Глава 9

Глава 9 СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫЕ И ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ И ИХ СВАРИВАЕМОСТЬ

9.2 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 Ас3, а при последующем охлаждении (см. ч.1, гл.4.2, рис.4.3, II) в его структуре фиксируется наряду с мартенситом остаточный аустенит (в зависимости от степени легирования).

Таким образом, критерием свариваемости является склонность 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 (2500С и ниже), так и спустя некоторое время (через 24...48 час) после полного остывания сварного соединения. При этом, чем выше уровень внутренних сварочных и структурных напряжений, тем вероятнее образование холодных трещин. Указанные выше легирующие элементы способствуют понижению температуры начала Мн превращения и, следовательно, появлению хрупких закалочных структур. О чувствительности этих сталей к закалке судят по величине эквивалентного углерода:

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 близких к нормальным температурам происходит в течение определенного времени и приводит к дополнительному образованию неотпущенного мартенсита и дополнительному росту величины внутренних напряжений. Этот эффект усугубляется при повышенном уровне водорода, растворенного в металле, создающего в несплошностях структуры локальные и высокие давления. Это вызывает появление замедленных трещин, образующихся после проведенного контроля качества, а, значит, наиболее опасных.

Дополнительным и существенным фактором, повышающим склонность сварных соединении к холодным трещинам и к охрупчиванию соединения, является наличие различного рода концентраторов напряжении (подрезов, локальных непроваров, загрязнений металла шлаковыми включениями и т.д.). Устранение концентраторов напряжений (поверхностная обработка, наклеп) и обеспечение повышенной аустенитности шва существенно повышает стойкость соединения к холодным трещинам (даже при повышенном содержании мартенсита). Образование холодных трещин можно 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) после сварки.

Использование соответствующих электродных материалов (см. табл. 9.1), многослойной сварки, колебательных движений электрода, импульсного режима сварочного тока и оптимальных режимов при непрерывном токе обеспечивает получение равноосной зернистой 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.

Таблица 9.1 – Сварочные материалы и термообработка соединений из среднеуглеродистых и среднелегированных сталей

Марка свариваемой стали	Типы (марки) сварочных материалов				Термообработка
	Ручная дуговая сварка		Сварка под флюсом	Сварка в инертных газах (Ar,He)	В процессе сварки	После сварки
	Тип	Марка	Марка проволоки	Марка проволоки	В процессе сварки	После сварки
Сталь 45, 35Г	Э70	ЛКЗ-70			300…350	Отпуск непосредственно после сварки
	Э-08Х21Н10Г6	УОНИ-13/ НЖ-2	Св 08Х21Н10Г6		200…300	Без термообработки
	Э-30Х25Н16Г7	ОЗЛ-9А			200…300	Без термообработки
З0ХГ2С		УОНИ-13/85У	Св08А			Без термообработки
30ХГСНА		НИАТ-3М	Св18ХМА	Св18ХМА	Подогрев 150…200	Закалка+отпуск
30ХГСА	Э85, Э100	УОНИ-13/85	Св04ХМА	Св04ХМА	Подогрев 150…200	Закалка+отпуск
30ХГСНА	Э10Х20Н9ГС		Св 08Х21Н10Г6		Без подогрева	Без термообработки
12Х2НВФА	Э85	НИАТ-3М	Св18ХМА	Св18ХМА	Без подогрева	Без термообработки
42Х2ГСНМА	Э85	УОНИ-13/85		Св 20ХСНВФА	Подогрев 200…300	Закалка+отпуск

Снижение водорода в металле шва достигается использованием низководородистых электродов (основного типа), прокаливанием их и флюсов, сушкой газов перед сваркой, тщательной зачисткой свариваемых кромок.

Отпуск после сварки, снимая остаточные напряжения и улучшая структуру (повышая ее пластичность), устраняет образование замедленных холодных трещин. Для большинства марок сталей отпуск должен 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 локальный низкий отпуск (250...300 ⁰С), часто называемый «отдыхом».

Появлению горячих трещин при сварке среднеуглеродистых и среднелегированных сталей способствует 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 разработке технологии сварки.

Далее: Глава 10 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ДЛЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР