2.3. Свариваемость сталей

2.3.1. Понятие о свариваемости металлов

Свариваемость сталей – свойство металла или сочетаний металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия (ДСТУ 3761.1-98).

Свариваемость стали прежде всего зависит от содержания в ней основного (после железа) химического элемента – углерода. Низкоуглеродистые стали с содержанием С ≤ 0,25% свариваются хорошо. Это стали для строительных металлоконструкций. С повышением содержания углерода до 0,45% свариваемость стали ухудшается; плохо свариваются высокоуглеродистые стали – с содержанием до 0,9% углерода.

Ухудшают свариваемость многие химические элементы, применяемые в производстве легированных сталей: такие как марганец Mn, хромCr, молибденМо, ванадийV, кремнийSi, медьCu, а также примесь – фосфорР.

С увеличением содержания в стали углерода, как наиболее изученного по влиянию на различные свойства стали химического элемента, повышается вероятность ликвационной неоднородности металла, выделение по границам зерен сульфидных включений, способствующих трещинообразованию; увеличивается склонность к образованию в зоне термического влияния (ЗТВ) весьма хрупкой структуры мартенсита, повышающей внутренние напряжения и склонность стали к образованию трещин. Аналогично действуют в большей или меньшей степени легирующие элементы в составе стали.

Вместе с тем, при соблюдении технологии сварки, свариваемость многих низколегированных строительных сталей хорошая и без специальных технологических мероприятий. Некоторые низколегированные стали для строительных конструкций свариваются удовлетворительно при применении дополнительных технологических приемов.

2.3.2. Оценка свариваемости стали

Оценка свариваемости стали осуществляется путем учета ряда важнейших факторов, определяющих технологические и потребительские свойства стального проката, сварных соединений и швов:

- химический состав металла;

- скорость охлаждения металла в процессе сварки;

- характер первичной кристаллизации и последующих структурных превращений при охлаждении;

- склонность металла сварного соединения к образованию закалочных структур;

- склонность сварного соединения из данной стали к образованию горячих и холодных трещин;

- получение сварного шва требуемых химического состава, механических и других свойств.

За многие десятилетия развития технологии сварки при изготовлении строительных и других конструкций выявлено наибольшее влияние на свариваемость соединения в ней углерода и меньшее – других химических элементов, в связи с чем приравнивают их влияние к соответствую количеству (эквиваленту) углерода.

2.3.2.1 Теоретическая оценка свариваемости

Такая оценка осуществляется на основе фактического химического состава стали по данным сертификата производителя.

Действующий стандарт на прокат для строительных стальных конструкций ГОСТ 27772-88, в соответствии с которым углеродный эквивалент С_э, %, определяют по формуле

,

где C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P– массовые доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

В зависимости от углеродного эквивалента и связанной с этим склонностью к закалке и образованию холодных трещин, стали по свариваемости делят на:

- хорошо сваривающиеся без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов, толщин и конструктивных форм;

- удовлетворительно сваривающиеся, мало склонные к образованию холодных трещин при правильном подборе режимов сварки, в ряде случаев требуется подогрев;

- ограниченно сваривающиеся стали, склонны к трещинообразованию, возможность изменения сопротивляемости образованию трещин за счет режимов сварки весьма ограничена, требуется подогрев;

- плохо сваривающиеся стали, весьма склонны к закалке и трещинам, требуют при сварке подогрева, специальных технологических приемов сварки и термообработки.

Этот метод используют чаще всего при разработке технологии сварки при изготовлении конструкций. Окончательная оценка свариваемости может быть дана после проведения рядов испытаний (металлографических, механических и т.д.), проводимых на образцах (экспериментальные испытания) в соответствии с рекомендациями ГОСТ, ДСТУ, ДБН, ТУ и т.д.