Файл: Лекция Классификация сталей по свариваемости. Цель лекции формирование знаний по теме.pdf

1
Тема 1.4. Сварка углеродистых, легированных сталей и чугунов
Лекция 1.
Классификация сталей по свариваемости.
Цель лекции: формирование знаний по теме
Классификация сталей по
свариваемости.
Выделяют большое количество параметров, которые определяют основные свойства металла. Среди них выделяют показатель свариваемости. При плохом показателе свариваемости провести сварку сложно, в некоторых случаях даже невозможно.
Основные критерии, устанавливающие свариваемость
Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его. Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Определено, что при содержании углерода в сталях до 0,25% его влияние на свариваемость незначительно. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин, и делает сварку сплавов трудной или даже невозможной
К другим особенностям, которые касаются свариваемости сталей, можно отнести следующее:
1.
Практически во всех металлах содержатся вредные примеси, которые могут снижать или повышать обрабатываемость сваркой.
2.
Фосфор считается вредным веществом, при повышении концентрации появляется хладноломкость.
3.
Сера становится причиной появления горячих трещин и появлению красноломкости.
4.
Кремний присутствует практически во всех сталях, при концентрации 0,3% степень обрабатываемости не снижается. Однако, если увеличить его до 1% могут появится тугоплавкие оксиды, которые и снижают рассматриваемый показатель.
5.
Процесс сварки не затрудняется в случае, если количество марганца не более 1%.
Уже при 1,5% есть вероятность появления закалочной структуры и серьезных деформационных трещин в структуре.
6.
Основным легирующим элементом считается хром. Он добавляется в состав для повышения коррозионной стойкости. При концентрации около 3,5% показатель свариваемости остается практически неизменным, но в легированных составах составляет
12%. При нагреве хром приводит к появлению карбида, который существенно снижает коррозионную стойкость и затрудняет процесс соединения материалов.
7.
Никель также является основным легирующим элементом, концентрация которого достигает 35%. Это вещество способно повысить пластичность и прочность. Никель становится причиной улучшения основных свойств материала.
8.
Молибден включается в состав в небольшом количестве. Он способствует повышению прочности за счет уменьшения зернистости структуры. Однако, на момент воздействия высокой температуры вещество начинает выгорать, за счет чего появляются трещины и другие дефекты.
9.
В состав часто в качестве легирующего элемента добавляется медь. Ее концентрация составляет около 1%, за счет чего немного повышается коррозионная стойкость. Важной особенностью назовем то, что медь не ухудшает обработку сваркой.
В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.
Классификация сталей по свариваемости
Хорошей свариваемостью обладают сплавы, в которых при нагреве не образуются трещины. По данной характеристике выделяют четыре основных группы:

2 1.
Хорошая свариваемость определяет то, что свариваемое соединение без предварительного подогрева остается прочным и надежным. При этом создаваемый шов может выдерживать существенное механическое воздействие.
2.
Удовлетворительная степень позволяет проводить сварку при предварительном подогреве.
3.
Ограниченно свариваемые стали предполагают предварительный подогрев и термическую обработку после проведения сварки. Сварку можно провести только при применении специального оборудования. Именно поэтому повышается себестоимость самого процесса.
4.
Плохая свариваемость не позволяет получить качественный сварной шов так как после получения шва могут появится трещины. Именно поэтому подобные материалы не могут использоваться для получения ответственных элементов.
Каждая группа характеризуется своими определенными особенностями, которые нужно учитывать. Так, например, Сталь 20 относится к первой группе, в то время как распространенная сталь 45 обладает низкой податливостью к сварке.
Группы свариваемости
Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:
1.
Первая группа, которая характеризуется хорошей свариваемостью, может применяться при сварке без предварительного подогрева и последующей термической обработки шва. Это связано с низким содержанием углерода.
2.
Вторая группа характеризуется тем, что склонна к образованию трещин и дефектов на швах. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев материала, а также последующую термическую обработку для снижения напряжений.
3.
При ограниченной свариваемости сталь склонна к образованию трещин. Для того чтобы исключить вероятность появления трещин следует материал предварительно разогреть, после сварки в обязательном порядке проводится термообработка.
4.
Последняя группа характеризуется тем, что в большинстве случаев на швах образуются трещины. При этом предварительный разогрев металла не всегда решает эту проблему. После сварки обязательно проводится многоступенчатое улучшение.

3
Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после проведенной термической или химикотермической обработки, пример, после закалки или азотирования.
Влияние на свариваемость легирующих примесей
Как было отмечено, включение в состав большого количества легирующих элементов приводит к изменению основных характеристик сплавов. При этом отметим следующие моменты:
1.
При малом количестве легирующих элементов сталь лучше поддается сварке.
2.
Некоторые химические элементы могут улучшить свариваемость, а другие ухудшить.
Именно поэтому при выборе легированного сплава уделяется внимание не только типу легирующих элементов, но и их количеству. Принятые стандарты ГОСТ определяют то, что при маркировке могут указывать основные химические вещества и их количество в составе.
Свариваемость низкоуглеродистых сталей
Низкоуглеродистые сплавы хорошо подаются свариванию. При этом можно отметить следующие моменты:
1.
В подобных сплавах концентрация углерода менее 0,25%. Этот показатель свойственен сплавам, которые имеют повышенную гибкость и относительно невысокую твердость. Кроме этого, снижается значение хрупкости. Поэтому низкоуглеродистые стали часто используют при создании сварных конструкций. При добавлении небольшого количество легирующих элементов может быть повышена коррозионная стойкость.

4 2.
Для повышения основных характеристик в состав могут добавлять различные легированные элементы, но в небольшом количестве. Примером можно назвать марганец и никель, а также титан.
Как правило, подобные металлы не нужно перед обработкой подвергать подогреву, а после проведения процедура закалка или отпуск выполняется только для при необходимости.
Свариваемость закаленной стали
Распространенной термической обработкой можно назвать закалку. Она предусматривает воздействие высокой температуры, которая может изменить структуру материала. После охлаждения происходит перестроение структуры, за счет чего происходит упрочнение структуры и повышение твердости поверхностного слоя. К другим особенностям отнесем следующие моменты:
1.
Закалка предусматривает увеличение концентрации углерода в поверхностном слое. Именно поэтому степень свариваемости существенно снижается.
2.
Подогрев заготовки проводится для того, чтобы упростить проводимую работу.
Для этого может использоваться газовая грелка или иной источник тепла.
Закаленная сталь сложна в обработке. Кроме этого, если ранее не проводился отпуск в структуре может быть переизбыток напряжения, что и приводит к появлению трещин.
Повторная обработка швов может не привести к повышению их прочности.
В заключение отметим, что хорошей податливость сварке обладают металлы из различных групп. Примером можно назвать некоторые нержавеющие стали, которые даже после воздействия тепла обладают коррозионной устойчивостью. Именно поэтому для сварочных работ рекомендуется выбирать материал, который характеризуется хорошей свариваемостью и высокой прочностью сварных соединений.
Контрольные вопросы
1.
Какой элемент в составе сталей оказывает основное влияние на ее свариваемость?
2.
По какому показателю стали разделяются на группы по свариваемости?
3.
Какие примеси в составе сталей являются вредными?
4.
Какое влияние на свариваемость сталей оказывают кремний и марганец?