4.2. Оцінка зварюваності сталі

Виходячи із заданого матеріалу, визначають його схильність до утворення тріщин, за необхідності пропонують заходи запобігання ( визначити температуру попередньої, супутньої або після зварювальної ТО, методи зменшення або знаття залишкових напружень тощо).

Схильність до утворення холодних тріщин зазвичай оцінюють за величиною так званого вуглецевого еквіваленту:

С_ек=С + (Mn/6) + (Ni+Cu/15) + (Cr+Mo+V/5) %

С_ек=0,4+(0,8/6)+(1,7+0,25/15)+(1,7+0,6+0,2/5)=1,16%

Сталі, в яких С_ек менше за 0,45, вважаються не схильними до утворення холодних тріщин, а при більших його величинах – потенційно схильними.

Отже, дана сталь є схильною до утворення холодних тріщин, бо С_ек>0,45 %.

Стійкість зварних зєднань до утворень холодних тріщин є настільки низькою, що нам необхідно проводити попередній і супутній підігрів, а кінці провести термічну обробку.

Високу стійкість проти утворення тріщин можна отримати, використовуючи попередній підігрів до температури200-300 ^оС і режимом зварювання з низькою погонною енергією.

Однак навіть для великої товщини достатню стійкість проти утворення холодних тріщин можна отримати при використанні підігріву до температури 150-200 ^оС і порівняно високих режимів зварювання. Так у випадку автоматичного зварювання під флюсом, підігрів до температури 300 ^оС буде достатнім для попередження холодних тріщин.

Попередній підігрів зварювальних кромок здійснюється з допомогою індукторів, які живляться електричним струмом промислової частоти. Зєднання порівняно невеликих товщин можна підігрівати газовим полум’ям.

Супутній підігрів можна виконувати технологічними методами, а саме використовувати каскадний і блочний прийом зварювання. Ці методи використовуються у випадку використання ручного дугового зварювання або зварювання в захисних газах.

Термообробку слід виконувати в період від моменту закінчення зварювання до моменту, поки холодні тріщини ще не виникли.

Сучасна термообробка зєднань може повністю відхилити небезпеку утворення холодних тріщин. Діло в тому, що загартовані сталі після відпуску, особливо високого, практично не знижують міцність при довготривалому статичному навантаженні,вони стають несхильними до повільного руйнування. Термообробку зєднання після зварювання можна виконати за допомогою індукційного або полуменевого нагрівання, або наложення ще одного шару з використанням відповідного режиму зварювання. Індукційний чи полуменевий нагрів порівняно просто виконати для зєднань невеликих товщин простої форми.

Зварне зєднання також може проходити повну термообробку (гартування з наступним відпуском) у випадку виготовлення відповідальних і важконагружених конструкцій.

Після повної термообробки зварне зєднання, як правило, стає рівноцінним основному металу по всьому комплексу фізико-хімічних властивостей при умові, що хімічний склад металу шва і зварювальної сталі буде однаковим.

Методи зменшення залишкових напружень і деформацій визначаються деякими факторами, а саме видом і способои зварювання, конфігурацією шва, режимом зварювання, закріпленням зварювальних деталей.

Значний вплив на величину зварювальних деформацій виявляється степінь концентрації тепла. Висока концентрація теплоти приводить до звуження зони, що піддається пластичним деформаціям, і зменшення деформацій конструкції. Це пітверджується досвідом застосування автоматичного зварювання під флюсом.

При практично одній і тій же погонній енергії зварювання під флюсом завдяки великій швидкості переміщення дуги викликає менші залишкові напруження, ніж при ручному дуговому зварюванні.

Від конфігурації шва залежить величина і характер залишкових деформацій. При інших рівних умовах Х-подібна підготовка кромок завдяки симетричному роз положенню шва відносно нейтральної осі викликає меншу кутову деформацію, ніж V-подібна. З ціллю зменшення деформацій в деяких випадках доцільно застосовувати двохстороннє зварювання. При зварюванні під флюсом менші деформації відбуваються в зєднаннях без скосу кромок.

Величина і характер зварювальних напружень і залишкових деформацій знаходяться в прямій залежності від погонної енергії зварювання, яка визначається режимом зварювання і залежить від перерізу шва. Збільшення перерізу шва приводить до помітного збільшення залишкової деформації. Для забезпечення мінімальної деформації зварної конструкції слід назначити найменший (допустимі з умови міцності конструкції) переріз шва і не допускати їх збільшення в процесі вигот овлення конструкції. У співвідношенні зменшення перерізу шва найбільш раціональним є двохстороння U-подібна розробка.

Для зменшення величини залишкових напружень і деформацій при зваюванні багато прохідних швів застосовують каскадний метод зварювання. Суттєвий вплив на величину напружень і залишкових деформацій надає направлення зварювання окремих швів. Ефективною мірою зниження залишкових деформацій є закріплення зварювальних деталей в спеціальних приспособленнях.

Для повного знаття напружень зварне зєднання піддають термічній обробці. З цією ціллю при зварюванні сталі проводять загальний високий відпуск конструкції (нагрів до 630-650 ^оС з витримкою при цій температурі на протязі 2-3 хв на 1 мм товщини металу). Охолодження повинно бути повільним для того, щоб знову не виникли напруження. Режим охолодження в основному залежить від хімічного складу сталі. Чим більша кількість елементів, які сприяють гартуванню, тим менша повинна бути швидкість охолодження.