Характеристика свариваемости

Свариваемость конструкционных среднеуглеродистых и среднелегированных сталей можно определить как их способность переносить тепловой режим сварки без образования в соединении участков металла с понижен­ными пластическими свойствами, способствующими возникновению трещин или разрушению сварных со­единений при эксплуатации. В рассматриваемых ста­лях такие малопластичные и хрупкие участки образуют­ся в зонах, где металл перегревается при сварке выше температур А_с3, а при последующем охлаждении в его структуре фиксируется наряду с мар­тенситом остаточный аустенит (в зависимости от степе­ни легирования).

Основным критерием свариваемости является склонность этих сталей к холодным трещинам. Наиболее часто они образуются в швах и околошовных зонах перлитных и мартенситных сталей, свариваемых электродными материалами, близкими по составу с ос­новным металлом. Трещины могут возникать как в ин­тервале температур образования мартенсита (250 "С и ниже), так и спустя некоторое время (через 24...48 ч) пос­ле полного остывания сварного соединения. При этом чем выше вровень остаточных напряжений, тем вероят­нее образование холодных трещин. Указанные выше (легирующие элементы в этих сталях способствуют по­нижению температуры начала мартенситного превраще­ния М_н и, следовательно, появлению хрупких закалоч­ных структур. О чувствительности этих сталей к закалке судят по величине эквивалентного углерода С_экв. При значении С_экв > 0,45% сварное соединение счи­тается склонным к холодным трещинам. Однако такая оценка в известной мере является ориентировочной, а определяющая роль принадлежит фактическому со­держанию углерода. Процесс трещинообразования уси­ливается наличием остаточного аустенита, распад кото­рого при нормальных температурах происходит в течение определенного времени, приводя к дополнительному образованию неотпущенного мартенсита и дополни­тельному росту величины внутренних напряжений. Этот процесс усугубляется при повышенном уровне содержа­ния водорода в металле, создающем в дефектах струк­туры локальные и высокие давления. Это вызывает по­явление замедленных трещин, часто образующихся после проведенного контроля качества, а, значит, наи­более опасных.

Дополнительным и весьма существенным фактором, повышающим склонность сварных соединений из леги­рованных сталей к холодным трещинам и охрупчиванию, является наличие различного рода концентраторов напряжений (подрезов, локальных непроваров, загряз­нений металла шлаковыми включениями и т. д.). Устра­нение концентраторов напряжений и обеспечение дос­таточной аустенитности шва за счет его легирования существенно повышает стойкость соединения к холод­ным трещинам (даже при повышенном содержании мартенсита). Образование холодных трещин в этих ста­лях можно также уменьшить:

• выбором способа и технологии (режимов) сварки, способствующих устранению грубодендритной структуры шва и минимальному перегреву зоны термического влияния;

• применением подогрева, уменьшающего вероят­ность образования закалочных структур;

• снижением содержания водорода в сварном соеди­нении;

• термообработкой (отпуском) сразу после сварки.

Использование соответствующих электродных материалов , многослойной сварки, колебательных движений электрода, импульсного режима сварочного тока и оптимальных режимов при непрерывном токе \ обеспечивает получение равноосной мелкозернистой (структуры шва и предупреждает чрезмерное развитие зоны перегрева основного металла. Наилучшие результаты получаются при сварке под флюсом и ручной дуговой сварке, наихудшие — при аргонодуговой сварке.

Снижение содержания водорода в металле шва дос­тигается использованием низководородистых прокаленных электродов (основного типа), флюсов, осушкой га­зов перед сваркой, тщательной зачисткой поверхностей свариваемых кромок.

Отпуск после сварки, снижая остаточные напряже­ния и улучшая структуру (повышая ее пластичность), также устраняет образование замедленных холодных трещин. Для большинства марок сталей отпуск произ­водится сразу после сварки. Чем более легирована сталь, тем меньше должен быть перерыв во времени между окончанием сварки и термообработкой. Если проведе­ние такого отпуска затруднено или невозможно (напри­мер, из-за габаритов изделия), то производится общий или локальный низкий отпуск (250...300 °С), часто на­зываемый «отдыхом».

Появлению горячих трещин при сварке среднеуглеродистых и среднелегированных сталей способствуют / повышенное содержание примесей S и Р, чрезмерно низкие значения погонной энергии сварки (большая \ скорость сварки), неблагоприятная форма шва (узкие швы), а также наличие концентраторов напряжений в виде непроваров, несплавлений и т. п. Эти обстоятель­ства необходимо учитывать при выборе основных и сва­рочных материалов и разработке технологии сварки.