6.Технологические особенности cварки различных металлов и сплавов

Способность металлов и сплавов к сварке оценивают по их свариваемости. Под свариваемостью понимают возможность образования при сварке плотных герметичных швов с требуемыми прочностными и физико-химическими свойствами. Не все металлы и сплавы обладают хорошей свариваемостью. Обычно высокая теплопроводность, низкий коэффициент линейного расширения, нечувствительность к термическому изменению цикла, малая усадка обусловливают хорошую свариваемость металлов и сплавов.

Лучшей свариваемостью обладают металлы, способные образовывать друг с другом непрерывный ряд твердых растворов. Хуже свариваются металлы с ограниченном растворимостью в твердом состоянии. Совершенно нельзя сваривать методом плавления те металлы, которые вовсе взаимно не растворяются в твердом состоянии или образуют хрупкие соединения. Эти металлы подвергают сварке давлением или вводят при сварке промежуточный металл, который способен растворяться в обоих основных.

7.Сварка углеродистых и легированных сталей

Сварка углеродистой стали

На свариваемость сталей решающим образом влияют их химический состав. физические свойства и термическая обработка перед сваркой.

Углерод сильно влияет на качество сварного шва. Повышение содержания углерода сказывается на прочности, твердости и вязкости шва. С увеличением содержания углерода в стали сверх 0,3% повышается самозакаливаемость переходной зоны основного металла, и сталь становится более хрупкой. При газовой сварке влияние углерода проявляется значительно меньше, чем при дуговой.

Углеродистые конструкционные стали хорошо свариваются любым способом при содержании до 0.25 % С н удовлетворительно при содержании до 0.55% C. Для получения высокого качества сварных швов при электродуговой и газовой сварке этих сталей надо правильно выбирать режим сварки и обеспечивать надежную защиту наплавленного металла от воздействия воздуха.

Конструкционные стали при содержании углерода свыше 0.35% склонны к образованию закалочных трещин при сварке, требуют подогрева и последующей термической обработки. Применение присадочного металла с низким содержанием углерода позволяет избежать закалки шва; прочность шва можно обеспечить легированием металла навариваемого шва марганцем, кремнием и другими элементами в необходимых количествах. Фосфор при содержании более 0.04% повышает хрупкость сварного шва. Сера отрицательно влияет на свариваемость стали, вызывая красноломкость металла вследствие образования легкоплавкой эвтектики` которая располагается между зернами. С увеличением содержания серы (более 0.04%) наблюдается образование трещин особенно при газовой сварке.

Низкоуглеродистые стали сваривают покрытыми электродами при толщине металла от 2 до 40 мм стыковым и угловыми способами сварки. Автоматическую сварку целесообразно применять при Толщине от 2 до 50 мм для стыковых и угловых швов преимущественно большой протяженности. При толщине стали от 3 до 10 мм целесообразно применять сварку в защитных газах. При толщине металла от 20 до 1000 мм применяют злектрошлаковую сварку. Контактная сварка применяется для тонких листов от 0.001 до 5 мм.

Сварка легированной стали. При сварке легированной стали происходит выгорание легирующих элементов. выделение карбидов при нагреве, наблюдается самозакаливаемость наплавленного металла и металла переходной зоны, возникают усадочные напряжения и появляются трещины вследствие малой теплопроводности некоторых легированных сталей.

Для предотвращения или устранения указанных явлений при сварке легированных сталей рекомендуется не допускать их перегрева, строго соблюдать установленные режимы сварки. применять специальные составы флюсов и обмазок. подогревать изделия перед сваркой и проводить термообработку изделий после сварки.

Свариваемость низколегированной конструкционной стали перлитного класса в основном определяется содержанием углерода. При содержании до 0,2 % C сталь сваривается хорошо, при 0,35% C- удовлетворительно, при 0.4% C- ограниченно, а при содержании больше 0.4% С-очень плохо (необходим предварительный подогрев и последующий отжиг).

Хромистые нержавеющие стали содержат 12-14% Сr и 0,1-0,4% С. Свариваемость этих сталей (марок 1Х13, Х14) вполне удовлетворительна при содержании до 0,2% С. Они обычно имеют феррито-мартенситную структуру. При сварке необходимо применять защитные покрытия (для предотвращения выгорания хрома) или легировать присадочный металл или электроды хромом. Стали типа 2X13, 3X13 имеют мартенситную структуру. Сварку хромистой стали рекомендуется осуществлять электродуговым способом с обязательным подогревом металла перед сваркой и последующей термической обработкой. Хромистые стали после сварки становятся хрупкими; сварные швы не выдерживают больших деформаций. Вязкость сварных швов восстанавливают отжигом при 750-800°С. Предварительный подогрев до 200-300°С позволяет избежать образования трещин.

Хромистые стали с содержанием 17% Cr и выше рекомендуется сваривать после предварительного подогрева до 300°С, так как при этом несколько повышается вязкость металла.

Свариваемость хромистых сталей с содержанием 25-30% Cr вполне удовлетворительна. Однако металл сварного шва вследствие сильного роста зерен при высоких температурах сварки и образования внутренних напряжений приобретает низкие механические свойства. Для снятия внутренних напряжений после сварки применяют отжиг при 960-980°С. Для предотвращения роста зерен при сварив рекомендуется вводить в состав электродов или покрытий титан, ванадий и алюминий; отжиг после сварки производят при 900°С.

Хромоникелевые стали типа 18-8 (18-20% Cr и 8-10% Ni) можно сваривать всеми способами. Однако необходимо учитывать, что в этих сталях при их нагреве до 500-800°C выпадают карбиды хрома, располагающиеся по границам зерен аустенита; последний у границ зерен обедняется хромом и теряет коррозионную стойкость. В процессе эксплуатации этих сталей может наблюдаться межкристаллитная коррозия. Для предотвращения такой коррозии в сварных швах необходимо по возможности уменьшать в этих сталях содержание углерода и вводить в их состав некоторое количество титана и ниобия. Последующий за сваркой стабилизирующий отжиг (выдержка 2-3 ч при 850-900°С) повышает стойкость хромоникелевой стали против межкристаллитной коррозии. Закалкой в воде с 1050-1100°С также можно понизить склонность стали к этой коррозии; во время нагрева под закалку карбиды хрома растворяются в аустените и при быстром охлаждении не успевают выделиться по границам зерен.

При сварке марганцовистой стали (0,8-1.З% С и 12-14% Mn) происходит выделение карбидов из аустенита и даже возможно частичное превращение аустенита в мартенсит в зоне термического влияния. Это резко снижает пластичность металла и может сопровождаться образованием трещин. Для предотвращения этого явления сварку марганцовистой стали надо вести возможно быстрее или применять водяное охлаждение отдельных участков шва, т. е. стремиться уменьшить зону термического влияния.

Сварку марганцовистой стали выполняют электродами того же химического состава, что и химический состав основного металла, или электродами из марганцовоникелевой стали со специальным покрытием.