Лекция 16. Особенности сварки различных металлов

16.1. Особенности сварки конструкционных сталей

Свариваемость – это способность металлов образовывать сварные соединения без трещин и прочих дефектов, имеющие механические и физико-химические свойства, близкие к свойствам основного металла. Зона сварки подвергается сильному и непрерывному разогреву. Температура изменяется от температуры расплавленного металла до температуры окружающей среды в сравнительно небольшой зоне. Градиент температуры составляет сотни и даже тысячи градусов на миллиметр. Охлаждение сварного шва происходит крайне быстро – в основном за счет высокой теплопроводности металла. Процесс кристаллизации сварного шва, тепловое расширение и сжатие различных участков вызывают значительные деформации сварных конструкций и трещинообразованию. Различают трещины холодные и горячие.

По признаку свариваемости все конструкционные стали подразделяются на четыре группы:

I группа – хорошо сваривающиеся стали. Это – низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%, и низколегированные с суммарным содержанием легирующих элементов менее 2,5%. Стали свариваются без трещин. Возможна сварка при отрицательной температуре. Термическая обработка после сварки не требуется. Примеры сталей: ВСт1, ВСт3, сталь 10, 15, 25 и 25 по ГОСТ 1050-88, сталь 15Г, 20Г, 15Г, 09Г2 и др.

II группа – удовлетворительно сваривающиеся стали с содержанием углерода 0,25–0,3%. Свариваются без дефектов при температуре выше +5 С. При сварке заготовок толщиной более 25 мм их подогревают до 50–100  С. После сварки целессообразна термообработка. Примеры сталей: ВСт5, ВСт5Г, 27ГС, 20ХГС и др.

III группа – ограниченно сваривающиеся стали с одержанием углерода 0,35–0,45%. Преде сваркой заготовки подогревают до 100–200  С. Термообработка после сварки – обязательна (отжиг или закалка с последующим высоким отпуском). Примеры сталей: БСт6, 40, 45, 30ХМ, 30ХГСА.

IV группа – плохо сваривающиеся стали с содержанием углерода (или его эквивалента) более 0,5%. Перед сваркой заготовки подогревают до 250–300 С. Термическая обработка после сварки обязательна. Примеры сталей: 45Г, 40Х, 60ГСА, У7.

При сварке сталей I групп рекомендуется накладывать швы короткими участками, варить по горячим, предварительно наложенным швам, использовать прихватки длиной 20–120 мм с шагом 500–800 мм. Желательно варить покрытыми электродами или в атмосфере углекислого газа. Дуговую сварку ответственных конструкций лучше проводить с двух сторон. Для снижения вероятности прожогов необходимо применять остающиеся или съемные подкалдки, подварку корня шва, флюсовые подушки.

При сварке сталей II и III групп главная проблема – закалка околошовной зоны и возможность образования холодных трещин как в момент сварки, так и при эксплуатации. Кроме указаных мероприятий рекомендуется заменять однослойную сварку многослойной; применять основные покрытые электроды, которые необходимо прокалывать при температуре 400–450 С в течение 3–5 часов; варить на постоянном токе обратной полярности.

Сварку сталей IV группы рекомендуется выполнять при низких токах и валиками небольшой толщины. Желательно обеспечивать рациональную кнструкцию сварных деталей, не препятствующих усадке металла шва и тепловым расширениям. Не рекомендуется применять угловые, тавровые и нахлестные соединения. Предварительный подогрев заготовок лучше выполнять газовыми горелками или с помощью ТВЧ. При сварке в атмосфере защитных газов обязательно производить их осушение. Оптимальными считаются сварка в атмосфере аргона или электроннолучевая. Рекомендуется применять электроды с несколько пониженным содержанием легирующих элементов, подготовку кромок производить на металлорежущих станках, обеспечивать надежное крепление заготовок под сварку.