1. Характеристика свариваемости стали

1.1 Состав и свойства стали

Сталь 20-это сталь качественная поставляемая по ГОСТ 1050-84 с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Данная сталь содержит пониженное количество серы, [1,с.87].

Стали этой группы применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объёме после нормализации или закалки с отпуском.

Механические свойства данной стали представлены в таблице 1.

Таблица 1- Механические свойства стали: Сталь20

σв, МПа	σт, МПа	δ5, %	Ψ, %
42	25	25	55

Химический состав стали 20 представлен в таблице 2.

Таблица 2- Химический состав стали 20

С, %	Mn, %	Si, %	S, %	P, %
0.17-0.24	0.35-0.65	0.17-0.37	<0.35	<0.4

Поскольку в данной стали содержание углерода (С) находиться в пределах от 0,17% до 0,24%, то в связи с классификацией по углероду , она относиться к классу низко углеродистых.

1.2 Основные сведения о свариваемости

Свариваемостью называют свойство материалов или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Сталь 20 обладает хорошей свариваемостью, [2, c.263],потому что относится к классу низкоуглеродистых. Технология её сварки должна обеспечивать определённый комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже предела механических свойств основного металла, [2, c.263 ].

Механические свойства металла шва сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предыдущей и последующей термообработкой.

Химический состав металла шва при сварке стали 20, незначительно отличается от основного металла. Это различие сводится к снижению в металле шва углерода для предупреждения образования закалочных структур при повышенных скоростях охлаждения.

В процессе изготовления конструкций из стали 20 на заготовительных операциях и при сварке в зонах, удалённых от высокотемпературной области, возникают холодные пластические деформации. Попадая при наложении последующих швов под сварочный нагрев до температур 300°С, эти зоны становятся участками деформационного старения, приводящего к снижению пластических свойств, повышению прочностных свойств металла и возможному возникновению трещин, особенно при низких температурах и концентраторах напряжений, [2, c.269].

Высокий отпуск при температурах 600°С-700°С в этих случаях служит эффективным средством восстановления свойств металла, [2, c.269]. Термическую обработку “нормализация” применяют для улучшения структуры отдельных участков сварного соединения и выравнивания их свойств.

При сварке короткими участками по горячим предварительно наложенным швам замедленная скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны способствует получению равновесных структур. Влияние термообработки в этом случае сказывается незначительно.

Швы, сваренные из стали 20 всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и не склонны к образованию холодных трещин. В этом можно убедиться путём оценки влияния термического цикла сварки на закаливаемость околошовной зоны, [2,c.288 ].

Если при подсчёте эквивалента углерода окажется, что С_э<0,45%, то данная сталь сваривается без предварительного подогрева.

Эквивалент углерода определим по формуле, [2,c.289]:

С_э= С_х+ С_р, (1),

где С_х - химический эквивалент углерода;

С_э - размерный эквивалент углерода.

Химический эквивалент углерода определим по формуле, [2,c.288 ]:

C_x=C+1/9∙Mn+1/9∙Cr+1/18∙Ni+1/12∙Mo, (2) .

Согласно химическому составу стали 20 (смотри таблица 1) химический эквивалент углерода равен:

C_x=0,24+1/9∙0,65+1/9∙0+1/18∙0+1/12∙0=0,312 %.

Определим размерный эквивалент углерода по формуле, [2,c.289 ]:

С_р =0,005∙S∙C_x, (3),

где S- толщина свариваемой стали, S=4мм.

Таким образом, С_р =0,005∙4∙0,312=0,0062%.

Следовательно, эквивалентное содержание углерода равно:

С_э= 0,312+0,0062=0,318%.

Поскольку С_э оказалось меньше 0,45%, то предварительный подогрев для данной марки стали, при её толщине: S=4мм, не требуется.