5.2 Свариваемость металлов

Способность соединяемых металлов образовывать при сварке качественное сварное соединение, оценивают как свариваемость. Свариваемость – понятие комплексное, она характеризует металл по следующим критериям:

- окисляемость металла при сварке, зависящая от его химической активности,

- сопротивляемость образованию горячих трещин и трещин при повторных нагревах,

- сопротивляемость образованию холодных трещин и замедленному разрушению,

- чувствительность металлов к тепловому воздействию сварки, характеризуемая его склонностью к росту зерна, структурными и фазовыми изменениями в шве и зоне термического влияния, изменением прочностных и пластических свойств,

- чувствительностью к образованию пор,

- соответствие свойств сварного соединения эксплутационным требованиям (прочности, пластичности, выносливости, ползучести, вязкости, жаростойкости, жаропрочности, коррозионной стойкости и др.).

Различают физическую и технологическую свариваемость.

Под физическойпонимают способность металла образовывать в результате сварки каким-либо методом монолитное соединение с химической связью.

Технологическая свариваемость – это технико-экономический показатель, который характеризует возможность получения сварного соединения требуемого качества, удовлетворяющего требованиям надежности конструкции при эксплуатации при наименьших затратах труда и времени. Технологическая свариваемость определяется свойствами основного металла и зависит от способа и режима сварки, свойств присадочного металла, применяемых флюсов, защитных покрытий и защитных газов, от конструкционных особенностей свариваемого изделия и условий его эксплуатации.

Свариваемость – понятие очень конкретное. Например, свариваемость малоуглеродистой стали непокрытым электродом неудовлетворительна, а покрытым электродом – хорошая.

Или свариваемость алюминиевого сплава АМц покрытым электродом – удовлетворительная, а в среде защитного газа аргона – хорошая.

Свариваемость углеродистых,низко и среднелегированных сталей можно определить по формуле «эквивалентного углерода»:

Мп

20

Ni

15

(Сr + Мо + V)

10

Сэкв = С + + + (15);

где под химическими символами элементов обозначено содержание их в процентах.

Для высоколегированных сталей формула (15) недействительна

В зависимости от величины Сэкв стали по свариваемости подразделяются на четыре группы:

I – хорошая свариваемость, Сэкв <0,25%,

II – удовлетворительная свариваемость, Сэкв = 0,25…0,35%,

III– ограниченная свариваемость, Сэкв = 0,35…0,45%,

IV - плохая свариваемость, Сэкв > 0,45%.

Классификация сталей по свариваемости приведена в таблице №3.

Таблица № 3

Сталь Класс I Класс II Класс III углеродистая пегированная высоколегированная Группы свариваемости
I	08, 10, 20, Cт3сп5		12ХН3А, 0ХН3МА	08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н19Т
II	35		12ХН3А, 20Х, 30ХМА, 20ХН3А	-
III	45		40Х, 30ХГСА	20ХН13, 14Х17Н2, Х12М
IV	50, 60		60Г, 65ГС	30Х13, 35Х18

При сварке разнородных сталей руководствоваться тем, что, как правило,для сварки сталей одной группы разных классов данные таблицы сохраняются, а свариваемость сталей разных групп и классов определяется свариваемостью худшей из них по свариваемости.

Сварка сталей I гр. свариваемости выполняется по простой технологии: сварка без подогрева, как правило, без термообработки (высокий отпуск рекомендуется лишь для сохранения точных размеров после механической обработки, а также после сварки жестких пространственных конструкций или деталей с толщиной стенки более 25мм.

Сварка сталей II гр. свариваемости выполняется преимущественно без подогрева с последующим отпуском после сварки. Предварительный и сопутствующий подогрев до100…300ºС выполняется при сварке сложных конструкций или деталей с толщиной стенки более 25мм с целью снижения скорости охлаждения после сварки, что, как известно, предотвращает образование закалочных структур.

Сварка сталей III гр. выполняется, как правило, с предварительным подогревом до 300…400ºС и последующим отпуском (без подогрева можно сваривать простые конструкции с большими допусками). При сварке с присадкой перлитного класса стали с толщиной стенки более 25мм склонны к образованию трещин. Для уменьшения склонности к трещинообразованию рекомендуется брать присадку аустенитного класса, при этом после сварки отпуск не проводить из-за разности термических расширений основного металла и присадки.

Удовлетворительное качество сварки сталей IV группы достигается при предварительном и сопутствующем подогреве до 400…650º С с последующим отпуском. Весьма склонны к образованию трещин.

Свариваемость деформируемых алюминиевых сплавов, неупрочняемых термообработкой, хорошая (это технический алюминий АД и АД1, а также сплав системы Аl-Мn - Амц, сплавы системы Аl-Мq – Амг1…Амг6).

Литейные алюминиевые сплавы, содержащие от 10 до 20% кремния (силумины АЛ-2, АЛ-3, АЛ-5, АЛ-9) тоже хорошо свариваются.

Значительно хуже свариваются термоупрочняемые алюминиевые сплавы. Это обусловлено тем, что в сварном шве такого сплава получается структура литого металла, прочность которого в два раза выше прочности основного прокатанного металла, а пластичность значительно ниже, что приводит к появлению трещин в сварных швах. Например, сплавы системы Аl-Си-Мg (дуралюминыД16, Д18) не рекомендуется сваривать всеми видами сварки, кроме точечной т.к. в процессе сварки или эксплуатации сварной конструкции возникают трещины, приводящие к разрушению конструкции.