разрывной машины. На одном конце образца высверливают отверстие, внутри которого делают острый надрез. Образец устанавливают в разрывную машину так, чтобы его можно было растягивать (направление растяжения показано на рис. VIII.8,а стрелками). Конец образца, в котором высверлено отверстие, охлаждают жидким азотом, другой конец подогревают. После установления стабильного перепада температур образец нагружают до определенного значения напряжений и по охлажденному концу наносят удар крупнокалиберной пулей. В ре­зультате образуется хрупкая трещина, которая распространяется в образце и на каком-то расстоянии останавливается.

Испытание ряда образцов при различном уровне напряжений позволяет построить кривые (рис. VIII.8, б). Область, расположенная выше и левее кривой, характеризует температуру и напряжения, при которых возникшая трещина распространяется и пересекает весь образец. Область, расположенная ниже и правее кривой, ха­рактеризует напряжения и температу­ру, при которых возникшая трещина останавливается и не распространя­ется в металле. Для каждой стали на­блюдается характерное для нее располо­жение такой кривой

При проведении лабораторных иссле­дований кроме методов испытаний, по­зволяющих установить тот или иной критерий оценки пригодности стали для изготовления сварных конструкций, применяют также комплексные методы испытаний чувствительности стали к термическому циклу сварки. Эти мето­ды ставят своей целью выбор режима сварки, обеспечивающего получение свойств околошовной зоны, удовлетворя­ющих определенным требованиям, а также установление зависимости между свойствами зоны термического влияния и режимом сварки. В качестве при­меров комплексных испытаний рассмот­рим пробу ИМЕТ[21] и валиковую пробу.

Проба ИМЕТ позволяет опреде­лить структурное состояние и механи­ческие свойства металла околошовной зоны в любой мени по ходу термического цикла сварки. Для этого

пости роста зерна и распада аустенита в условиях термического никла сварки и тем самым оценить пригодность стали для изготов­ления тех или иных конструкций.

По результатам испытаний можно определить оптимальные ско­рости охлаждения околошовной зоны и режимы сварки, при которых в зоне термического влияния обеспечивается получение структур, стойких против перехода в хрупкое состояние.

Баликовая проба, определяемая ГОСТ 13585 —68, состоит в том, что на пластины испытуемой стали производят наплавки валиков на режимах, отличающихся друг от друга погонной энер-

гией (обычно 5—6 режи — [22]

гающейся в любом участке сварного соединения. Общая коррозия вызывает видимые разрушения.

Межкристаллитная коррозия происходит вследствие проникания агрессивной среды в глубь металла по границам зерен, потерявшим стойкость к этой среде, в частности вследствие происшедших изме­нений под действием нагрева металла до определенного интервала температур. Из-за отсутствия внешних признаков межкриста ллитная коррозия в ряде случаев может быть выявлена только путем спе­циальных испытаний.

Стойкость против обшей коррозии устанавливается путем опре­деления потери массы или уменьшения толщины металла, выражен­ных в граммах на квадратный метр за час или в миллиметрах за год. Общую коррозионную стойкость оценивают по десятибалльной системе: балл 1 отвечает условиям, при которых глубинный пока­затель менее 0,001 мм/год; этот показатель свидетельствует о совер­шенной коррозионной стойкости. Балл 10 соответствует глубинному показателю выше 10 мм/год и свидетельствует об отсутствии кор­розионной стойкости сварного соединения.

Определение стойкости против межкристаллитной коррозии свар­ных соединений из нержавеющих аустенитных сталей производится по методике, предусмотренной ГОСТ 6032—58. При испытаниях образцы подвергают кипячению в агрессивной среде в течение опре­деленного времени, после чего их изгибают на угол 90° таким об­разом, чтобы пуансон попадал на металл шва (2 образца) и металл околошовной зоны (2 образца). Обследование поверхности изогнутых образцов производят с помощью 8-ь 10-кратной лупы. Наличие на поверхности поперечных трещин свидетельствует о возникновении межкристаллитной коррозии, т

Свариваемость разнородных металлов

При сварке плавлением наиболее характерными свойствами разнородных металлов, определяющими их взаимную свариваемость, являются предел взаимной растворимости, различия температуры плавления, соотношение коэффициентов теплового расширения, взаимодействие с газами и шлаками и др. С увеличением различия указанных свойств металлов усложняется металлургия их сварки. Область применения конструкций со сварными соединениями тугоплавких металлов с другими металлами достаточно обширная.

Для изготовления конструкций, отдельные элементы которых работают в агрессивных средах или при высоких температурах, перспективно применение тугоплавких металлов  в сочетании с жаропрочными сплавами и коррозионно-стойкими сталями. При изготовлении энергетических атомных станций и двигателей широкое применение находят сочетания из тугоплавких металлов (вольфрам, молибден, ниобий, цирконий и др.) с конструкционными аустенитными сталями. Значительное распространение имеют трубопроводы из титана и стали с использованием промежуточных вставок из ванадия, хорошо сваривающегося как со сталью, так и с титаном.

Процесс образования соединений металлов в разнородном сочетании можно условно разделить на три стадии.

1. Первая, начальная стадия заключается в сближении соединяемых поверхностей на расстояние, обеспечивающее образование физического контакта, что достигается путем расплавления и растекания жидкого металла по поверхности твердого металла. В зависимости от применяемой технологии расплавляют обе кромки соединяемых металлов или кромку одного более легкоплавкого металла.
2. Вторая стадия характеризуется образованием химических прочных связей между атомами соединяемых металлов, образующихся в процессе смачивания жидким металлом поверхности твердого металла, активизированной нагревом. При сварке с расплавлением кромок соединяемых металлов первая и вторая стадии проходят практически одновременно. При сварке с расплавлением одной из соединяемых кромок вторая стадия образования соединения несколько смещена относительно первой на время, необходимое для термической активации поверхности твердого металла.
3. Третья, завершающая стадия характеризуется развитием диффузионных и релаксационных процессов в зоне сварного шва, влияющих на образование химических хрупких соединений в металле шва и величину остаточных напряжений в сварном соединении. Процессы, развивающиеся в третьей стадии, в основном определяются температурой и характером взаимодействия соединяемых элементов.

При оценке свариваемости разнородных металлов принято считать, что образование сварных соединений с удовлетворительными свойствами возможно для металлов, обладающих неограниченной взаимной растворимостью в жидком и твердом состояниях. Одним из условий образования между элементами неограниченной взаимной растворимости считается, чтобы различие их атомных диаметров не превышало15 %.

Металлы, образующие ограниченный ряд твердых растворов, эвтектики и химические соединения, снижающие механические и коррозионные свойства сварного соединения, относятся к несвариваемым или плохо свариваемым. На основе анализа бинарных диаграмм состояния в табл. 15.1 представлены данные о взаимодействии элементов, составляющих основу наиболее распространенных конструкционных металлов и сплавов. Только незначительная часть элементов при взаимодействии образует непрерывный ряд растворов, остальные имеют ограниченную взаимную растворимость,   и образуют химические соединения.

Физические свойства химических соединений в отличие от аналогичных свойств основных элементов характеризуются высокой твердостью, заметным изменением плотности, существенным изменением коэффициента теплового расширения и температуры плавления. На пределы взаимной растворимости свариваемых металлов и свойства химических соединений существенное влияние оказывают легирующие элементы, примеси и продукты химических реакций, полученные в результате взаимодействия свариваемых сплавов с окружающей средой. Поэтому при оценке возможности получения соединений сплавов в разнородном сочетании необходимо учитывать не только взаимодействие между элементами, составляющими основу, но и влияние легирующих элементов и примесей, имеющихся в соединяемых сплавах.

Таблица 15.1

Что такое свариваемость? (с иллюстрациями)

Сварка – это процесс, используемый для сплавления или соединения материалов, таких как металлы или термопласты, обычно путем их плавления и добавления так называемого присадочного материала к свариваемой области для образования прочного соединения или сварного шва после охлаждения материала. Свариваемость или совместимость материала может означать, можно ли сваривать его вместе без трещин, и в этом случае свариваемый материал – это материал, который можно сваривать вместе, создавая сварной шов без трещин.Свариваемость также может относиться к более качественным характеристикам того, насколько легко или сложно получить функциональный сварной шов. Этот вид свариваемости нелегко измерить количественно и может зависеть от множества факторов, включая метод сварки, физические особенности создаваемого соединения и то, для чего будет использоваться сварная конструкция. Существует несколько методов сварки, и знание свариваемости материала важно для выбора правильного процесса сварки.

Целью процесса сварки является создание функционального соединения без трещин, способного выдерживать износ и разрыв.Обычные методы сварки включают дуговую сварку, пайку и кислородно-ацетиленовую сварку. Выбор метода зависит в основном от того, какой материал сваривается. Медь – свариваемый материал, который дает хороший сварной шов при использовании пайки. Кислородно-ацетиленовая сварка предпочтительнее при работе с чугуном, а дуговая сварка хорошо подходит для нержавеющей стали.

Испытания на свариваемость – это исследование влияния различных методов сварки на материалы.Это испытание должно учитывать множество факторов, поскольку на качество сварного шва влияют не только материалы и используемый метод сварки, но и другие факторы, такие как скорость охлаждения материала после сварки и скорость сварки. сам процесс. Например, алюминий подвержен растрескиванию от тепла сварки и дает лучший сварной шов с более коротким временем сварки и меньшим тепловложением. Доступны различные диаграммы и сравнения, в которых перечисляется и оценивается свариваемость различных материалов при использовании различных методов сварки.

Сталь

обычно сваривают в различных промышленных процессах, и для этого материала можно использовать разные методы сварки.Свариваемость различных типов стали различается и зависит от того, какие материалы, такие как углерод, никель и хром, использовались для создания конкретного стального сплава. Распространенными проблемами, влияющими на оценку свариваемости стали, являются отслаивание точечной сварки, разрыв пластин и холодное растрескивание, вызванное водородом.

Сложный вопрос свариваемости

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

Я упоминаю об этом здесь, потому что моя январская / февральская колонка вызвала ряд критических, если не резких, электронных писем, касающихся всего, от опечатки на Рисунке 3 до моего обобщения точной и требовательной науки о металлургии.

Ученые были в ярости, доктора – в ярости. Меня раздирали, унижали, даже ругали – все за обобщение такой точной науки, как металлургия.

Эта колонка не является углубленным курсом по металлургии для магистров. Это столбец – 1000 слов каждые пару месяцев, предназначенный для помощи сварщикам при сварке.У меня нет ни времени, ни места, ни желания идти глубже. Я обобщаю, потому что это служит цели. Я не пытаюсь помочь проектировщику, инженеру-инженеру 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 категорически указали на мое невежество по поводу конкретного 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 четверо ученых также доказали, что ошибались друг друга.

Другими словами, хотя каждый из них высказал возражение по поводу одного и того же пункта в моей колонке, и каждый поднял этот вопрос на глубину, намного превышающую все, что могло бы оказаться ценным для сварщика , им не только удалось опровергнуть мое утверждение, они противоречили заявления друг друга. Были ли какие-то из них правильными? Конечно; до известной степени все они были. И я тоже.

Дело не в «правильности» вопроса.Точно так же, как из каждого правила есть исключения, часто существует глубина деталей, которая в конечном итоге может доказать ошибочность «обобщения». Насколько это актуально для сварщиков в целом? Обычно нет. И уж точно не в случае с моей колонкой за январь / февраль. Я стою у этой колонны, каждое слово.

Для ясности, я регулярно использую пять разных ссылок для разработки копий в каждом выпуске. Это необходимо из-за невероятного количества разногласий и противоречий в практическом применении, убеждениях и теориях.Если я следую наброскам одной книги или у меня есть копия, похожая на другую, это часто происходит из-за простой проблемы: если что-то написано как можно яснее, его уже невозможно сделать яснее. (Как однажды сказал А. Эйнштейн: «Все должно быть как можно проще, но не проще».) Я отказываюсь усложнять концепцию или даже предложение, потому что кто-то другой нашел самый ясный способ сказать это первым.

Я регулярно пользуюсь следующими ссылками:

1. G.E. Linnert, Welding Metallulgery Vol.1 (Майами: Американское сварочное общество, 1994).
2. Г.Э. Linnert, Welding Metallulgery Vol. 2 (Майами: Американское сварочное общество, 1965 г.).
3. Роберт Э. Рид-Хилл и Реза Аббашьян, Physical Metallurgy Principles , 3-е изд. (Серия Pws Kent в инженерии) (Нью-Йорк: Общество обучения Томпсона, 1997).
4. Тед Б. Джефферсон, Энциклопедия сварки Джефферсона (Майами: Американское общество сварки, 1997).
5. Уильям Галвери младший и Фрэнк Марлоу, Основы сварки: вопросы и ответы (Нью-Йорк: Industrial Press Inc., 2001).

Теперь перейдем к колонке этого выпуска, посвященной свариваемости.

Свариваемость? Что это должно с этим делать?

Ненавижу этот вопрос. Я обычно слышу это после того, как объясняю Джо Хотроду, почему он не должен строить свой качающийся рычаг, опоры двигателя или рычаги A из высокотехнологичного сплава за высокие деньги, который его зять «позаимствовал» на работе. И все это связано со свариваемостью.

Свариваемость – непростой вопрос. Согласно Американскому сварочному обществу, свариваемость определяется как «способность материала свариваться в заданных условиях производства с получением конкретной, подходящим образом спроектированной конструкции и удовлетворительно работать в предполагаемых условиях эксплуатации.”

Исходя из этого определения, свариваемость металла может во многом зависеть от способности сварщика следовать указаниям. Например, свариваемость стали ASTM A514 является удовлетворительной при соблюдении надлежащей процедуры . Это включает в себя предварительный нагрев основного металла с использованием процедуры сварки с низким содержанием водорода и недопущение превышения допустимого тепловложения.

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 процедуру сварки? Химический состав основного металла , который также является основным фактором, влияющим на свариваемость.

У каждого свариваемого металла есть пределы процедуры: диапазон, в котором должна выполняться процедура сварки. Пределы могут применяться, например, в отношении подводимого тепла, воздействия водорода или требований к предварительному или последующему нагреву. Пределы почти похожи на набор правил для успешной сварки данного металла. Оставайтесь в этих пределах – следуйте правилам – и ваш сварной шов сделает свою работу.Выйдите за эти пределы, и у вас, вероятно, возникнут проблемы. .

Так что же обеспечивает хорошую свариваемость металла? Широкий диапазон лимитов. Поэтому, если пределы металла небольшие или узкие, он плохо сваривается. И когда диапазон чрезвычайно мал или пределы чрезвычайно узки, металл часто считается несвариваемым, даже если в некоторых отраслях промышленности этот же несвариваемый металл может свариваться каждый день. Конечно, он сварен под строгим контролем, строгим контролем, тщательными процедурами проверки и очень узким диапазоном приемки.

И если вы задаетесь вопросом, почему они прошли через все это, обычно это происходит потому, что сварка – это либо единственный, либо, по крайней мере, лучший и самый экономичный способ удовлетворить потребности конечного продукта.

Итак, как узнать, как правильно обращаться с несвариваемым металлом или металлом с плохой свариваемостью? Как правило, если проектировщик или инженер не указывает процедуру через спецификацию 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, разработавшей стандарт для этого материала.

В следующей паре столбцов будет рассматриваться свариваемость некоторых распространенных и не очень распространенных основных металлов, включая различные стали, алюминиевые и магниевые сплавы, титановые сплавы и сплавы на основе никеля.

Свариваемость плоских 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 свариваемость снижается.

Коммерческая сталь

обычно классифицируется как углеродистая , низколегированная или высоколегированная . Обычные углеродистые стали могут быть дополнительно классифицированы как с низким содержанием углерода, , со средним содержанием углерода или с высоким содержанием углерода .

Большинство простых углеродистых сталей – это преимущественно железо с минимальным содержанием кремния, марганца, серы и фосфора.Они также обычно содержат менее 1 процента углерода. Да, некоторые другие сплавы и остаточные элементы могут иметь небольшое влияние на свариваемость, но по большей части свариваемость простой углеродистой стали больше всего зависит от содержания углерода.

Низкоуглеродистые стали обладают отличной свариваемостью; среднеуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью; а высокоуглеродистые стали плохо свариваются. Рассматривая свариваемость, помните, что это означает и что влияет на эту систему классификации.Речь идет о том, насколько широки процедурные ограничения, сколько у вас есть места, чтобы колебаться в этих пределах и при этом производить качественный сварной шов. Чем уже пределы, тем ниже свариваемость.

Также будьте осторожны, чтобы не путать низкоуглеродистую сталь с низколегированной сталью . Низкое содержание углерода означает отличную свариваемость. С другой стороны, низколегированный сплав может иметь свариваемость от хорошей до отличной, а может и не иметь. Все зависит от добавленных сплавов.

В то время как большинство низколегированных сталей имеют менее 0.25 процентов углерода и часто менее 0,15 процента, в них действительно добавлены другие сплавы для повышения их прочности при комнатной температуре, а также множество других характеристик, таких как ударная вязкость и даже коррозионная стойкость.

Сплавы, которые чаще всего добавляют в низкоуглеродистые стали, – это никель, хром, молибден, марганец и кремний. Эти элементы также влияют на реакцию стали на термическую обработку и увеличивают 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, приведенное в журнале Metallurgy Matters, июль / август 2004 г., стр. 38, поможет вам определить, какие параметры требуются.

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

Какие металлы можно сваривать?

Какие металлы можно сваривать?

Свариваемость – это практически все в сварочной промышленности.Если вы являетесь мастером или серьезным сварщиком, вам следует знать, какие металлы можно сваривать или сваривать проще всего, чтобы проект был успешным. Металлы с хорошей свариваемостью намного легче поддаются сварке и могут сохранять более высокое качество сварки. Чем лучше будет процесс сварки, тем прочнее и качественнее будет конструкция, для которой она была сделана. Если у вас есть хороший кусок гибкого металла, неважно, как вы его сварите. Если вы ищете оптимальную эффективность сварки, вы обратились по адресу.Ниже приведен обширный список металлов, которые можно сваривать и какие сварочные процессы являются лучшими, по данным AAA Concreting.

Сталь

Сталь – это, по сути, железо и углерод с небольшим количеством других вещей. Сталь – это металл, который легче всего сваривать, поэтому это самый популярный вид металла для сварки. Фактически, углеродистая сталь – самый дешевый металл на рынке. Сварка стали часто включает сварку стержнем, сварку MIG и сварку TIG. Сталь – это первая и самая важная часть сварки.Если вы не умеете сваривать сталь, то больше ничего не сварите. Сталь является чрезвычайно гибкой и максимально упрощает создание конструкции, поскольку в процессе сварки ей легко придается любая форма. При модификации защитного оборудования следует учитывать особые соображения, чтобы обеспечить соблюдение стандартов OSHA. Один из примеров включает 360 мобильных перил безопасности.

Нержавеющая сталь

Хотя нержавеющую сталь обычно делят на 5 различных типов, она также является отличным металлом для сварки.Газовые смеси и второстепенные газы в нержавеющей стали обеспечивают отличные характеристики зажигания дуги. Нержавеющая сталь – популярный и простой выбор для сварки. Если вы хотите создать более прочную конструкцию, нержавеющая сталь – ваш лучший выбор. Фактически, сварка нержавеющей стали имеет почти те же требования, что и сварка углеродистой стали. Нержавеющая сталь чрезвычайно пластична и гибка для хорошей сварки. Это немного дороже, чем обычная сталь, но в конечном итоге предлагает больше.

Алюминий

Сварка алюминия возможна, но представляет собой серьезную проблему для большинства сварщиков.Если у вас нет опыта, то не начинайте сварку алюминия, пока не получите больше практики со сталью. Из-за более высокой теплопроводности и сплавов с низкой температурой плавления он легко прогорает. Фактически, подача алюминиевой сварочной проволоки к другим стальным металлам может быть сложной задачей, потому что проволока мягче стали, имеет меньшую прочность колонны и легко запутывается у приводного ролика. Опять же, если вам не нужен алюминий, лучшим вариантом будет сталь. Лучше всего проконсультироваться с генеральным подрядчиком по работе, чтобы определить общие потребности по проекту, и есть ли какие-либо технические требования, которые необходимо выполнить.

Медь

Медь очень легко сваривается, что делает процесс сварки более плавным и быстрым. В отличие от алюминия, сварка меди несложна и отлично подходит для начинающих. Хотя для сварки меди требуется примерно вдвое больше тепла, чем для стали, именно температура тепла делает это проще и возможным.

В конечном итоге, в зависимости от уровня вашей квалификации и потребностей конструкции, вы должны выбрать металл, который либо требуется, либо имеет лучшую свариваемость.

Свариваемость – обзор | Темы ScienceDirect

4.10.4.3 Сплав 230 (57Ni – 22Cr – 14W – 2Mo – La)

Сплав 230, также обозначаемый как Haynes 230, UNS N06230 или W. Nr. 2.4733 – это более новый сплав, чем сплав 617. Помимо выдающейся стойкости к окислительной среде, сплав 230 обладает хорошей свариваемостью и технологичностью. Он также имеет более низкий коэффициент теплового расширения, чем сплав 617; похоже, что тепловое расширение имеет обратную корреляцию с содержанием Ni. Сплав 230 имеет более высокий предел прочности на разрыв, чем сплав 617 до 800 ° C, но выше разница незначительна.Похоже, что сплав 617 имеет несколько лучшие свойства ползучести, чем сплав 230. Сплав 230 имеет лучшее сопротивление зарождению трещин термической усталости, но худшее сопротивление термоциклированию по сравнению со сплавом 617.

Основа никеля и высокое содержание хрома придают устойчивость к высоким температурам. коррозия в различных средах, а стойкость к окислению дополнительно повышается за счет микродобавок редкоземельного элемента La. По сравнению со сплавом 617, сплав 230 имеет высокую концентрацию W, которая заменяет большую часть Co в сплаве 617.W и Mo в сочетании с C в значительной степени определяют прочность сплава, и его относительно высокое содержание B по сравнению с содержанием в сплаве 617 можно контролировать для достижения оптимального сопротивления ползучести. Обычно B действует как донор электронов; это может повлиять на энергию границ зерен и помочь улучшить пластичность. В сплавах на основе Ni, B также сегрегирует по границам зерен и помогает замедлить диффузию по границам зерен, тем самым уменьшая процесс ползучести. С другой стороны, избыток бора в нейтронном поле может также привести к охрупчиванию из-за трансмутированного гелия, хотя облучение не является фактором для приложений IHX.

В состоянии отжига на твердый раствор, в котором обычно используется этот сплав, размер зерна обычно составляет> 45 мкм с крупными выделениями карбида, богатыми W, предположительно типа M ₆ C. После старения в сплаве 230 обычно появляются выделения M ₆ C и M ₂₃ C ₆ . После старения в течение 1000 ч при 850 ° C вдоль границ зерен наблюдались очень мелкие выделения карбидов, богатые Cr и M ₂₃ C ₆ . Укрупнения зерна не наблюдалось. ²⁵ Считается, что сопротивление ползучести обеспечивается упрочнением твердого раствора, низкой энергией дефекта упаковки и выделением карбидов M ₂₃ C ₆ на скользящих дислокациях. ^26,27 Однако также сообщалось о негативном влиянии M ₂₃ C ₆ на пластичность при комнатной температуре. После старения при 871 ° C в течение 8000 ч относительное удлинение сплава 230 при комнатной температуре снизилось с ∼50% до 35%, при этом при микроструктурном исследовании наблюдалось осаждение M ₂₃ C ₆ , но дополнительно 8000 ч. старение не привело к дальнейшему снижению пластичности. ²⁶ Значительные микроструктурные изменения наблюдались также после термического старения на воздухе в течение 10 000 часов при температурах от 750 до 1050 ° C. После старения при 750 ° C наблюдались более крупные межкристаллитные выделения M ₂₃ C ₆ и крупные и блочные внутри- и межзеренные выделения M ₆ C. После старения при температуре 850–1050 ° C карбиды M ₆ C имели неправильную форму. После старения при 1050 ° C вторичный внутригранулярный M ₂₃ C ₆ , по-видимому, растворился.Снижение вязкости и пластичности совпало с появлением внутризеренного M ₂₃ C ₆ и достигло минимума после старения при 850 ° C. Прочность и пластичность восстановились после старения при 1050 ° C. ²⁸

Сплав 230 характеризуется меньшими характеристиками по сравнению со сплавом 617. Основным известным крупномасштабным исследованием были испытания на растяжение и ползучесть, проведенные Haynes International. Время ползучести составляло от 15,3 до 28 391 час. Как и сплав 617, сплав 230 в настоящее время не соответствует требованиям для использования в Разделе III Кодекса ASME, хотя он разрешен в Разделе VIII, Разделе 1 (для неядерной службы).В настоящее время база данных для сплава 230 значительно меньше, чем для сплава 617, и требуется гораздо больше усилий для разработки корпуса кода сплава 230 для применения при повышенных температурах. Некоторые недавние данные о воздействии на окружающую среду прототипного химического состава VHTR приведены в следующих разделах, а характеристики ползучести – усталости показаны на рис. 9 и 10.

Сварка / Изготовление – Покрытия STEEL-IT

Сварка / Производство

УМЕНИЛИ ЛИ МЫ? ПОЛИУРЕТАН STEEL-IT СВАРОЧНЫЙ

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ СВАРОЧНИКИ СКАЗЫВАЮТ, ЧТО РАБОТАТЬ НА СТАЛЕ – ЭТО ТАК КАК СВАРКА НА ГОЛОМ МЕТАЛЛЕ

Профессиональные сварщики – это те, кто больше всего сомневается в возможности сварки на STEEL-IT или в том, что они получат чистый сварной шов.Но затем они пробуют это и говорят, что ничего подобного они не испытывали. Между прочим, это похоже на сварку голого металла, потому что после сварки TIG или MIG и сжигания полиуретановой смолы у них остается чистая нержавеющая сталь 316L.

СВАРКА ПОЛИУРЕТАНОМ STEEL-IT

Свариваемость полиуретана

STEEL-IT является весьма желанным преимуществом. Просто спросите производителей, которые экономят часы, зная, что, если им нужно отремонтировать или добавить вкладку, им не нужно стачивать STEEL-IT, как это они делали бы с краской или порошковым покрытием.Спросите архитекторов и строителей, которые могут быстро и легко изменить ситуацию. А когда они закончат сварку, спросите их, насколько они счастливы, что могут использовать удобный аэрозольный баллончик, чтобы подкрасить область, над которой они только что работали. Свежий слой STEEL-IT идеально сочетается с ним. Ничто не выглядит запятнанным. На самом деле, похоже, что они вообще никогда не работали.

Продукция для сварки и производства

ЧТО ГОВОРЯТ КЛИЕНТЫ

«Я слышал о STEEL-IT, применяемом в судостроении, и хотел попробовать.Он превзошел наши ожидания; нам действительно нравится этот материал. Поскольку нержавеющие чешуйки являются проводящими, вы можете сваривать их прямо над ними. В отличие от порошкового покрытия, на небольших трещинах легко увидеть трещины и быстро их исправить. После ремонта легко подкрасить участки; Он хорошо распыляется средним толстым слоем, который не растекается, как аэрозольная краска. После гонок на Baja 1000 детали, покрытые STEEL-IT, все еще выглядели как новые. Honda Ridgeline была построена с нуля, много раз наши клиенты заставляли нас строить свои автомобили поэтапно.STEEL-IT позволяет продолжить работу с того места, где вы остановились, без необходимости шлифовать краску или удалять ржавчину. Мы выполняем сварку методом сварки методом TIG, поэтому очень важно иметь хорошие поверхности для работы. Когда мы свариваем STEEL-IT, сварные швы получаются чистыми и прочными.

Джейсон ЛаФортюн, производитель гоночных автомобилей

Используйте стрелки влево / вправо для навигации по слайд-шоу или проведите пальцем влево / вправо при использовании мобильного устройства

Свариваемость нержавеющей стали – Испытания сварных конструкций Theteche.com

СВАРОЧНОСТЬ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Самым популярным процессом сварки, применяемым при сварке нержавеющей стали, является дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW или TIG). Это наиболее широко используемый процесс благодаря своей универсальности, высокому качеству и эстетическому виду готового сварного шва. Чистый аргон является наиболее популярным защитным газом, но смеси, богатые аргоном с добавлением водорода, гелия или азота, также используются для определенных целей.

Плазменно-дуговая сварка (PAW)

также используется для сварки нержавеющей стали.Он в основном используется в механизированных системах, где требуется высокая скорость и высокая производительность автогенной сварки стыковых соединений с квадратными кромками. После корневого шва PAW выполняется многопроходное заполнение шва. Газовая защита аргоном необходима для поддержания коррозионной стойкости нижнего валика.

Дуговая сварка экранированного металла (SMAW или MMA) – старейший из дуговых процессов. Наиболее широко используемые электроды с кислотным рутиловым покрытием обеспечивают перенос металла по типу дуги распылением, самовыделение шлака и эстетичный профиль сварного шва с мелкой волнистостью.Они в основном используются в нижнем положении при выполнении угловых и стыковых швов. Электроды с этим типом покрытия можно использовать на месте, но их применение и размер ограничены.

GMAW или MIG

Газовая дуговая сварка металла (GMAW или MIG) – это полуавтоматический процесс сварки, который можно использовать вручную или автоматически. Он используется благодаря своим характеристикам высокой производительности при сварке тонких материалов с использованием режима переноса металла «короткого замыкания» или переноса «струйной дугой» с более толстым материалом.Газовые смеси с добавлением кислорода, гелия, диоксида углерода и т. Д. Создают дугу для улучшения стабильности дуги и характеристик «смачивания» сварного шва.

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW или FCW) обеспечивает более высокие скорости наплавки, и возможно наложение наплавленного металла. Возможно значительное сокращение очистки и правки после сварки.

Дуговая сварка под флюсом (SAW) – это полностью механизированный процесс сварки дугой с защитой от проволоки и порошкового флюса, обеспечивающий высокую скорость наплавки, высокую скорость перемещения и высокое качество сварки.Он используется в непрерывных угловых и стыковых сварных швах вниз на толстых листах, трубах и резервуарах, а также в плакировке из нержавеющей стали компонентов из мягкой стали, особенно там, где используются длинные швы или длинные участки.

Лазерная сварка очень интенсивна и позволяет производить сварные швы с глубоким проплавлением толстых нержавеющих сталей с минимальной деформацией компонентов. В этом процессе используется оборудование с высокими капитальными затратами, и его использование зарезервировано для массового производства.

Общие указания по свариваемости деталей из нержавеющей стали

• Следует избегать чрезмерного тепловложения и высокой температуры между проходами сварных швов, чтобы снизить высокий коэффициент теплового расширения и низкую проводимость.В противном случае высокое тепловложение приведет к чрезмерной деформации и остаточному напряжению.
• Критерии проектирования и металлургические преобразования в результате сварки могут потребовать выбора несоответствующих сварочных материалов для достижения уровней ударной вязкости при криогенных температурах или повышенной коррозионной стойкости металла шва.
• По возможности важно зарезервировать производство исключительно для нержавеющих сталей. Кроме того, следует использовать защитное оборудование и инструменты, предназначенные для изготовления нержавеющей стали, чтобы избежать загрязнения от контакта с углеродистой сталью.
• Рекомендуется проконсультироваться с производителем основного материала или поставщика сварочных материалов.
• Если для получения обновленной информации о рекомендуемых составах газа требуется защитный газ, поставщик должен проконсультироваться с лицом, выполняющим сварку.
• При необходимости сварки новых марок материалов, особенно ферритных, мартенситных и дуплексных сплавов, за информацией о процедуре сварки и рекомендациями по присадочным материалам следует обращаться к производителю.
• Правка после сварки выполняется с помощью отборных паст или других коррозионных веществ.

В таблицах ниже показана свариваемость алюминия и ее сплавов, меди и ее сплавов, а также нержавеющих сталей.

Материал	Дуговая сварка	Кислородно-ацетиленовая сварка	Электронно-лучевая сварка	Сварка сопротивлением
Алюминий и алюминиевые сплавы	Обычное исполнение	Обычное исполнение	Обычное исполнение	Обычное исполнение
Медь и медные сплавы	Обычное исполнение	Обычное исполнение	Обычное исполнение	Обычное исполнение
Нержавеющая сталь	рекомендуется	Обычное исполнение	Обычное исполнение	рекомендуется

Что такое несвариваемые алюминиевые сплавы?

Что такое несвариваемые алюминиевые сплавы?

Q – Иногда я слышал, что некоторые алюминиевые сплавы упоминаются как несвариваемые.Что это значит? Существуют ли такие алюминиевые сплавы, и если да, то что делает их несвариваемыми?

A – Я начну с того, что скажу, что большинство сплавов на основе алюминия можно успешно сваривать дуговой сваркой при использовании правильных процедур сварки. Однако да, есть некоторые сплавы на основе алюминия, которые иногда называют несвариваемыми. Эти группы сплавов, которые мы обсудим далее, обычно хорошо известны как непригодные для дуговой сварки, и по этой причине их соединяют механически с помощью заклепок или болтов.Прежде чем мы начнем исследовать различные причины плохой свариваемости этих сплавов, мы должны начать с рассмотрения термина «несвариваемые». Это нестандартный термин, который иногда используется для описания алюминиевых сплавов, которые трудно поддаются дуговой сварке без возникновения проблем во время и / или после сварки. Эти проблемы обычно связаны с растрескиванием, чаще всего горячим, а иногда и коррозионным растрескиванием под напряжением (SCC).

Когда мы рассматриваем алюминиевые сплавы, которые попадают в эту категорию трудно свариваемых, мы можем разделить их на разные группы.

Сначала мы рассмотрим небольшой набор алюминиевых сплавов, которые были разработаны с учетом обрабатываемости, а не свариваемости. Сплавы, такие как 2011 и 6262, которые содержат 0,20-0,6 Bi, 0,20-0,6 Pb и 0,40-0,7 Bi, 0,40-7 Pb соответственно. Добавление этих элементов (висмута и свинца) к этим материалам в значительной степени способствует образованию стружки в этих сплавах без механической обработки. Однако из-за низких температур затвердевания этих элементов они могут серьезно снизить возможность успешного выполнения прочных сварных швов в этих материалах.

Существует ряд алюминиевых сплавов, которые весьма чувствительны к горячему растрескиванию при дуговой сварке. Эти сплавы обычно являются термообрабатываемыми сплавами и чаще всего встречаются в группах материалов серии 2xxx (Al-Cu) и серии 7xxx (Al-Zn).

Чтобы понять, почему некоторые из этих сплавов непригодны для дуговой сварки (несвариваемые), нам необходимо рассмотреть причины, по которым некоторые алюминиевые сплавы могут быть более восприимчивыми к горячему растрескиванию.

Горячее растрескивание или растрескивание при затвердевании возникает в алюминиевых сварных швах, когда присутствуют высокие уровни термического напряжения и усадка при затвердевании, когда сварной шов подвергается различной степени затвердевания.На чувствительность любого алюминиевого сплава к горячему растрескиванию влияет сочетание механических, термических и металлургических факторов.

Был разработан ряд высокоэффективных термически обрабатываемых алюминиевых сплавов путем комбинирования различных легирующих элементов с целью улучшения механических свойств материалов. В некоторых случаях комбинация требуемых легирующих элементов позволила получить материалы с высокой чувствительностью к образованию горячих трещин.

Диапазон когерентности

Возможно, наиболее важным фактором, влияющим на чувствительность алюминиевых сварных швов к горячим трещинам, является температурный диапазон когерентности дендритов, а также тип и количество жидкости, доступной во время процесса замораживания.Когерентность – это когда дендриты начинают сцепляться друг с другом до такой степени, что расплавленный материал начинает образовывать мягкую стадию.

Диапазон когерентности – это температура между образованием когерентных взаимосвязанных дендритов и температурой солидуса. Это можно назвать мягким интервалом во время затвердевания. Чем шире диапазон когерентности, тем более вероятно возникновение горячего растрескивания из-за накапливающейся деформации затвердевания между взаимосвязанными дендритами.

Сплавы серии 2ххх (Al-Cu)

Чувствительность к образованию горячих трещин в сплавах Al-Cu увеличивается по мере добавления Cu примерно до 3% Cu, а затем снижается до относительно низкого уровня при 4,5% Cu и выше. Сплав 2219 с 6,3% Cu показывает хорошее сопротивление горячему растрескиванию из-за относительно узкого диапазона когерентности. Сплав 2024 содержит примерно 4,5% Cu, что может изначально подтолкнуть нас к предположению, что он будет иметь относительно низкую чувствительность к образованию трещин. Однако сплав 2024 также содержит небольшое количество магния (Mg).Небольшое количество Mg в этом сплаве снижает температуру солидуса, но не влияет на температуру когерентности; следовательно, диапазон когерентности расширяется, а склонность к горячему растрескиванию увеличивается. Проблема, которую следует учитывать при сварке 2024, заключается в том, что тепло операции сварки позволит сегрегацию легирующих компонентов на границах зерен, а присутствие Mg, как указано выше, снизит температуру солидуса. Поскольку эти легирующие компоненты имеют более низкие фазы плавления, напряжение затвердевания может вызвать растрескивание на границах зерен и / или создать условия внутри материала, способствующие коррозионному растрескиванию под напряжением позже.Высокое тепловложение во время сварки, повторяющиеся проходы сварного шва и большие размеры сварных швов – все это может увеличить проблему сегрегации границ зерен (сегрегация зависит от температуры и времени) и последующей тенденции к растрескиванию.

Сплавы серии 7xxx (Al-Zn)

Серию сплавов 7ххх также можно разделить на две группы по свариваемости. Это типы Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu.

Сплавы Al-Zn-Mg , такие как 7005, лучше сопротивляются горячему растрескиванию и демонстрируют лучшие характеристики соединения, чем сплавы Al-Zn-Mg-Cu, такие как 7075.Содержание Mg в сплавах этой группы (Al-Zn-Mg) обычно увеличивает чувствительность к растрескиванию. Однако Zr добавляется для уменьшения размера зерна, и это эффективно снижает тенденцию к растрескиванию. Эта группа сплавов легко сваривается с присадочными сплавами с высоким содержанием магния, такими как 5356, что гарантирует, что сварной шов содержит достаточно магния для предотвращения растрескивания. Присадочные сплавы на основе кремния, такие как 4043, обычно не рекомендуются для этих сплавов, поскольку избыток Si, вводимый присадочным сплавом, может привести к образованию чрезмерного количества хрупких частиц Mg2Si в сварном шве.

Сплавы Al-Zn-Mg-Cu , такие как 7075, содержат небольшое количество меди. Небольшие количества Cu вместе с Mg расширяют диапазон когерентности и, следовательно, повышают чувствительность к трещинам. Подобная ситуация может возникнуть с этими материалами, как и со сплавами типа 2024. Напряжение затвердевания может вызвать растрескивание на границах зерен и / или создать в материале состояние, способствующее коррозионному растрескиванию под напряжением позже.

Будьте в курсе:

Следует подчеркнуть, что проблема повышенной подверженности горячему растрескиванию из-за увеличения диапазона когерентности не ограничивается только сваркой этих более восприимчивых основных сплавов, таких как 2024 и 7075.Чувствительность к образованию трещин может быть существенно увеличена при сварке несовместимых разнородных основных сплавов (которые обычно легко свариваются сами с собой) и / или путем выбора несовместимого присадочного сплава. Например, путем соединения идеально свариваемого основного сплава серии 2ххх с идеально свариваемым основным сплавом серии 5ххх или путем использования присадочного сплава серии 5ххх для сварки основного сплава серии 2ххх или присадочного сплава серии 2ххх на базовом сплаве серии 5ххх, мы можем создать такой же сценарий.