Общие сведения о свариваемости металлов

В современном машиностроении, наряду с обычной малоуглеродистой сталью, широко применяются металлы и сплавы, обладающие высокими механическими или специальными физическими свойствами, такими, как жаропрочность, коррозионная стойкость и т. д. Несмотря на высокие эксплуатационные свойства этих материалов, сварка их в большинстве случаев связана с определенными трудностями. К таким металлам и сплавам относятся углеродистые и легированные стали (конструкционные и теплоустойчивые), высоколегированные стали (нержавеющие и жаропрочные), чугун, медь, алюминий, магний и их сплавы, активные металлы.

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов соединяться с помощью того или иного метода сварки; при этом сварные соединения должны обладать теми же свойствами, что и свариваемый металл, и не иметь дефектов в виде трещин, пор, неметаллических включений и т. п.

Наиболее часто встречается неоднородность в свойствах сварного шва, околошовной зоны и основного металла, обусловленная различием в структуре, величиной зерна и другими причинами. Сварочный термический цикл в околошовной зоне характеризуется нагревом металла до высоких температур и значительными скоростями охлаждения. При сварке углеродистых и легированных сталей происходит закалка околошовной зоны. Закаленная околошовная зона имеет более высокую твердость и пониженную пластичность по сравнению с основным металлом и сварным швом (рис. 198).

Рис. 198. Распределение твердости по сварному соединению стали 50ХФА: 1 — сварной шов; 2 — зона термического влияния; 3 — основной металл.

Следствием плохой свариваемости металлов являются трещины, которые разделяются на горячие и холодные. Горячие трещины образуются главным образом в сварных швах в процессе их кристаллизации в результате развития внутренних деформаций. Горячие трещины наблюдаются в сталях, алюминиевых и медных сплавах и др. (рис. 199).

Рис. 199. Горячие трещины в сварном шве.

Качественная оценка сопротивляемости металла образованию горячих трещин при сварке может быть произведена путем сварки жестких образцов, так называемых «технологических проб» (рис. 200). Материалы, получившие при сварке проб горячие трещины, считаются склонными к трещинообразованию. Один из способов количественной оценки сопротивляемости металла образованию горячих трещин при сварке заключается в испытании сварных образцов на специальной испытательной машине (рис. 201). Испытание образцов ведется таким образом, что кристаллизующаяся сварочная ванна подвергается деформации растяжения. Скорость растяжения, вызывающая образование горячих трещин в образце, является критической и служит количественно оценкой сопротивляемости металла сварного шва образованию трещин.

Рис. 200. Крестовая «технологическая проба» 1, 2, 3 и 4 —  порядок наложения сварных швов.

Рис. 201. Схема машины для определения сопротивляемости металла сварного шва образованию горячих трещин при сварке: 1 — разрезной образец (испытывается в момент нахождения сварочной ванны в разрезе); 2 — захваты машины; 3 — механический привод, обеспечивающий деформирование образцов с различной скоростью.

Холодные трещины возникают в околошовной зоне после полного затвердевания сварного шва в период завершения охлаждения или последующего вылеживания сварной конструкции (рис. 202).

Рис. 202. Холодные трещины в околошовной зоне сварного соединения.

Холодные трещины образуются в сталях перлитного и мартенситного классов, если в процессе сварки происходит частичная или полная закалка околошовной зоны. Холодные трещины возникают под действием остаточных сварочных и структурных напряжений, которые постоянно действуют в сварной конструкции. На снижение сопротивляемости сталей образованию холодных трещин оказывает влияние водород, попадающий из электродных покрытий и флюсов в металл шва.

Наиболее простой качественный способ определения сопротивляемости сталей образованию холодных трещин заключается в сварке технологических проб. Количественный метод оценки сопротивляемости сталей образованию холодных трещин при сварке состоит в механическом испытании сварных образцов непосредственно после сварки постоянной длительно действующей нагрузкой. В специальных установках сварные образцы небольших размеров нагружаются грузами (рис.203). Под действием груза образцы выдерживаются в течение 20 часов. Величина напряжений в образце, при которой возникают холодные трещины, является критической и служит для оценки сопротивляемости сталей образованию трещин.

Рис. 203. Схемы установок для определения сопротивляемости сталей образованию холодных трещин при сварке: а — испытание стыкового образца: 1 — образец; 2 — захваты машины; 3 — блок; 4 — груз; б — испытание таврового образца; 1 — образец; 2 — рычаг с вилкой: 3 — система блоков; 4 — груз.

В настоящее время почти все металлы и сплавы свариваются. Однако в ряде случаев для получения сварных соединений высокого качества необходимо применять сложные технологические приемы (подогрев, отжиг и т. п.). В зависимости от этого все материалы можно подразделить на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо сваривающиеся.

К хорошо сваривающимся относятся малоуглеродистые и низколегированные стали марок Сталь 25, 15НМ, 20Х и др.

Удовлетворительно свариваются стали марок: Сталь 35, 25ХНМА, 20ХГС и др. При сварке этих сталей необходимо строго соблюдать режим сварки, иногда их нужно подогревать до 100 — 150°.

К ограниченно сваривающимся относятся материалы, которые требуют для получения качественных соединений специальных сварочных материалов, подогрева до 150 — 350°, термообработки и т. п. К таким материалам относятся стали марок: Сталь 45; 30ХГС, 35ХНМ и др.

К плохо сваривающимся относятся материалы, которые, хотя и свариваются некоторыми способами с применением сложных технологических приемов, однако имеют пониженное качество сварных соединений. Плохо сваривающимися являются стали 50Г2, 50ХФА и др.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр