Общие сведения

Способность соединяемых металлов образовывать при сварке качественное сварное соединение оценивают их свариваемостью [1, 2]. Свариваемость – комплексная характеристика металла, характеризующая его реакцию на физико-химическое воздействие процесса сварки и способность образовывать сварное соединение отвечающее заданным эксплуатационным требованиям.

Основные критерии свариваемости следующие:

• 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 металла 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;

• чувствительность к образованию пор;

• соответствие свойств сварного соединения эксплуатационным требованиям; к таким свойствам относятся: прочность, пластичность, выносливость, ползучесть, вязкость, жаростойкость и жаропрочность, коррозионная стойкость и др.

Различают физическую и технологическую свариваемость. Под физической свариваемостью понимают способность металлов образовывать в результате сварки каким-либо способом монолитные соединения с химической связью.

Технологическая свариваемость – технико-экономический показатель. Она характеризует возможность получения сварного соединения требуемого качества, удовлетворяющего требованиям надежности конструкции при эксплуатации, с применением существующего оборудования при наименьших затратах труда и времени.

Технологическая свариваемость определяется совокупностью свойств основного металла, характеризующих его реакцию на термодеформационный цикл сварки. Кроме того, она зависит от способа и режима сварки, конструктивных особенностей свариваемого изделия и условий его последующей эксплуатации и пр.

Для оценки сопротивления деталей к концу нагрева используют упрощенную схему теплового состояния металла [2, 3]. В частности, считают, что сопротивление двух пластин толщиной δ можно представить как сумму сопротивлений двух других условных пластин I и II, каждая из которых нагрета до средней постоянной температуры Т₁ и Т₂ (рис. 1) и имеет ту же толщину δ. Тогда

. (1)

Удельные электросопротивления деталей ρ₁ и ρ₂ зависят от рода металла (табл. 2), вида его термомеханической обработки и температуры (рис. 2). Значения ρ₁ и ρ₂ определяют соответственно для температур Т₁ и Т₂. Так, при сварке деталей из низкоуглеродистых сталей принимают равными 1200 ºС и 1500 °С, а для алюминиевых сплавов 450 ºС и 630 ºС. Коэффициент k_п учитывает неравномерность нагрева деталей. Для сталей k_п = 0,85, для алюминиевых и магниевых сплавов – 0,9. Диаметр рабочей части электрода d_э = 2δ + 3. Коэффициент А равен отношению ( – электрическое сопротивление цилиндрического столбика металла длиной δ и диаметром d_э). За счет шунтирования тока в массу детали всегда меньше , а коэффициент А < 1. Кроме того, А зависит от отношения (рис. 3). Чем меньше это отношение, тем меньше А, тем больше разница между и . При сварке деталей толщиной 0,8 – 3 мм А ≈ 0,8.

Рисунок 1 – Схема расчета электрического сопротивления к концу цикла сварки

Таблица 2