Свариваемость металлов и сплавов
Способность металлов и сплавов к сварке оценивается по их свариваемости.
Свариваемостью называется свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Свариваемость сталипринято оценивать по следующим основным показателям:
1 Склонности металла к образованию горячих и холодных трещин.
2 К изменению структуры в околошовной зоне и образованию закалочных структур.
3 Соответствию физико-механических свойств сварного соединения техническим условиям.
На свариваемость большое влияние оказывает химический состав свариваемого и присадочного металла. Чтобы яснее представить характер влияния на свариваемость стали различных факторов, рассмотрим строение сварного соединения углеродистой стали [6, рис.105].
Сильное тепловое воздействие сварочной дуги вызывает резкое изменение химического состава, структуры и механических свойств металла шва (по сравнению с электродным присадочным металлом) и участка основного металла, прилегающего ко шву (по сравнению с удаленными зонами основного металла, не подвергаемыми термическому воздействию). Эти изменения влияют на качество сварного соединения. Металл шва, как правило, имеет литую крупнозернистую структуру, обладающую пониженной пластичностью. Измельчение структуры шва достигается легированием шва элементами-модификаторами либо специальными технологическими приемами.
Зону основного металла, прилегающую ко шву, называют зоной термического влияния (З.Т.В.).
В этой зоне различают шесть характерных участков [6, рис.105].Наиболее опасными являются первые два.
1 Участок неполного расплавления (зона сплавления).В нем происходятдиффузионные процессы и поглощение газов.
2 Участок перегрева –характеризуется крупнозернистой структурой с низкими механическими свойствами. Этот участок особенно опасен для сталей, склонных к закалке. Здесь наблюдается образование закалочных структур, повышение твердости [6, рис.106], падение пластичности и, как следствие, холодные трещины.
Свариваемость углеродистой стали изменяется в зависимости от содержания основных легирующих элементов и примесей.
Углероднаиболее заметно ухудшает свариваемость. С увеличением содержания углерода в З.Т.В. появляются закалочные структуры и трещины, шов получается пористым.
Сера и фосфорявляются вредными примесями и приводят к появлению холодных и горячих трещин.
Газы (O2, N2, H2)ухудшают свариваемость (особенно заметно – водород, приводит к появлению холодных трещин).
Влияние основных легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo) на свариваемость зависит от их содержания в стали.
Для металлов с пониженной свариваемостью характерно образование горячих [6, рис. 107, а] или холодных [6, рис. 107, б] трещин в шве и З.Т.В.
На стойкость сварных соединений против образования трещин оказывает влияние развитие сварочных напряжений и деформаций. Снижение внутренних деформаций и напряжений – один из путей предупреждения трещин. Это достигается уменьшением геометрической жесткости свариваемых заготовок, исключением закрепления при сварке, применением предварительного подогрева для выравнивания температур по объему изделия, использованием высокого отпуска изделия непосредственно после сварки. Для снижения внутренних сварочных напряжений и деформаций служит также метод создания обратных деформаций, состоящий в придании изделию предварительных деформаций, обратных сварочным деформациям.
5.5.2 Сварка углеродистых и легированных сталей
Низкоуглеродистые и низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью и свариваются всеми способами без особых трудностей.Углеродистые и легированные стали с содержанием углерода более 0,3%(например, 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др.) склонны к закалке в З.Т.В. при типовых режимах сварки и, таким образом, очень чувствительны к образованию холодных трещин.
Для обеспечения получения качественного сварного соединения необходимы:
1) предварительный и последующий подогрев деталей до температуры 100…350 0С;
2) прокалка электродов и флюсов при температуре 400…450 0С, осушение защитных газов перед сваркой (предупреждает попадание водорода);
3) термообработка после сварки (низкий и высокий отпуск).
Контактную сварку таких сталей выполняют на мягких режимах.
5.5.3 Сварка высоколегированных сталей
К ним относятся стали, содержащие более 8…10% легирующих элементов. При сварке этих сталей наблюдается образование карбидов и их выделение по границам зерен, образование закалочных структур, выгорание легирующих элементов, образование трещин (холодных и горячих). Во избежание этих явлений необходимо:
1) сварку проводить с предварительным подогревом (150…400 0С);
2) не допускать перегрева металла (сварка на малой погонной энергии);
3) применять специальные составы флюсов и электродных материалов (способствует измельчению зерна);
4) применять термообработку после сварки (высокий отпуск или отжиг).
5.5.4 Сварка чугуна
Сварка чугуна производится при исправлении брака в чугунных отливках, при ремонтных работах (заварке трещин), а также при изготовлении сварно-литых конструкций из высокопрочных чугунов.
Чугун – трудно свариваемый сплав.
Основные трудности сварки:
1) образование в сварном соединении зоны отбеливания (структуры цементита) в связи с большой скоростью охлаждения расплавленного чугуна;
2) возникновение трещин при местном нагреве;
3) выгорание углерода и образование пор;
4) образование шлаковых включения кремнезема;
5) неоднородность механических свойств вследствие структурной неоднородности (феррит, перлит, цементит и др.).
Применяют два основных способа сварки чугуна – горячую и холодную сварку.
Горячая сварка производится с предварительным и сопутствующим подогревом деталей до 400…700 0С. Детали подогревают в печах. Применяется ручная или полуавтоматическая дуговая сварка, электрошлаковая, а также науглероживающим газовым пламенем. После сварки деталь медленно охлаждают вместе с печью или засыпают песком, шлаком, накрывают асбестом и т.д. для уменьшения скорости охлаждения.
В качестве сварочных материалов используют чугунные электроды изсерого чугуна, медь и ее сплавы, буру (Na2B4O7).
Холодная сваркапроизводится без подогрева стальными медно-железными, медно-никелевыми электродами, электродами из аустенитного чугуна, а также порошковыми и сплошного сечения проволоками на железоникелевой основе (например, ПАНЧ-11) с добавлением модификаторов.
Стальные электроды используют при ремонте неответственных деталей, для ответственных: монельметалл (70% Ni, 28%Cu, Fe-остальное), мельхиор (80% Cu, 20% Ni), ПАНЧ – 11(90% Ni, 10% Fe, 0,25% Ce).
Применяют также сварку с местным нагревом до температуры 250…450 0С и замедленным охлаждением изделия после сварки – полугорячую.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 1877;