Книги по строительству и ремонту

Ручная дуговая сварка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

9.6. Свариваемость и причины возникновения трещин в стали

Свариваемостью называют свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает ее химический состав. Как известно, сталь в основном состоит из железа с неизменной примесью углерода. По содержанию углерода ста in разделяются на: иизкоуглеродистые (до 0,25% С); среднеуглеродистые (0,25—0,4 % С); высокоуглеродистые (0,46—0,9 % С). Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, широко применяемые для строительных конструкций. Сварка среднеуглеродистыч сталей возможна при условии соблюдения особой технологии, включающей, как правило, предварительный прогрев и последующую термообработку, устраняющие закалку соединения. Ручная дуговая сварка высокоуглеродистых сталей не рекомендуется. Она возможна только при соблюдении технологии, которая, однако, не всегда обеспечивает получение соединения, равнопрочного основному металлу.

Кроме углерода в стали и шве содержатся Мп и Si, попадающие в металл в процессе раскисления. Для повышения прочностных характеристик и приобретения особых свойств стали (коррозионной стойкости, жаропрочности и т. п.) применяют легирование металла различными полезными элементами, которые, улучшая его свойства, вместе с тем ухудшают его свариваемость. Легированные стали разделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на: низколегированные (не более 2,5%); легированные (2,5—10 %) и высоколегированные (более 10 %).

При оценке свариваемости стали помимо химического состава учитываются: конструктивные формы изделий, технологические особенности сварки, физические свойства металла, склонность к закаливанию, образованию трещин прн сварке и после охлаждения, коррозионная стойкость при различных температурах, прочность, пластичность, вязкость и другие характеристики.

При выборе технологии сварки важное место занимает погонная энергия. Зависимость механических свойств стали от погонной энергии видна из 9.7, оптимальная ее величина равна в данном случае 30— 40 кДж/см. От погонной энергии при сварке металла определенного химического состава зависят его структура, склонность к закаливанию и образованию трещин.

Различают два вида трещин в шве и зоне термического влияния: горячие и холодные.

Горячие или кристаллизационные трещины образуются при высокой температуре в период кристаллизации сварного соединения. На их образование влияют высокая скорость охлаждения и, как следствие, увеличение темпов деформации в сочетании с неблагоприятным химическим составом. Увеличенное содержание углерода, серы, меди и некоторых других элементов вызывает их межкристаллитную ликвацию, в результате чего замедляется затвердевание жидкого сплава между кристаллами. Это ослабляет их связь и при термической деформации приводит к образованию макроскопических трещин. Неблагоприятная форма сварного соединения также может вызвать образование горячих трещин. Это хорошо видно на примере конструкции, металл которой не был склонен к образованию горячих трещин (9.8). Однако горячие трещины возникали в швах, приваривающих к тумбе бобышки сплошного сечения ввиду большой жесткости данного узла. Изменение конструкции бобышки устранило этот дефект (9.8, б, узел А). Горячие трещины, несмотря на их незначительную величину, могут вызывать ослабление сварного соединения и его разрушение, особенно при переменных или динамических нагрузках.

Холодные трещины возникают в швах и в зоне термического влияния при более низких температурах в процессе структурных изменений при охлаждении сварного соединения. Наиболее часто они возникают в сварных соединениях из закаливающихся средне-и высоколегированных сталей. Они могут зарождаться и распространяться в течение нескольких часов или даже суток после сварки. Холодные трещины — наиболее опасный дефект, и для его предупреждения должны быть приняты меры по подбору более качественных материалов для сварки (основной металл,электроды), а также по применению оптимальной технологии сварки (правильная последовательность выполнения швов, проведение термической обработки и др.). Для окончательного суждения о свариваемости стали проводят испытания сварных образцов на прочность, пластичность, вязкость при различных температурах, коррозионную стойкость и на другие показатели, которые необходимы в конструкциях, изготовляемых нз стали данной марки.