Osobennosti svarki

«Vernutsya nazad

Svarka soprovogdaetsya kompleksom odnovremenno protekayushchih protsessov , osnovnimi iz kotorih yavlyayutsya : teplovoe vozdeystvie na metall v zone termicheskogo vliyaniya , termodeformatsionnie plavleniya , metallurgicheskoy obrabotki i kristallizatsii metalla v obyome svarochnoy vanni v zone splavleniya .

Fizicheskaya svarivaemost harakterizuet printsipialnuyu vozmognost polucheniya monolitnih svarnih soedineniy i glavnim obrazom otnositsya k raznorodnim metallam .

V protsesse svarki imeet mesto neprerivnoe ohlagdenie . Harakter strukturnih prevrashcheniy pri etom otlichaetsya ot sluchaya raspada austenita pri izotermicheskoy vidergke . Pri neprerivnom ohlagdenii znachenie inkubatsionnogo perioda v 1.5 raza bolshe , chem pri izotermicheskom . S uvelicheniem skorosti ohlagdeniya poluchaemaya struktura v zone izotermicheskogo vliyaniya izmelchaetsya , tvyordost eyo povishaetsya . Esli skorost ohlagdeniya previshaet kriticheskuyu skorost , obrazovanie struktur zakalki neizbegno .

Zakalyonnie strukturi v apparatostroenii yavlyayutsya krayne negelatelnimi : otlichayutsya visokoy tvyordostyu , hrupkostyu , ploho obrabativayutsya , sklonni k obrazovaniyu treshchin .

Esli skorost ohlagdeniya nige kriticheskoy skorosti , obrazovanie zakalochnih struktur isklyuchaetsya . V zone termicheskogo vliyaniya naibolee gelatelnimi yavlyayutsya plastichnie , horosho obrabativaemie strukturi tipa perlita ili sorbita . Poetomu poluchenie kachestvennih soedineniy nepremenno svyazano s dostigeniem gelaemih struktur v osnovnom regulirovaniem skorosti ohlagdeniya .

Podogrev sposobstvuet perlitnomu prevrashcheniyu i yavlyaetsya deystvennim sredstvom isklyucheniya zakalochnih struktur . Poetomu on slugit v kachestve predvaritelnoy termicheskoy obrabotki svarnih soedineniy (nagrev do svarki i v protsesse eyo ) . Menyaya skorost ohlagdeniya , mogno poluchit gelaemuyu tvyordost v zone termicheskogo vliyaniya .

V nekotorih sluchayah poyavlyaetsya neobhodimost uvelicheniya skorosti ohlagdeniya . Putyom uskorennogo ohlagdeniya udayotsya izmelchit zerno , povisit prochnostnie svoystva i udarnuyu vyazkost v zone termicheskogo vliyaniya . S etoy tselyu nahodit primenenie metod soputstvuyushchego ohlagdeniya . Svarnoe soedinenie v protsesse svarki s obratnoy storoni dugi ohlagdaetsya vodoy ili vozdushnoy smesyu , chto sposobstvuet polucheniyu krutoy vetvi skorosti ohlagdeniya.

Tehnologicheskaya prochnost svarnogo shva .

Termin “Tehnologicheskaya prochnost” primenyaetsya dlya harakteristiki prochnosti konstruktsii v protsesse eyo izgotovleniya . V svarnih konstruktsiyah tehnologicheskaya prochnost limitiruetsya v osnovnom prochnostyu svarnih shvov . Eto odin iz vagnih pokazateley svarivaemosti stali .

Tehnologicheskaya prochnost otsenivaetsya obrazovaniem goryachih i holodnih treshchin .

1. Goryachie treshchini. Eto hrupkie megkristallicheskie razrusheniya metalla shva i zoni termicheskogo vliyaniya . Voznikayut v tvyordo-gidkom sostoyanii na zavershayushchey stadii pervichnoy kristallizatsii , a tak ge v tvyordom sostoyanii pri visokih temperaturah na etape preimushchestvennogo razvitiya megzernistoy deformatsii . Nalichie temperaturno- vremennogo intervala hrupkosti yavlyaetsya pervoy prichinoy obrazovaniya goryachih treshchin . Temperaturno- vremennoy interval obuslavlivaetsya obrazovaniem gidkih i polugidkih prosloek , narushayushchih metallicheskuyu sploshnost svarnogo shva . Eti prosloyki obrazuyutsya pri nalichii legkoplavkih , sernistih soedineniy (sulfidov ) FeS s temperaturoy plavleniya 1189 S i NiS s temperaturoy plavleniya 810 S . V pikoviy moment razvitiya svarochnih napryageniy po etim gidkim prosloykam proishodit sdvig metalla , pererastayushchego v hrupkie treshchini . Vtoraya prichina obrazovaniya goryachih treshchin - visokotemperaturnie deformatsii . Oni razvivayutsya vsledstvie zatrudnyonnoy usadki metalla shva , formoizmeneniya svarivaemih zagotovok , a tak ge pri relaksatsii svarochnih napryageniy v neravnovesnih usloviyah svarki i pri poslesvarochnoy termoobrabotke , strukturnoy i mehanicheskoy kontsentratsii deformatsii.

2. Holodnie treshchini. Holodnimi schitayut takie treshchini , kotorie obrazuyutsya v protsesse ohlagdeniya posle svarki pri temperature 150 S ili v techenii neskolkih posleduyushchih sutok . Imeyut blestyashchiy kristallicheskiy izlom bez sledov visokotemperaturnogo okisleniya . Osnovnie faktori , obuslavlivayushchie poyavlenie holodnih treshchin sleduyushchie: a) Obrazovanie struktur zakalki ( martensita i beynita ) privodit k poyavleniyu dopolnitelnih napryageniy , obuslovlennih obyomnim effektom . b) Vozdeystvie svarochnih rastyagivayushchih napryageniy . v) Kontsentratsiya diffuzionnogo vodoroda . Vodorod legko peremeshchaetsya v nezakalyonnih strukturah . V martensite diffuzionnaya sposobnost vodoroda snigaetsya : on skaplivaetsya v mikropustotah martensita , perehodit v molekulyarnuyu formu i postepenno razvivaet visokoe davlenie , sposobstvuyushchee obrazovaniyu holodnih treshchin . krome togo , vodorod , adsorbirovanniy na poverhnosti metalla i v mikropustotah , vizivaet ohrupchivanie metalla .

Uglerodistie stali : svarka i soputstvuyushchie ey protsessi .

Splavi Fe i S , gde protsentnoe soderganie ugleroda ne previshaet 2.14 % , nazivayut uglerodistimi stalyami . Uglerod okazivaet silnoe vliyanie na svoystva staley . Nalichie drugih elementov obuslovleno :

1. Tehnologicheskimi osobennostyami proizvodstva - Mn , Si - dlya ustraneniya vrednih vklyucheniy zakisi geleza , FeO i FeS . Vokrug otorochki sernistogo geleza , nachinaya s 985 S , proishodit oplavlenie , chto vedyot k snigeniyu tehnologicheskoy prochnosti svarnogo shva . Temperatura plavleniya MnS sostavlyaet 1620 S , krome togo , on plastichen .

2. Nevozmognostyu polnogo udaleniya iz metalla ( S, P, N , H )

3. Sluchaynimi prichinami ( Cr , Ni , Cu i drugie redkozemelnie metalli ) Uglerodistie stali sostavlyayut osnovnuyu massu splava Fe-C , do 95 % apparaturi i oborudovaniya izgotavlivayut iz etih staley . V otechestvennoy promishlennosti naibolee shiroko primenyayut stali s soderganiem ugleroda do 0.22 % , redko ot 0.22 do 0.3 % . Strukturno -fazovie prevrashcheniya uglerodistih staley opredelyayutsya diagrammoy sostoyaniya Fe-C . V normalizovannom sostoyanii imeyut ferrito- perlitnuyu strukturu . S tochki zreniya kinetiki raspada austenita , u uglerodistih staley proishodit prevrashchenie austenita v perlit ( vtoroe osnovnoe prevrashchenie). V zavisimosti ot temperaturi ohlagdeniya , stepeni pereohlagdeniya , skorosti ohlagdeniya ferrito- tsementitnoy smesi poluchaetsya razlichnoy stepeni dispersionniy perlit , sorbit , beynit , troostit .

Nizkolegirovannie stali povishennoy prochnosti.

K nizkolegirovannim otnosyat stali , sodergashchie v svoyom sostave do 2 % legiruyushchih elementov kagdogo v otdelnosti i do 5 % summarno ( Mn , Si , Cr , Ni ). Soderganie ugleroda , kak i u uglerodistih staley ne previshaet 0.22 % . Soderganie S i P v nizkolegirovannih stalyah takoe ge , kak v kachestvennih stalyah.

Pri svarke , kinetika raspada austenita takaya ge , kak i uglerodistih staley . Pri ohlagdenii na vozduhe poluchaetsya ferrito- perlitnaya struktura . Poetomu nizkolegirovannie stali povishennoy prochnosti otnosyat k horosho svarivaemim stalyam .

Odnako legiruyushchie elementi sushchestvenno snigayut kriticheskuyu skorost ohlagdeniya . Pri soderganii v verhnem predele i visokih skorostyah ohlagdeniya vozmogno podavlenie perlitnogo prevrashcheniya i poyavleniya promegutochnih i zakalochnih struktur .

Pri umenshenii pogonnoy energii svarki i uvelichenii intensivnosti ohlagdeniya v metalle shva i zone termicheskogo vliyaniya vozrastaet veroyatnost raspada austenita s obrazovaniem zakalochnih struktur . Pri etom budet uvelichivatsya veroyatnost obrazovaniya holodnih treshchin i sklonnost k hrupkomu razrusheniyu .

Pri povishennih pogonnih energiyah nablyudaetsya rost zerna austenita i obrazuetsya grubozernistaya ferrito- perlitnaya struktura vidmanshtetovogo tipa s ponigennoy udarnoy vyazkostyu .

Vibor teplovih regimov v osnovnom presleduet tsel nedopushcheniya holodnih treshchin . Odnim iz samih tehnologichnih sredstv , snigayushchih veroyatnost poyavleniya treshchin , yavlyaetsya podogrev . Temperatura podogreva opredelyaetsya v zavisimosti ot ekvivalenta ugleroda i tolshchini svarivaemogo prokata . Neobhodimaya temperatura podogreva vozrastaet s uvelicheniem legirovannosti stali i tolshchini svarivaemogo prokata .

Nizkolegirovannie stali garoprochnie perlitnie .

Hromomolibdenovie stali 12MH , 12HM , 15HM prednaznacheni dlya raboti v diapazone temperatur -40... +560 S . V osnovnom ispolzuyutsya pri temperaturah +475...+560 S . Ih primenenie obuslovleno nizkoy stoimostyu i dostatochno visokoy tehnologichnostyu pri izgotovlenii svarnih konstruktsiy i proizvodstve otlivok , pokovok .

Na uchastkah , nagretih vishe tochki As(3) , vozmogno obrazovanie martensita i troostita . Reaktsiya stali na termicheskiy tsikl svarki harakterizuetsya razuprochneniem v zone termicheskogo vliyaniya v intervale temperaturi As(3) - T (0), kotoriy obyasnyaetsya protsessami otpuska . Protyagyonnost razuprochnennogo uchastka uvelichivaetsya pro bolshih znacheniyah pogonnoy energii svarki .

Myagkaya razuprochnennaya prosloyka moget yavitsya prichinoy lokalnih razrusheniy svarnih soedineniy v protsesse ekspluatatsii , osobenno pri izgibayushchih nagruzkah .

Ustranenie razuprochneniya osushchestvlyaetsya posleduyushchey termicheskoy obrabotkoy s fazovoy perekristallizatsiey v pechah ( obyomnaya termicheskaya obrabotka ) .

Obrazovanie obezuglerogennoy ( ferritnoy ) prosloyki - eto spetsificheskiy pokazatel svarivaemosti , prisushchiy etim stalyam . V protsesse posleduyushchey ekspluatatsii pri temperaturah 450-600 S , proishodit migratsiya ugleroda iz metalla shva v osnovnoy metall , ili naoborot , kogda imeet mesto razlichie v ih legirovanii karbidoobrazuyushchimi elementami .

Stali sistemi Fe-C-Cr ( hromistie stali ) .

Hrom - osnovnoy legiruyushchiy element . On pridayot stalyam tsennie svoystva : garoprochnost , garostoykost ( okalinostoykost , korrozionnuyu stoykost ) .CHem bolshe soderganie hroma , tem bolee visokoy korrozionnoy stoykostyu obladaet stal . Takoe vliyanie hroma obyasnyaetsya ego sposobnostyu k samopassivirovaniyu dage v estestvennih usloviyah i obrazovaniyu plotnih gazonepronitsaemih oksidnih plyonok pri visokih temperaturah .

1. Spetsifika svarivaemosti staley tipa 15H5M .

Sklonnost k zakalke oslognyaet tehnologicheskiy protsess vipolneniya svarochnih rabot . V zone termicheskogo vliyaniya obrazuyutsya tvyordie prosloyki , kotorie ne ustranyayutsya dage pri svarke s podogrevom do 350-400 S . Dlya polnogo ustraneniya tvyordih prosloek neobhodimo primenenie dopolnitelnih mer . Nebolshaya skorost raspada hromistogo austenita , vizivayushchaya sklonnost k zakalke na vozduhe , i fazovie prevrashcheniya martensitnogo haraktera snigayut stoykost staley k obrazovaniyu treshchine pri svarke .Primenenie zakalivayushchih na vozduhe staley dlya izgotovleniya svarnogo oborudovaniya privodit k obrazovaniyu v svarnih soedineniyah mehanicheskoy neodnorodnosti .

Mehanicheskaya neodnorodnost , zaklyuchayushchayasya v razlichii svoystv harakternih zon svarnogo soedineniya , yavlyaetsya sledstviem , s odnoy storoni , neodnorodnosti termodeformatsionnih poley pri svarke strukturno - neravnovesnih staley , s drugoy - primeneniya tehnologii svarki s otlichayushchimisya po svoystvam svarochnimi materialami iz-za neobhodimosti obespecheniya tehnologicheskoy prochnosti .

V nastoyashchee vremya primenyaetsya dva vida svarki :

1. Svarka odnorodnimi perlitnimi elektrodami , blizkimi po sostavu k osnovnomu metallu .Pri etom metall shva i zona termicheskogo vliyaniya priobretayut zakalyonnuyu strukturu i obrazuetsya shirokaya tvyordaya prosloyka .

2. Svarka s primeneniem austenitnih elektrodov . Poskolku austenitnie materiali ne sklonni k zakalke , tvyordie prosloyki obrazuyutsya tolko v zone termicheskogo vliyaniya .

Hromistie martensitno- ferritnie stali .

U stali marki 08H13 s soderganiem ugleroda 0.08 % , termokineticheskaya diagramma raspada austenita imeet dve oblasti previsheniya : v intervale 600-930 S, sootvetstvuyushchem obrazovaniyu ferrito- karbidnoy strukturi , i 120-420 S - martensitnoy . Kolichestvo prevrashchyonnogo austenita v kagdom iz ukazannih temperaturnih intervalov zavisit , glavnim obrazom , ot skorosti ohlagdeniya . Naprimer , pri ohlagdenii so sredney skorostyu 0.025 S/s prevrashchenie austenita proishodit preimushchestvenno v verhney oblasti s obrazovaniem ferrita i karbidov . Lish 10 % austenita v etom sluchae prevrashchaetsya v martensit v protsesse ohlagdeniya ot 420 S . Povishenie skorosti ohlagdeniya stali do 10 C/c sposobstvuet pereohlagdeniyu austenita do temperaturi nachala martensitnogo prevrashcheniya ( 420 S ) i polnomu ego bezdiffuzionnomu prevrashcheniyu . Izmeneniya v strukture , obuslovlennie uvelicheniem skorosti ohlagdeniya , skazivayutsya i na mehanicheskih svoystvah svarnih soedineniy . S vozrastaniem doli martensita nablyudaetsya snigenie udarnoy vyazkosti .

Uvelichenie soderganiya ugleroda privodit k sdvigu v oblast bolee nizkih temperatur granitsi prevrashcheniya martensita . U staley s soderganiem ugleroda 0.1- 0.25 % v rezultate etogo polnoe martensitnoe prevrashchenie imeet mesto posle ohlagdeniya so skorostyu ~1S/c .

S tochki zreniya svarivaemosti , martensitno- ferritnie stali yavlyayutsya “neudobnimi” v svyazi s visokoy sklonnostyu k podkalke v svarnih soedineniyah etih staley . Podkalka privodit k obrazovaniyu holodnih treshchin . Sklonnost k obrazovaniyu treshchin pri svarke zavisit ot haraktera raspada austenita v protsesse ohlagdeniya . V sluchae formirovaniya martensitnoy strukturi udarnaya vyazkost svarnih soedineniy 13 %-nih hromistih staley snigaetsya do 0.05-0.1 MDg/m . Posleduyushchiy otpusk pri 650-700 S privodit k raspadu strukturi zakalki , videleniyu karbidov , v rezultate chego tetragonalnost martensita umenshaetsya . Posle otpuska udarnaya vyazkost vozrastaet do 1MDg/m2 . S uchyotom takoy vozmognosti vosstanovleniya udarnoy vyazkosti bolshinstvo marok hromistih staley imeet povishennoe soderganie ugleroda dlya predotvrashcheniya obrazovaniya znachitelnogo kolichestva ferrita v strukture . Takim obrazom udayotsya predotvratit ohrupchivanie stali . Odnako pri etom nablyudaetsya uhudshenie svarivaemosti vsledstvie sklonnosti svarnih soedineniy k holodnim treshchinam iz-za visokoy hrupkosti okoloweldednogo metalla so strukturoy plastinchatogo martensita .

Austenitnie korrozionnostoykie stali .

Austenitnie stali sodergat v svoyom sostave Cr , Ni , C . Po reaktsii na termicheskiy tsikl hromonikelevie stali otnosyat k horosho svarivaemim . Pri ohlagdenii oni preterpevayut odnofaznuyu austenitnuyu kristallizatsiyu neperlitnogo raspada , tem bolee martensitnogo prevrashcheniya pri etom ne proishodit .

Harakternim pokazatelem svarivaemosti hromonikelevih staley yavlyaetsya megkristallitnaya korroziya (MKK) .

MKK razvivaetsya v zone termicheskogo vliyaniya , nagretoy do temperatur 500-800 S ( kriticheskiy interval temperatur ) .

Pri prebivanii metalla v opasnom (kriticheskom) intervale temperatur po granitsam zeren austenita vipadayut karbidi hroma Cr(4)C , chto privodit k obedneniyu prigranichnih uchastkov zeren austenita hromom .hrom opredelyaet korrozionnuyu stoykost stali . V obednyonnih hromom megkristallitnih uchastkah razvivaetsya korroziya , kotoraya nazivaetsya megkristallitnoy .

Megkristallitnaya korroziya imeet opasnie posledstviya - moget vizvat hrupkie razrusheniya konstruktsiy v protsesse ekspluatatsii .

CHtobi dobitsya stoykosti stali protiv megkristallitnoy korrozii , nugno isklyuchit ili oslabit effekt vipadeniya karbidov . t. e. stabilizirovat svoystva stali .

Austenitno- ferritnie nergaveyushchie stali.

Austenitno- ferritnie stali otnosyatsya k gruppe horosho svarivaemih staley . Oni stoyki k obrazovaniyu goryachih treshchin protiv megkristallitnoy korrozii .

Spetsifichnim momentom svarivaemosti yavlyaetsya ih povishennaya sklonnost k rostu zerna . Naryadu s rostom ferritnih zeren vozrastaet obshchee kolichestvo ferrita . Posleduyushchim bistrim ohlagdeniem fiksiruetsya obrazovavshayasya struktura . Razmeri zerna i kolichestvo ferrita , a takge shirina zoni peregreva zavisyat ot pogonnoy energii svarki , sootnosheniya strukturnih sostavlyayushchih v ishodnom sostoyanii i chuvstvitelnosti stali k peregrevu .Sootnoshenie kolichestva strukturnih sostavlyayushchih ( gamma - i alfa- faz ) v ishodnom sostoyanii v znachitelnoy stepeni zavisit ot soderganiya a stali Ti . Kolichestvo titana v stali takge opredelyaet ustoychivost austenitnoy fazi protiv gamma- alfa prevrashcheniya pri svarochnom nagreve . CHem vishe soderganie Ti , tem chuvstvitelney stal k peregrevu . Vsledstvie rosta zerna i umensheniya kolichestva austenita nablyudaetsya snigenie udarnoy vyazkosti metalla okoloweldednoy zoni i ugla zagiba svarnih soedineniy austenitno- ferritnih staley . Menee chuvstvitelnimi k svarochnomu nagrevu yavlyayutsya stali , ne sodergashchie titan , - eto stali 03H23N6 i 03H22N6M2 .

Osobennosti svarki apparaturi iz raznorodnih staley .

Spetsificheskimi pokazatelyami svarivaemosti raznorodnih staley yavlyayutsya protsessi diffuzii i razbavleniya .

Naibolshuyu opasnost predstavlyaet diffuziya S v storonu visokolegirovannoy stali , gde bolshaya kontsentratsiya Cr ili drugih karbidoobrazuyushchih elementov .

Razbavlenie proishodit pri peremeshivanii svarivaemih staley i prisadochnogo materiala v obyome svarochnoy vanni .

Stal bolee legirovannaya razbavlyaetsya stalyu menee legirovannoy . Stepen razbavleniya zavisit ot doli uchastiya kagdogo iz sostavlyayushchih raznorodnoe svarnoe soedinenie .

Obshchie svedeniya o metallurgicheskih protsessah pri svarke v inertnih gazah .

Svarku staley osushchestvlyayut obichno pod flyusom , v srede oksida ugleroda (IV) , no bivayut sluchai , kogda tselesoobrazno primenyat argonno- dugovuyu svarku ,- naprimer dlya uprochneniya sredne i visokolegirovannih staley .

Nizkouglerodistie nizkolegirovannie stali , osobenno kipyashchie , sklonni k poristosti vsledstvie okisleniya ugleroda :

Fe(3)C + FeO = 4Fe + CO ;

Etot protsess idyot za schyot kisloroda , nakoplennogo v stalyah vo vremya ih viplavki , no moget voznikat za schyot primesi k Ar marok V i G , za schyot vlagnosti gaza i sodergashchegosya v nyom kisloroda .

Dlya podavleniya etoy reaktsii v svarochnoy vanne nugno imet dostatochnoe raskisliteley ( Si , Mn , Ti ) , t. e. ispolzovat svarochnie provoloki Sv08GS ili Sv08G2S . Mogno snizit poristost putyom dobavki k argonu do 50 % kisloroda . kotoriy , vizivaya intensivnoe kipenie svarochnoy vanni , sposobstvuet udaleniyu gazov do nachala kristallizatsii . Dobavka kisloroda k argonu snigaet takge kriticheskoe znachenie svarochnogo toka , pri kotorom osushchestvlyaetsya perehod ot krupnokapelnogo perenosa metalla v duge k struynomu , chto povishaet kachestvo svarki .

Srednelegirovannie uglerodistie stali obichno sodergat v svoyom sostave dostatochnoe kolichestvo aktivnih legiruyushchih komponentov dlya podavleniya poristosti , vizivaemoy okisleniem ugleroda . Eto obespechivaet plotnuyu strukturu shva , a shva sostav metalla shva sootvetstvuet osnovnomu metallu , esli elektrodnie provoloki imeyut tak ge blizkiy sostav .

Austenitnie korrozionnostoykie i garoprochnie stali (12H18N10T i dr.) horosho svarivayutsya v srede argona kak plavyashchimsya , tak i neplavyashchimsya elektrodom . Pri svarke etih staley obichno ne trebuetsya kakih-libo dopolnitelnih meropriyatiy , no austenitno- martensitnie stali ochen chuvstvitelni k vliyaniyu vodoroda , kotoriy ih silno ohrupchivaet i dayot zamedlennoe razrushenie v vide holodnih treshchin .

«Vernutsya nazad