Свариваемость теплоустойчивых сталей.

При сварке сталей плавлением в металле сварного соединения происходит ряд процессов: нагрев, плавление, кристаллизация, фазовые превращения, структурные изменения, упругая и пластическая деформация, диффузия элементов и др. Эти процессы приводят к получению сварного соединения, в той или иной степени отличающегося от основного металла по механическим свойствам, химическому составу, структуре, по сопро­тивлению хрупкому разрушению, коррозионной стойкости и другим свойствам.

Поэтому под свариваемостью обычно понимают сопротивляемость металла шва и околошовной зоны образованию трещин и степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла. Наиболее сложной задачей при сварке низколегированных теплоустойчивых сталей является обеспечение отсутствия холодных трещин в сварных соединениях. Под холодными трещинами принято понимать трещины, образующиеся в сварных соединениях при температуре ниже 200 °С как в процессе сварки, так и в течение некоторого времени после сварки.

Холодные трещины в сварных соединениях отсутствуют тогда, когда

ω_охл ≤ ω_д.

где ω_охл — скорость охлаждения металла шва или ЗТВ в интервале температур минимальной устойчивости аустенита, °/с; ω_д — допустимая скорость охлаждения, °/с.

Скорость охлаждения при сварке определяет структуру металла зоны термического влияния и шва и поэтому оказывает большое влияние на сопротивляемость их образованию холодных трещин. Допустимая скорость охлаждения устанавливается по данным сварки жестких проб, наилучшим образом воспроизводящих тип соединений и уровень напряжений в данной сварной конструкции. Во многих случаях условие ω_охл ≤ ω_д обеспечивает отсутствие холодных трещин в сварных соединениях. Однако к настоящему времени накопились экспериментальные данные, которые показывают, что скорость охлаждения при сварке не является единственным фактором, определяющим сопротивляемость металла шва и ЗТВ образованию холодных трещин.

В работе показано, что на образование холодных трещин при сварке легированных сталей оказывают влияние три фактора: структурный, водородный и силовой.

Однако это не все факторы, влияющие на образование холодных трещин при сварке. Как показывает многолетний опыт по сварке реальных конструкций, на сопротивляемость образованию холодных трещин большое влияние оказывают температурный и масштабный факторы,

До настоящего времени температуру подогрева рассматривали только как один из способов изменения скорости охлаждения при сварке. Однако она оказывает значительно больше влияние на сопротивляемость сварных соединений образованию холодных трещин и ее нужно рассматривать как самостоятельный фактор.

Не всегда учитывается масштабный фактор, в основном зависящий от толщины свариваемых элементов, которая при сварке теплоустойчивых сталей может изменяться от 2 до 200 мм.

Таким образом, на сопротивляемость сварных соединений образованию холодных трещин оказывают влияние пять факторов: структурный, водородный, силовой, температурный и масштабный. В условиях сварки все эти пять факторов действуют одновременно.

Предварительный и сопутствующий подогрев.

Для приближен­ной оценки влияния термического цикла сварки на закаливае­мость околошовной зоны и ориентировочного определения необходимости снижения скорости охлаждения за счет предваритель­ного подогрева можно пользоваться так называемым эквивален­том углерода. Если при подсчете эквивалента углерода окажется, что С_э < С=0,45%, то данная сталь может свариваться без предва­рительного подогрева; если С_э С 0,45%, то необходим предвари­тельный подогрев, тем более высокий, чем выше значение С_э.

При сварке металла относительно небольшой толщины (до 6 — 8 мм) и сварных узлов небольшой жесткости предельное зна­чение С_э, при котором нет необходимости в предварительном по­догреве, может быть повышено до 0,55%.

Оценка закаливаемости стали в условиях сварки по экви­валенту углерода весьма приближена, так как не учитывается много существенных факторов (толщина свариваемой стали, тип соединения, режим сварки, исходное структурное состояние и др.).

В случае необходимости подогрева металла перед сваркой температура его может быть оценена по методике, учитывающей химический состав свариваемой стали и ее толщину. Согласно этой методике полный эквивалент углерода | С | _э определяют по формуле [5, стр.239],

где С_х – химический эквивалент углерода; С_р – размерный эквивалент углерода.

;

где S – толщина свариваемой детали, мм.

Определив полный эквивалент углерода ( ), определяем необходимую темпе­ратуру предварительного подогрева находят по формуле [5,стр.239]

=111⁰С

Предварительный и сопутствующий подогрев 111⁰С