Сварка аустенитных сталей (Б. Ф. Якушин)

из "Сварка Резка Контроль Справочник Том2 "

Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050-88 и 4543-71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы применяют для изготовления конструкций в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из них, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке. Механические свойства некоторых углеродистых сталей обычного качества и качественных сталей приведены в табл. 10.2 и 10.3. [c.11]
Углеродистые стали марок ВСтЗГпс, ВСт5Гпс, 15Г, 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют их свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает ее порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкции. [c.13]
Основные сведения о свариваемости. [c.13]
Эти стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и ОШЗ должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов, особенно при сварке ответственных конструкций. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно отличаться стойкостью к переходу в хрупкое состояние. Иногда к сварному соединению предъявляются дополнительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т.д.). [c.13]
Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Как правило, при сварке низкоуглеродистых сталей металл шва и зона термического влияния (ЗТВ) имеет феррритно-перлитнзто или сорбитообразную структуру. [c.13]
Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и электродного металлов в образовании шва и взаимодействий между металлом и шлаком и газовой фазой. При сварке рассматриваемых сталей состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла (табл. 10.4). В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрыгие или флюс марганцем и кремнием. [c.13]
Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности (рис. 10.1), однако при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предварительно сваренные швы. [c.13]
При сварке углеродистых сталей на участке неполного расплавления металл нагревается в интервале температур между линиями солидуса и ликвидуса, отчего частично расплавляются (оплавляются) зерна металла. Пространство между нерасплавившимися зернами заполняется жидкими прослойками расплавленного металла, который может содержать элементы, вводимые в металл сварочной ванны. Это может привести к тому, что состав металла на этом участке будет отличаться от состава основного металла, а из-за нераспла-вившихся зерен основного металла - и от состава наплавляемого металла. [c.14]
Увеличению химической неоднородности металла на этом участке способствует и слоистая ликвация, а также диффузия элементов, которая может происходить как из основного нерасплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. По существу, этот участок и является местом сварки. Несмотря на его небольшую протяженность, свойства металла в нем могут существенно влиять на свойства всего сварного соединения. [c.15]
На участке перегрева в результате нагрева в интервале температур от 1100... 1150 °С до температур линии солидуса металл полностью переходит в состояние аустенита. При этом растет зерно, размеры которого увеличиваются тем более, чем больше нагрев металла превышает температуру точки Асз. Даже при непродолжительном пребывании металла при температурах 1100 °С значительно увеличивается размер зерен. После охлаждения это может привести к образованию неблагоприятной видманштеттовой стр) ктуры. На з частке нормализации (полной перекристаллизации) металл нагревается ненамного выше температур точки Асз, и поэтому он имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. На участке неполной перекристаллизации металл нагревается до температур между точками АС] и Асз, поэтому данный участок характеризуется почти неизменившимися первоначальными ферритными и перлитными зернами и более мелкими зернами феррита и перлита после перекристаллизации, а также сфероидизацией перлитных участков. [c.15]
На участке рекристаллизации металл нагревается от 500...550 °С до температуры точки Ась и поэтому по стр)тстуре он мало отличается от основного. Если до сварки металл подвергается пластической деформации, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен основного металла - рекристаллизация. При значительной выдержке при этих температурах может произойти весьма заметный рост зерен. Механические свойства металла этого участка могут несколько снизиться вследствие разупрочнения из-за снятия наклепа. [c.15]
При многослойной сварке ввиду многократного воздействия термического цикла сварки на основной металл в ОШЗ строение и структура ЗТВ несколько изменяются. При сварке длинными участками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвергается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и ОШЗ длительное время находятся в нагретом состоянии. Кроме изменения структур это увеличивает и протяженность ЗТВ. При сварке термически упрочненных сталей на з частках рекристаллизации и синеломкости может произойти отпуск металла, характеризующийся структурой сорбита отпуска, с понижением его прочностных свойств. При сварке следует принять меры, предупреждающие разупрочнение стали на участке отпуска. [c.15]
При газовой сварке структурные превращения в металле шва и ОШЗ характеризуются образованием типичной для литого металла крупнокристаллической структуры с равновесными зернами неправильной формы. Чем меньше перегрев металла шва при сварке и чем больше скорость охлаждения, тем меньше зерно и тем выше его механические свойства. Поэтому сварку целесообразно вести с максимально возможной скоростью. ЗТВ состоит из тех же характерных участков, что и при дуговой сварке. Однако ширина участков ЗТВ значительно больше вследствие менее концентрированного тепловвода и более медленного охлаждения. Ширина ЗТВ (до 28 мм) зависит от толщины свариваемого металла, способа и режима сварки. [c.15]
Рассмотренное выше разделение ЗТВ является приближенным. Переход от одного структурного участка к другому сопровождается промежуточными структурами. Кроме того, диаграмма железо - углерод здесь рассмотрена статично, в какой-то момент существования сварочной ванны. В действительности температура в точках ЗТВ изменяется во времени в соответствии с термическим циклом сварки. [c.16]
Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла ОШЗ зависят от конкретных условий сварки и вида термической обработки стали до сварки. При сварке низкоуглеродистых горячекатаных (в состоянии поставки) сталей при толщине металла до 15 мм на обычных режимах, обеспечивающих небольшие скорости охлаждения, структуры металла шва и ОШЗ примерно такие, какие были рассмотрены выше. Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсированных режимах металла увеличенной толщины, а также однопроходных угловых швов при отрицательных температурах и т.д. может привести к появлению в металле шва и на участках перегрева полной и неполной рекристаллизации в ОШЗ закалочных структур. Повышение содержания в стали марганца увеличивает эту вероятность. При этих условиях даже в случае сварки горячекатаной низкоуглеродистой стали марки ВСтЗ не исключена возможность получения в сварном соединении закалочных структур. Если эта сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение -закалку, то в ЗТВ шва на участках рекристаллизации и синеломкости будет наблюдаться отпуск металла, т.е. снижение его прочностных свойств. Изменение этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки. [c.16]
сваренные на низкоуглеродистых сталях всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Однако при сварке на углеродистых сталях с содержанием 0,20 % С угловых швов и валика корня шва в многослойных швах, особенно с повышенным зазором, возможно появление в металле шва кристаллизационных трещин, что связано в основном с неблагоприятной формой провара (узкой, глубокой). Все )тлеродистые стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Обычно не имеется затруднений, связанньк с возможностью возникновения холодных трещин, вызванных образованием в шве или ОШЗ закалочных структур. Однако в сталях, содержащих углерод 0,25 % С или повышенное количество марганца, вероятность появления холодных трещин в указанных зонах повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждение трещин достигается предварительным подогревом до 120...200 °С. Предварительная и последующая термическая обработка на низкоуглеродистых сталях, использующихся в ответственных конструкциях, служит для этой цели, а также позволяет получить необходимые механические свойства сварных соединений (высокую прочность или пластичность либо их необходимое сочетание). [c.17]
Примечания. 1. В числителе приведены механические свойства последнего шва при многослойной автоматической сварке под флюсом в знаменателе - механические свойства металла шва при ЭШС. [c.17]
Подготов1су кромок и сборку соединения под сварку проводят в зависимости от толщины металла, типа соединения и способа сварки согласно соответствующим государственным стандартам или техническим условиям. Свариваемые детали для фиксации положения кромок относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в универсальных или специальных сборочных приспособлениях либо с помощью прихваток. Длина прихватки зависит от толщины металла и изменяется в пределах 20... 120 мм при расстоянии между ними 500...800 мм. Сечение прихваток равно уз сечения шва, но 25... 30 мм . Прихватки выполняют покрытыми электродами или на полуавтоматах в углекислом газе. При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины из-за высокой скорости теплоотвода. Перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаляют другим способом. При ЭШС детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Взаимное положение деталей фиксируют скобами, установленными на расстоянии 500... 1000 мм друг от друга, удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой сварки и ЭШС в начале и конце шва устанавливают заходные и выходные планки. [c.18]
Примечание. Массовая доля серы 0,04, фосфора 0,03 %. [c.18]
При сварке возможно выгорание углерода, марганца и кремния, что снижает механические свойства металла шва. Для уменьшения этого целесообразна проковка шва в горячем состоянии, а при сварке металла большой толщины - последующая термообработка (нормализация, низкотемпературный отжиг). [c.19]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...