6. Свариваемость металлов

6.1. Понятие свариваемости

Свойство металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие конструктивным и эксплуатационным требованиям или требованиям качества.

Ранее: физическая и технологическая св - сть.

Степени свариваемости  ()

Эксплуатационные требования к сварным соединениям:

а) механические свойства

б) герметичность

в) коррозионная стойкость

г) работа при низких температурах – 40 єС

д) прочность при повышенных температурах


Критерии свариваемости
стойкость к образованию холодных трещин (ХТ), водород стойкость к образованию горячих трещин (ГТ) стойкость к образованию ламелярных трещин стойкость к трещинам повторного нагрева

Рис. 6.1. Трещины в сварных соединениях

6.2. Холодные трещины (ХТ), водородные трещины

Как правило в ЗТВ, также в металле шва, стали, Al, Cu

Блестящий кристаллический излом, под действием собственных сварочных напряжений – локальный.

Инкубационный период – 1-2 сутки

Причины образования ХТ в сталях:



Предотвращение холодных трещин (ХТ)


Применять стали менее склонные к закалке (СЕ < 0,41; Re < 350 MПа; Rm < 500 Mпа;

  t <25-30 mm) 


Использовать присадочные материалы с минимальным содержанием Н,

  электроды В, МАГ – сварка

  прокаливание электродов


Подогрев и последующий нагрев

  Н2 удаляется при ~ 150 єС


Подогрев, учесть тепловложение

Qe ↑ , после сварки 2 – 3 часа

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Продолжить нагрев – удаление Н2


Конструктивные мероприятия для уменьшения внутренних сварочных напряжений:
    последовательность сварки промежуточный нагрев оптимальный режим сварки рациональная конструкция


6.3. Расчётные и экспериментальные методы оценки склонности к  образованию сталей к ХТ

Влияние максимального содержания углерода

Оценка по эквиваленту углерода:

Формула международного института сварки (IIW)

               С2 + Mo + V  Cu + Ni  Mn

CE = CEW = Cэкв = С + —————— + ———— + ——  %

  5  15  6

Если С > 0,18 %  t 8/5 > 12 сек  СЕ < 0,41  - хорошая свариваемость

При этом учесть:


    тепловложение или погонную энергию Qe комбинированную толщину материала

Для стыковых соединений:  t komb = 2 t

Для тавровых соединений:  t komb = 3 t

Температура подогрева Тпод = f (t komb, CE; Qe)

Номограммы, графики (ЕН 1011 -2)

В каталогах сталей рекомендации в виде таблиц

Исключения: стали марок 14Г, 16ГС, 09Г2С, 15ХСНД.

Другие формулы для оценки склонности к образованию ХТ и температуры подогрева:

В Японии (1970г)

  Mn + Cu + Cr  Ni  Mo  V

РСМ = С + ——————— + —— + —— + —— + 5B

  20  60  15  10

Если С ≥ 0,22 %  t 8/5 < 8 s

Рис. 6.2. Номограммы для определения температуры подогрева (учебник)

Рис.6.3. Графики для определения температуры подогрева (ЕН 1011 -2)



Технологические пробы

Рис. 6.4. Испытание на излом

Рис. 6.5. CTS – проба

Рис. 6.6. Крестообразная проба (CTS)

Рис.6.7. Влияние подогрева и последующего отжига на распределение твёрдости сварного соединения

6.4. Склонность к образованию горячих трещин (ГТ)

Предпосылки образования:


    низкоплавкие фазы на границах зерен образование крупнозернистой структуры,

трещины распространяются легко

    появление растягивающих напряжений в момент кристаллизации и охлаждения

Способы уменьшения риска образования ГТ:


    понижение вредных примесей (S, P, C) повышение содержания Mn (аустенит. стали) создание возможности образования ферритной первичной структуры (аустенит стали)

Расчётные методы оценки склонности к ГТ

Параметр

  C(S + P + Si/25 + 0,03 Ni) · 103

HCS = ———————————————

  3Mn + Cr + Mo + V

Если HCS < 2 – 4, сталь не склонна к ГТ


Технологические пробы

Рис. 6.8. Экспериментальное определение склонности стали к ГТ

6.5. Ламелярные трещины 

Образуются в ЗТВ, часто в тавровых соединениях

Примеры:


    примеси сулофидов и силикатов между зернами (низкое качество стали) большие внутренние напряжения (нерациональная конструкция)

6.6. Трещины повторного нагрева

В Cr – Mo – V сталях во время высокого отпуска или в эксплуатации

В ЗТВ, в крупнозернистом участке выделяются карбиды, могут образовываться в ЗТВ или в металле шва 

Расчётные методы (сравнение параметров)

Д GL = Cr + 3,3 Mo + 8,1 V + 10C – 2

Если Д GL > 2, возможны трещины

Общее правило: местами образования (зародышами) являются сварочные дефекты: несплошности, поры, пустоты