Сварка углеродистых конструкционных сталей

Повышение содержания углерода и введение легирующих элементов -в конструкционные стали приводят к замедлению распада аустенита при охлаждении сталей от температуры 723°С, Время охлаждения стали в интервале температур 723—500°С (температура наименьшей устойчивости аустенита) определяет структуру металла в околошовной зоне. Увеличение длительности охлаждения стали в этом интервале температур приводит к получению более устойчивых структур (перлит, сорбит). Уменьшение длительности — к получению троостита и мартенсита.

Наличие мартенсита в околошовной зоне всегда вызывает опасность появления трещин в этой зоне. Поэтому необходимо выбирать такой режим сварки, который гарантировал бы отсутствие трещин в околошовной зоне. Для каждой стали существует критическая длительность распада аустенита, при которой образуется структура, частично состоящая из мартенсита и частично из других более устойчивых структур (троостит, сорбит).

Наиболее характерна структура, в которой содержится 50% мартенсита. При увеличении содержания мартенсита сверх 50% наблюдается резкое увеличение твердости и склонности стали к образованию трещин. При уменьшении содержания мартенсита — такое же резкое уменьшение твердости и повышение вязкости стали. За величину критической длительности распада аустенита принимают такое время распада аустенита, при котором в структуре стали получается 50% мартенсита.

12.

Все конструкционные стали можно разбить на группы по их восприимчивости к закалке при сварке. Задачей выбора оптимального режима сварки конструкционной стали является подбор такого термического цикла сварки, при котором время распада аустенита будет больше критической длительности его распада. Увеличение погонной энергии, получаемое увеличением мощности дуги или уменьшением скорости сварки, увеличивает время распада аустенита.

Предварительный подогрев стали также увеличивает время распада аустенита. Увеличивая погонную энергию или применяя подогрев стали или пользуясь одновременно этими мерами, можно получить желаемое время распада аустенита. Одновременно с увеличением времени распада аустенита увеличение погонной энергии или подогрев стали увеличивают время роста зерна. Поэтому необходимо выбирать такой режим сварки, при котором отсутствует закалка на мартенсит, но и отсутствует чрезмерный рост зерна.

При выборе оптимального режима сварки следует учитывать содержание углерода в стали. Стали с содержанием углерода менее 0,16% при закалке на 100% мартенсита обладают еще достаточной вязкостью и поэтому обычно не требуют применения каких-либо мер для устранения мартенсита в околошовной зоне. Выбор оптимального режима сварки можно произвести опытным или расчетным путем. Наиболее обоснованным является применение так называемой пробы МВТУ. Испытаниями этой пробы устанавливают склонность стали к закалке и перегреву при различных режимах сварки, а также изменение механических свойств сталей, вызванное сваркой. Для испытания на лист исследуемой стали размером 220 X 500, толщиной 12—18 мм наплавляют валик при определенной погонной энергии. Берут несколько таких листов стали и наплавляют серию валиков при различных значениях погонной энергии так, чтобы при наплавке каждого последующего валика погонная энергия отличалась от предыдущего в 1,5—1,7 раза.

Время роста зерна сравнительно мало изменяется при подогреве стали. Поэтому увеличение времени распада аустенита лучше получать путем подогрева свариваемой стали, чем увеличением погонной энергии сварки. При автоматической и полуавтоматической сварке термический цикл зависит не только от погонной энергии и температуры подогрева, но и от величины проплавления свариваемых кромок. Поэтому все свариваемые соединения можно разбить на две группы.

1. Соединения с полным проплавлением свариваемых кромок (ПП).

2. Соединения с неполным проплавлением кромок (НП).

График показывает, что при уменьшении глубины проплавления или уменьшении толщины проплавляемых кромок время распада аустенита сильно уменьшается. Поэтому при сварке конструкционных сталей малых толщин, когда нельзя увеличивать погонную энергию сварки из-за опасности прожога кромок, единственной мерой предотвращения образования трещин является подогрев стали.

При сварке сильно прокаливающихся сталей следует каждый узел подвергать отпуску. Выбор присадочного материала зависит от условий службы конструкций. Для непрокаливающихся сталей, для слабо прокаливающихся и прокаливающихся сталей, для которых не ставится требований равно прочности со свариваемым металлом, следует применять присадочные материалы, дающие наиболее пластичный и вязкий наплавленный металл (например, электроды УОНИИ-13/45).

13.

Для слабо прокаливающихся и прокаливающихся сталей, которые после сварки не подвергаются термической обработке, но к сварным швам которых ставятся определенные требования в отношении прочности, следует применять присадочные материалы, дающие металл повышенной прочности (например, электроды УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65). Для прокаливающихся сталей, которые после сварки проходят термическую обработку и к металлу сварных швов которых ставятся требования равно прочности с основным металлом, следует применять специальный присадочный металл, имеющий примерно такое же количество углерода и такую же величину критической длительности распада аустенита, что и свариваемая сталь.