Свариваемость сталей

К рассматриваемой группе относятся стали, со­держащие углерода в пределах 0,25-0,50% и с суммарным легированием до 4%. Они относятся к высокопрочным сталям. При соответствующей термической обработке временное сопротивление сталей может составлять от 80 до 150 кгс/мм². Примеры марок стали - 35Х, 40Х, 35Г2, 40Г2, 50Г2, 30ХГТ, 30ХГНА, З0ХГСА и др. По чувствительности к термодеформационному циклу сварки к этой же группе можно отнести углеродистые стали (ст30, 35, 40, 50) и теплоустойчивые стали (молибденовое, хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые (20М, 20ХМ, З8ХМЮА, 25Х1М1 и др.).

Повышение содержания углерода, а также степени легирования стали увеличивает склонность стали к резкой закалке. Образуются хрупкие структуры в ЗТВ, способствуют образованию холодных трещин (ХТ). ХТ могут образовываться в процессе охлаждения или через некоторое время после полного остывания.

Для снижения скорости охлаждения в ЗТВ в интервале температур распада аустенита (800-500 °С) с целью получения в ней равновесных структур, обладающих некоторым запасом пластичности, применяется предварительный подогрев свариваемого изделия.

Вторым нежелательным эффектом воздействия сварочного термического цикла на низколегированную сталь с повышенным содержанием углерода является рост зерна на участках ЗТВ, где металл длительное время пребывал при температурах выше 1200°С. Поэтому выбор температуры по­догрева стали проводить с учетом склонности стали к росту зерна. Во многих сталях при всех скоростях охлаждения в околошовной зоне образуется мартенситная структура в таком количестве, при кото­ром пластичность металла будет низкой. Уменьшение скорости охлажде­ния ниже некоторого предела, не предупреждая образования мартенсита, приведет к значительному росту зерна, вызывающему резкое снижение пластичности. Следовательно, чрезмерно высокий подогрев не только не принесет пользы, а наоборот, может вызвать заметное ухудшение свойств (прежде всего ударной вязкости) металла ЗТВ. Поэтому температура подогрева в этом случае должна быть такой, которая гарантировала бы отсутствие трещин, а улучшение структуры производить строго регламен­тированной последующей термообработкой.

При разработке технологического процесса сварки сталей данного класса необходимо знать диапазон скоростей охлаждения металла ЗТВ (ω_охл), в котором не возникают трещины и получается удовлетворитель­ное сочетание механических свойств. Сварка на режимах, при которых ω_охл околошовной зоны выше верхнего предела, вызывает резкое сниже­ние пластичности металла ЗТВ за счет ее закалки. Режимы, при­водящие к слишком малой скорости охлаждения (ниже нижнего предела) снижают пластичность и вязкость вследствие чрезмерного роста зерна.

Для многих сталей известен диапазон скоростей охлаждения,
гарантирующих качественное сварное соединение.

Например 35ХГСА (2,5-6 °С при Т = 500°С); 40Х=2,5-3,7; 45ХМА-0,7*

З0Г 3,0 -7,0 З0ХМ - 8* * - время после окончания сварки
25ХН2 2^0-3,7 З5ХВФА 1,0-5,0 до проведения термообработки
25НЗ 0,8 -11,0 * жестко регламентировано.

Таким образом, при расчете параметров режима сварки закаливающихся сталей необходимо рассчитать режим свирки по условиям получения швов заданных геометрических размеров и формы; рассчитать действи­тельную скорость охлаждения ω_охл металла ЗТВ (в зависимости от условия проведения сварки) и результаты расчета сравнить с данными о допустимых скоростях охлаждения для данной стали; если действи­тельная скорость охлаждения металла ЗТВ при сварке на принятом режиме окажется выше верхнего предела допустимых скоростей, то не­обходимо рассчитать температуру предварительного подогрева или при­менить некоторые технологические приемы заполнения разделки кромок (двухдуговая сварка раздвинутыми дугами, каскадом, горкой и др.). Если сталь склонна к значительному росту зерна, а действительная скорость охлаждения металла ЗТВ по расчету оказалась меньше ниж­него предела допустимых, следует увеличить число слоев в шве, и сварить их длинными швами. При выборе новых режимов следует опреде­лить действительные скорости охлаждения.

В том случае, если отсутствуют сведения по допускаемой скорости охлаждения ОШЗ при сварке стали, можно пользоваться диаграммой изотермического распада аустенита для приближенного определения до­пустимой скорости охлаждения в субкритическом интервале температур (если отсутствуют специальные диаграммы анизотермического превраще­ния для данной стали).

Рис.1

Пользуясь диаграммой изотермического распада, можно приближенно рассчи­тать скорость охлаждение в субкритическом интервале температур, обеспечивающую полное или частичное отсутствие закалки металла в околошовной зоне.

(2.1)

где Т₁ - температура, соответствующая точке Ас₁ (начала распада аустенита.);

Т_m - температура min устойчивости аустенита (определяется по изотермической диаграмме);

t_min- min продолжительность полного изотермического, распада аустенита, с

55 - поправка на непрерывность процесса охлаждения.

коэффициент 3 учитывает поправку на непрерывность охлаждения и и замедление распада аустенита из-за роста зерна.

Для определения скорости охлаждения и время пребывания металла околошовной зоны в определенном интервале температур можно пользо­ваться зависимостями, приведенными по курсу ТСП.

Для приближенной оценки необходимости и температуры подогрева перед сваркой можно пользоваться так называемым полным эквивален­том углерода С_э, определяемый по формуле:

С_э = (С+Mn/6 + Si/24 + Ni/10 + Cr/5 + Mo/4 + V/14 + 5B) (1 + 0,005d) (2.2)

после определения полного эквивалента углерода рассчитывают температуру предварительного подогрева.

Т_П = 350 (2.3)

Для получения сварных соединений, обладающих высокой работоспособностью, после сварки, как правило, необходима термообработка для восстановления свойств 0ШЗ.