2.5. Свариваемость среднелегированных сталей

Среднелегированные стали используют для создания облегченных высокопрочных конструкций в энергомашиностроении, тяжелом и хими­ческом машиностроении, судостроении, самолетостроении. К этой группе относятся стали с содержанием углерода до 0,5% при комплексном легировании в сумме от 4 до 9%. В зависимости от вида термической обработки временное сопротивление для среднелегированных высокопрочных сталей может достигать 100-200 кгс/мм², при достаточно высоком уровне пластичности. Примеры марок стали – ЗЗХЗНВФМА, 43ХЗСНВФМА, 30ХН2МФА, 28Х3СНМВФА и др.

Высокие механические свойства среднелегированных сталей дости­гаются легированием элементами, упрочняющими феррит и повышающими прокаливаемость стали, а также надлежащей термообработкой, после которой в полной мере проявляется положительное влияние легирующих элементов. Поэтому среднелегированные стали всегда характеризуются как химическим составом, так и видом термообработки. Среднелегированные стали, предназначенные для изготовления сварных конструкций, как правило, подвергаются улучшению (закалке с последующим высоким отпуском) или закалке и низкому отпуску.

Увеличение степени легирования при повышенном содержании углерода повышает устойчивость аустенита, и практически при всех скоростях охлаждения околошовной зоны, обеспечивающих удов­летворительное формирование шва, распад аустенита происходит в мартенситной области. Подогрев изделия при сварке не снижает ско­рости охлаждения металла зоны термического влияния до значений, меньших критических, более того, способствует росту зерна, что вызывает снижение деформационной способности и приводит, в конечном итоге, к возникновению холодных трещин.

Поэтому такие стали, как правило, сваривают без предварительного подогрева, но с использованием спе­циальных технологических приемов, обеспечивающих увеличение вре­мени пребывания металла шва и ЗТВ в субкритическом интервале температур. Это достигается путем сварки многопроходных швов короткими или средней длины участками. График термического цикла сварки в ОШЗ корня шва (точка 1) в этом случае представлен на рис. 2.5.

При наложении 1-го слоя температура металла в ОШЗ резко возрастает, превышая температуру Ас₃, а затем резко падает. В момент, достижения темпера­тура в ОШЗ допустимого значения Т_кр = М_н + 50^о тепловая вол­на от наложения 2-го слоя осуществляет повторный нагрев металла ОШЗ 1-го слоя до более низкой температуры, чем при сварке 1-го слоя.

По мере выполнения последующих слоев их тепловые воздействия ослабевают и процесс стремится к установившемуся температурному состоянию. По окончании сварки металл ОШЗ в корне шва медленно охлаждается.

Рис. 2,5 Термический цикл металла ОШЗ в корне шва при многослой­ной сварке короткими участ­ками:

На рис. 2.6 показано изменение температуры на поверхности листов (точка 2).

Т

2

Аc₃

Отжигающий

валик

М_н

t_в

t_в1

t

Рис. 2.6. Термический цикл металла ОШЗ на поверхности листов

При выполнении каждого последующего слоя температура в точке 2 возрастает, достигает максимума после наложения последнего слоя и далее начинает снижаться. Если за время пребывания металла в интервале температур Ас₃ – М_н t_в не произойдет распад аустенита, то образуется мартенситная структура.

Для увеличения времени пребывания металла околошовной зоны при температуре выше точки мартенситного превращения накладывают так называемый отжигающий валик, границы которого не выходят за пределы металла шва и тем самым не нагревают подверженный закалке металл ОШЗ зоны до температуры выше Ас₃. Наплавка отжигающего ва­лика увеличивает время пребывания металла ОШЗ зоны в субкритическом интервале температур с t_в до t_в1

При многослойной сварке короткими участками необходимо знать длину участка ℓ, при которой температура ОШЗ до прихода тепловой волны от каждого последующего слоя не успевает понизиться ниже допустимой величины Т_кр . Она может быть определена по сле­дующей формуле:

, (2.21)

где:

q – эффективная мощность источника;

v -скорость сварки см/с;

δ – толщина свариваемого металла, см;

k - коэффициент, учитывающий тип сварного соединения; определяется пу­тем сопоставления расчетной температуры охлаждения 1-го слоя с опытной: для стыкового соединения k = 1,5; при тавровом и внахлест­ку k = 0,9; при крестовом соединении k = 0,8;

k_г – коэффициент горения дуги. т.е. отношение времени горения дуги к полному времени сварки участка с учетом перерывов; для РДС k_г = 0,6÷0,8, при полуавтомати­ческой сварке в среде CO₂ k_г = 0,8÷0,9;

Т_кр - допустимая температу­ра охлаждения °С, которую принимают на 50-l00°C выше температуры мартенситного превращения М_н;

Т₀ - температура подогрева изделия перед сваркой, °С.