Костiн Зварювальнi матерiали

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет кораблебудування імені адмірала Макаровa

О.М. КОСТІН

ЗВАРЮВАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів, що навчаються за напрямом 0923 "Зварювання"

МИКОЛАЇВ 2004

ництва, транспортування та зберігання зварювальних матеріалів, а також впливу різноманітних металургійних та технологічних чинників на якість зварних з’єднань.

Посібник складається з п’яти розділів, додатку та довідкового додатку. В першому розділі описано класифікації суднобудівних сталей та зварювальних матеріалів відповідно до "Правил класифікації та побудови морських суден" Регістру Судноплавства України. Надано принципи вибору зварювальних матеріалів для виготовлення конструкцій корпусів суден. У другому розділі розглядаються плавкі покриті електроди для зварювання, наплавлення та різання, а також основні типи неплавких електродів. В третьому – розглянуто суцільні та порошкові дроти. В четвертому – описано плавлені, керамічні та плавлено-керамічні флюси для зварювання та наплавлення в комбінації з дротами. В п’ятому розділі надано інформацію стосовно захисних та горючих газів і газових сумішей. В додатку наведено хімічний склад, механічні, металургійні та технологічні властивості зварювальних матеріалів і їх призначення. В довідковому додатку наведено класифікації зварювальних матеріалів відповідно до стандартів IIW (Міжнародний інститут зварювання), ISO (Міжнародна організація зі стандартизації), EN (загальноєвропейський стандарт), а також деяких національних стандартів (AWS, DIN та ін.).

Надана широка інформація може бути використана студентами та аспірантами при виконанні курсових і дипломних проектів, атестаційних робіт, а також іншими фахівцями зварювального виробництва та споріднених спеціальностей.

4

Розділ1. ЗВАРЮВАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ В СУДНОБУДУВАННІ

На суднобудівних підприємствах широко використовують "Правила класифікації та побудови морських суден" Регістру Судноплавства України, які регламентують використання суднобудівних сталей і зварювальних матеріалів для їхнього зварювання. Аналогічний підхід існує й у деяких визнаних світовим співтовариством Регістрах. Наприклад: Maritime Register of Shipping (Росія), Lloyd’s Register (Англія) та ін.

1.1.Суднобудівні сталі

Зогляду на обмежений обсяг навчального посібника наведемо лише найбільш широко вживані категорії суднобудівних сталей. Більш докладну інформацію можна знайти в "Правилах класифікації та побудови морських суден" [17].

Суднобудівна сталь умовно поділяється на сталь нормальної міцності (з мінімальною границею текучості 235 МПа) і сталь підвищеної міцності (трьох рівнів міцності, з мінімальною границею текучості 315, 355 і 390 МПа відповідно). Крім того широко використовують сталі високої міцності (з мінімальною границею текучості 420 МПа і вище). Виплавка сталі повинна здійснюватися в мартенівських або електричних печах або в кисневому конвертері з продувкою чистого кисню зверху. Застосування інших способів виплавки сталі повинно бути узгоджене з Регістром.

При виробництві сталей застосовуються наступні процеси прокатування:

(AR) гарячекатана сталь – процес прокатування сталі при високій температурі (деформація здійснюється й закінчується в температурній області рекристалізації аустеніту, вище температури нормалізації) з наступним охолодженням на повітрі. Міцність і пластичність такої сталі звичайно нижчі, ніж у сталі після термічної або термомеханічної обробки;

(N) нормалізація – процес, що складається з нагрівання гарячекатаної

5

сталі вище критичної температури Аc3 в області рекристалізації аустені-

ту, ближче до нижньої її границі, з наступним охолодженням на повітрі. Цей процес поліпшує властивості сталі за рахунок зменшення величини зерна;

(CR) контрольоване прокатування (нормалізоване прокатування (NR) – процес, при якому останні проходи під час прокатування виконуються в області температури нормалізації, у результаті чого одержується метал, властивості якого, в основному, відповідають властивостям після нормалізації;

(TM) термомеханічна обробка (термомеханічне контрольоване прокатування (ТМСР) – процес, що передбачає суворий контроль температури й ступеню деформації під час прокатування. Як правило, метал деформується при температурах, близьких до температури Аc3 . Закінчення дефор-

мації можливе в двофазній області. На відміну від контрольованого прокатування (нормалізованого прокатування) властивості після термомеханічної обробки не можуть бути відтворені нормалізацією або іншими видами термообробки;

(АсС) прискорене охолодження – процес, при якому забезпечується поліпшення властивостей сталі за рахунок її контрольованого охолодження зі швидкістю, більшою ніж охолодження на повітрі. Цей процес виконується безпосередньо після завершення деформації при термомеханічному процесі. Дане призначення не поширюється на пряме гартування. Застосування прискореного охолодження в комплексі з термомеханічним процесом, так само, як і відпуск після термомеханічного процесу, є в кожному випадку предметом спеціального розгляду та узгодження з Регістром.

Властивості, отримані сталлю після ТМ і АсС прокатування, не можутьбутивідтвореніпринормалізаціїабоприіншихвидахтермообробки.

Стан постачання сталей нормальної та підвищеної міцності повинен відповідати вимогам, наведеним у табл. 1.1 і 1.2 [17].

6

Таблиця 1.1. Стан постачання сталі нормальної міцності

1За спеціальним узгодженням з Регістром профільна сталь категорії D може постачатися гарячекатаною за умови задовільних результатів випробувань на ударний згин. За тих самих умов профільна сталь категорії Е може постачатися гарячекатаною або після контрольованого прокатування.

Сталь, що працює при низьких температурах (до –50 °С), може бути або нормалізована (N), або загартована і відпущена (Т), або термомеханічно оброблена (ТМСР). Стан постачання підлягає узгодженню з Регістром і позначається в сертифікаті.

Сталь високої міцності підлягає гартуванню та відпуску.

Хімічний склад сталі повинен визначатися виробником за результатами аналізу проб, відібраних з кожного ковша всіх плавок.

Хімічний склад сталі нормальної міцності повинен відповідати вимогам, наведеним в табл. 1Д2, підвищеної міцності – табл. 2Д, сталей, що використовуються при низьких температурах, – табл. 3Д, а сталей високої міцності – у табл. 1.3 [17].

Механічні властивості сталі нормальної міцності повинні відповідати вимогам, наведеним у табл. 1Д, сталі підвищеної міцності – у табл. 2Д і табл. 1.4, сталі, яка працює при низьких температурах, – табл. 1.5, а сталі високої міцності – у табл. 1.6 [17]. При позначенні категорій сталі підвищеної міцності до символу категорії можедодаватися літера Н, наприклад DH36.

2Тут і надалі позначення номерів таблиць з літерою "Д" означає посилання на таблиці з додатку.

7

Таблиця 1.2. Стан постачання сталі підвищеної міцності

Примітка. За узгодженням з Регістром профільна сталь категорій A32, A36, D36 може постачатися в гарячекатаному стані за умови задовільних результатів випробувань на ударний згин; за тих самих умов профільна сталь категорій Е32 і Е36 може постачатися в гарячекатаному стані або після контрольованого прокатування.

8

Таблиця 1.3. Хімічний склад сталей високої міцності

Таблиця 1.4. Мінімальна величина роботи удару для сталі підвищеної

міцності, Дж

Для вуглецевої сталі нормальної міцності сума вмісту вуглецю плюс 1/6 вмісту мангану не повинна перевищувати 0,40 %. Еквівалент вуглецю для сталі підвищеної міцності визначається при випробуваннях на допуск за даними ковшового аналізу й підраховується за формулою

9

Максимальне значення вуглецевого еквівалента (Секв) повинне відповідати даним табл. 1.7 [17].

Більш детальна інформація стосовно обсягу випробувань, огляду, маркування та інших вимог наведена в "Правилах класифікації та побудови морських суден" [17].

Таблиця 1.6. Механічні властивості сталі високої міцності

Примітки. 1. На вимогу Регістра повинно бути встановлено конкретне значення тимчасового опору на розрив. 2. Для сталі категорії А, при задовільних результатах контрольних випробувань, за погодженням з Регістром обсяг випробувань на ударний згин може бути зменшений.

10