Влияние углерода и легирующих элементов на технологическую свариваемость сплавов железо - углерод

По свариваемости (ГОСТ 29273-92*), стали разделяют на четыре группы: хорошо свариваемые, удовлетворительно свариваемые, ограниченно свариваемые, плохо свариваемые.

Углерод в сталях может находиться в виде цементита (Fe₃C), а в чугунах в виде цементита и в свободном состоянии (графит). В сталях количество цементита пропорционально количеству углерода. Цементит повышает сопротивление движению дислокаций, уменьшает пластичность и вязкость сплавов. С увеличением содержания углерода возрастают твердость, пределы прочности и текучести; уменьшаются относительное удлинение, ударная вязкость и трещиностойкость. Вследствие этого углерод при содержании в стали до 0, 25% не ухудшает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость резко ухудшается, так как в зоне термического влияния образуются закалочные структуры, приводящие к трещинам. Применение средне- и высокоуглеродистых присадочных материалов приводит к пористости шва.

Легирующие элементы по-разному влияют на свариваемость стали.

Карбидообразующие элементы - элементы, обладающие химическим сродством к углероду и образующим с ним карбиды.

Эти элементы способствуют появлению закалочных структур и повышенному риску трещинообразования в сварном шве и в околошовной зоне. к карбидообразующим элементам относятся титан, марганец, хром, молибден, ванадий, ниобий.

при содержании хрома до 2% образуется легированный цементит (FeCr)₃C. при содержании хрома в пределах 2…10% образуется специальный карбид (CrFe)₇C₃. при повышении содержания хрома до 10…12% образуются сложные карбиды(Cr, Fe)₂₃C₆. Эти карбиды ухудшают коррозионную стойкость стали, резко повышают твердость в зоне термического влияния, интенсифицируют образование тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки.

Молибден и вольфрам образуют в сталях сложные карбиды: Fe₃Mo₃C(Fe₂Mo₂C) и Fe₃W₃C (Fe₂W₂C). Молибден измельчает зерно, способствует образованию трещин в зоне термического влияния. При сварке, молибден активно окисляется и выгорает. Вольфрам способствует появлению закалочных структур и активно окисляется, чем препятствует сварке.

Марганец повышает прочность стали, не снижая ее пластичности. Марганец при содержании в стали 1, 8…2, 5% способствует появлению закалочных структур, что повышает опасность появления холодных трещин при сварке. При содержании в стали 11…16%, марганца, он интенсивно выгорает.

Титан и ниобий способствуют образованию горячих трещин.

Ванадий способствует появлению закалочных структур, чем затрудняет сварку. Ванадий при сварке активно окисляется и выгорает.

Графитизирующиеэлементы: - элементы которые не образуют карбидов, находятся в стали в твердом растворе (в аустените или в феррите). Обычно эти элементы снижают устойчивость карбида железа (цементита), способствуя его распаду на феррит и свободный углерод (графит). кграфитизирующим элементам относятся кремний и никель.

Кремний дегазирует сталь, повышает ее плотность и предел текучести. Это существенно снижает способность стали к глубокой вытяжке, особенно в холодном состоянии.Кремний при содержании в стали от 0, 02 до 0, 3% не вызывает ухудшения свариваемости. При содержании и в стали кремния от 0, 8 до 1, 5% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Никель увеличивает пластические и прочностные свойства стали, измельчает зерна, не ухудшает свариваемость.

Виды сварных соединений и швов

Сварные соединения

В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов различают стыковые, тавровые, угловые и нахлесточные соединения (рис. 1.6).

Стыковое соединение - сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис. 1.6, а).

Рис. 1.6. Сварные соединения: а – стыковые; б – тавровые; в – угловые; г – нахлесточные; 1 - стыковой шов; 2 – угловой шов

Стыковое соединение может быть получено при сварке листов как одной, так и разной толщины.

Если свариваются листы различной толщины, то при разнице в толщине сопрягаемых листов выше 2–5 мм (в зависимости от толщины свариваемого металла) на более толстом листе делается скос с одной или двух сторон до толщины меньшего листа.Стыковые соединения – наиболее распространены. они имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках. Их применяют при сварке листовых материалов, уголковых профилей, швеллеров.

Тавровое соединение - сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент (рис. 1.6, б).

Соединения применяют при производстве пространственных конструкций. Этисоединения плохо работают при переменных и ударных нагрузках. Подготовка кромок (одно или двух сторонний скос кромок) обеспечивает полный провар соединяемых заготовок, что обеспечивает хорошую прочность при любых нагрузках.

Угловое соединение - соединение двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 1.6, в).

Какправило, эти соединения применяют в качестве связующих элементов.

Нахлесточное соединение - сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга (рис. 1.6, г).

Соединения внахлестку применяют при сварке листовых материалов. Эти соединения хуже переносят ударные и знакопеременные нагрузки и не экономичны. Их достоинством является простая подготовка и сборка под сварку.

Соединяя заготовки (элементы) сварным швом получают сварную конструкцию.

Сварной шов (СШ) - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетанием кристаллизации и деформации.

В зависимости от вида сварного соединения различают следующие виды сварных швов: стыковой шов 1 – шов стыкового и (иногда) таврового соединения; угловой шов2 – шов углового, нахлесточного или таврового соединения; пробочный и прорезной шов.

Пробочные швы (1.7, а) по своей форме в плане (вид сверху) обычно имеют круглую форму и получают в результате полного проплавления верхнего и частичного проплавления нижнего листов (такие швы часто называют электрозаклепками), либо путем проплавления верхнего листа через предварительно проделанное в верхнем листе отверстие.

Рис. 1.7. Пробочные (а) и прорезные (б) сварные швы.

Прорезные швы (рис. 1.7, б) обычно имеют удлиненную форму. Они выполняютсяпутем приварки верхнего (накрывающего) листа к нижнему угловым швом по периметру прорези. В отдельных случаях прорезь может заполняться полностью.

По расположению в пространстве различают горизонтальные, вертикальные, потолочные и нижние сварные швы.

Сочетание потолочного шва с вертикальным называется полупотолочным швом.

В зависимости от направления действия внешнего усилия различают (рис. 1.8) швы: фланговые, лобовые, комбинированные и косые. Во фланговом шве внешнее усилие действует параллельно оси шва; в лобовом – перпендикулярно; в косом – под углом.

Рис. 1.8. Классификация сварных швов по направлению действия на них усилий Р: а - продольный (фланговый); б - поперечный (лобовой); в - комбинированный; г - косой.

По форме наружной поверхности шва различают нормальные (плоская поверхность), выпуклые и вогнутые швы. Сварные соединения с выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках, но они металлоемки. Сварные соединения с нормальными и вогнутыми швами лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках.

По конфигурации различают прямолинейные, кольцевые, замкнутые и разомкнутые швы.

По протяженности различают сплошные и прерывистые швы. Прерывистые швы делятся на: короткие, средние, длинные, цепные и шахматные. По характеру выполнения различают односторонние и многосторонние швы

В зависимости от количества проходов (слоев), необходимых для выполнения проектного сечения шва, различают однопроходный (однослойный) и многопроходный (многослойный) швы (рис. 1.9).

Шов, свариваемый с одной стороны, называют односторонним, с двух сторон – двусторонним. Если сечения обоих швов при двусторонней сварке примерно равны между собой, то такой шов называют симметричным, если же сечения одной стороны шва больше сечения другой стороны – несимметричным. При этом слой большего сечения называется основным, а слой меньшего сечения – подварочным. Подварочный шов служит для провара корня шва. Какой шов сваривают первым, зависит от конкретных условий сварки.

Рис. 1.9. Поперечные сечения стыковых и угловых швов: а, г – однопроходных; б, д – многопроходных; в – многослойных; I – VI – слои; 1 – 6- проходы.

В зависимости от формы свариваемых кромок различают сварку без разделки (скоса) кромок и сварку с разделкой (скосом) кромок (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Форма подготовки кромок и сборки свариваемыхэлементов: а – стыковых; б – угловых; в – тавровых; г – нахлесточных.

Отбортовку кромок применяют при сварке пластичных металлов толщиной до 3, 0 мм. Высоту отбортовки в большинстве случаев применяют равной удвоенной толщине свариваемых элементов. Радиус изгиба при отбортовке обычно принимают равным толщине свариваемых кромок. Отбортовка кромок упрощает сварку металла малых толщин. В этом случае, как правило, не требуется присадочный металл.

Разделку кромок применяют для обеспечения их проплавления на всю толщину и для регулирования состава металла шва. Разделку кромок характеризуют углом скоса a или углом раскрытия кромок 2a и притуплениемс.

Выбор элементов подготовки кромок и их формы в основном определяется толщиной свариваемого металла, его теплофизическими свойствами и способом сварки. Для различных условий сварки a=5–35°, с=1–8 м. Величина зазора b при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, способом сварки, формой подготовки кромок и обычно составляет 0–5 мм. Увеличение зазора (в указанных пределах) способствует более глубокому проплавлению металла. Как правило, угол скоса кромок и зазор определяют глубину проплавления, а наличие притупления предотвращает прожоги в вершине шва.

контрольные вопросы

1. по каким признакам классифицируют различные способы сварки?

2. Что такое «энергия активации поверхности»?

3. Какие температурные участки можно наблюдать в области сваривания?

4. Что такое сварка плавлением?

5. Что такое сварка с применением давления?

6. Как влияют сера и фосфор на качество сварки?

7. Как образуются горячие трещины в сварном шве?

8. Как влияют хром, молибден и ванадий на свариваемость сталей?

9. Что такое «зона термического влияния»?

10. В чем разница между холодными и горячими трещинами?

11. Какие виды сварных соединений Вы знаете?

12. Зачем применяют разделку кромок?

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: