Влияние изменения химического состава на свариваемость
Изменение химического состава свариваемого материала определяется его активностью, составом окружающей среды, чистотой кромок перед сваркой и диффузионными процессами, протекающими в сварочной ванне и околошовной зоне. Наиболее существенное влияние на изменение хими-ческого состава свариваемого материала оказывают реакции взаимодейст-вия расплавленного металла с кислородом, азотом и водородом.
Увеличение содержания кислорода приводит к резкому снижению проч-ности и пластичности стали. Увеличение содержания азота вызывает повы-шение прочности, но снижает пластичность. Одновременно снижение раст-воримости этих газов с понижением температуры сопровождается образова-нием пористости.
Водород во многих случаях снижает работоспособность металла в усло-виях длительной прочности, так как приводит к образованию флокенов в этих условиях (флокены — внутренние металлургические пороки стали, представляющие собой очень тонкие трещины), а так же в процессе охлаж-дения может способствовать образованию холодных трещин.
Источником кислорода и водорода могут быть не только атмосфера, но и окислы, адсорбированные газы и влага, содержащиеся на поверхности свариваемых деталей, присадочных материалов, в защитных газах и т. п.
Основными методами борьбы с вредным влиянием кислорода, азота и водорода являются:
ограничение их содержания в металле путем снижения парциального дав-ления этих газов в атмосфере;
связывание этих газов в стойкие при высокой температуре соединения и удаление их в шлак за счет металлургических реакций в сварочной ванне.
Неравномерность химического состава металла шва и околошовной зоны определяется специфическими условиями кристаллизации металла шва и диффузионными процессами обмена элементами между металлом шва и околошовной зоны.
Практика сварочного производства показывает, что при сварке углеро-дистых и низколегированных сталей обычно не стремятся получить химии-ческий состав металла шва, точно соответствующий химическому составу основного металла. Считается достаточным, чтобы металл шва обладал той же прочностью, что и основной. Требование соответствия химического со-става металла шва химическому составу основного металла относится, как правило, к сварке изделий из высоколегированных сталей. Правильный тех-нологический процесс сварки всегда может обеспечить получение металла шва требуемого состава. Поэтому определение свариваемости тех или иных марок стали по существу сводится к исследованию структурных изменений, изменений механических характеристик, которые эти стали могут претер-петь при сварке, и склонности сварных соединений к образованию горячих и холодных трещин, т. е. к проверке либо отдельных свойств, либо целого комплекса свойств стали в зависимости от условий выполнения технологи-ческого процесса.
Ориентировочная оценка свариваемости стали по эквивалентному содержанию углерода
Существенным показателем свариваемости различных сталей является их стойкость к образованию хрупких зон с мартенситной структурой и хо-лодных закалочных трещин.
Наибольшую опасность образование закалочных структур представляет для сталей с содержанием углерода более 0,3%. Особо следует отметитъ, что при указанном содержании углерода чувствительность стали к образо-ванию закалочных структур (мартенсита) и склонность к образованию тре-щин тем выше, чем больше в стали содержание легирующих элементов.
Степень влияния отдельных легирующих элементов различна и может быть определена по различным признакам. Наиболее распространенной яв-ляется оценка свариваемости стали по эквивалентному содержанию угле-рода
Для
расчетов по приведенной формуле вместо
соответствующих символов элементов
подставляется их процентное содержание
в стали.
Медь и фосфор учитывают в том случае, если концентрация меди больше 0,5%, а фосфора более 0,05%.
Оценка
закаливаемости стали в условиях сварки
по эквивалентному со-держанию углерода
не учитывает толщину свариваемой стали,
тип соедине-ния, режим сварки, наличие
технологической оснастки и ряд других
показа-телей. Обобщенный критерий
неучтенных показателей учитывается
размер-ным эквивалентом углерода
,
величина которого является функцией
тол-щины свариваемого металла и
химического эквивалента углерода
.
Полный (совокупный) эквивалент углерода рассчитывается по формуле
Если при расчетах
величина полного эквивалента углерода
менее 0,45%, то данная сталь может свариваться
без предварительного подогрева. Если
же
,
то необходим предварительный подогрев.
Температура предварительного подогрева
тем выше, чем больше величина
.
Темпера-тура предварительного подогрева
рассчитывается по формуле
Однако практика сварочного производства показывает, что при сварке металла относительно небольшой толщины (6...8 мм), когда сварные узлы (сборочные единицы) обладают небольшой жесткостью, предельное зна-чение , при котором нет необходимости в предварительном подогреве, может быть повышено до 0,55%.