Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки

Раздел ГРНТИ: Сварка
Акулов А.И., Алехин В.П., Ермаков С.И. и др.
Машиностроение, 2003 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки

 

ОСНОВНЫЕ  СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ
 
Низкоуглеродистые и низкоуглеродистые низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью. Свариваемость среднеуглеродистых сталей, используемых в нормализованном состоянии, затруднена, осо­бенно при повышенной толщине металла. В некоторых случаях техноло­гия их сварки схожа с технологией сварки низколегированных сталей с повышенным содержанием углерода  и должна обеспечивать определенный комплекс требований, основные из которых обеспечение надежности и долговечности конструкций (особенно из термически уп­рочняемых сталей, обычно используемых при изготовлении ответствен­ных конструкций).
Важное требование при сварке рассматриваемых сталей - обеспече­ние равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсут­ствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела соот­ветствующих свойств основного металла.
 
При сварке низкоуглеродистых и низкоуглеродистых низколегиро­ванных сталей при применении соответствующих сварочных материалов металл шва легирован кремнием и марганцем больше, чем основной ме­талл. Поэтому его механические свойства в большинстве случаев выше, чем у основного металла. В этом случае основное требование при сварке - получение сварного шва с необходимыми геометрическими размерами и без дефектов.
В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допус­кают снижение отдельных показателей механических свойств сварного со­единения. Однако во всех случаях, особенно при сварке ответственных кон­струкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов.
 
Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояния. Иногда к сварному соединению предъявляют допол­нительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т.д.). Технология должна обеспе­чивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности конструкции.
 
Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предыдущей и последующей термообработкой. Химический со­став металла шва при сварке рассматриваемых сталей незначительно от­личается от состава основного металла. Это различие сводится к снижению содержания в металле шва углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания в нем углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем, кремнием, а при сварке низколегированных сталей - также и за счет перехода этих элементов из основного металла.
Таким образом, химиче­ский состав металла шва зави­сит от доли участия основного и дополнительного металлов в образовании металла шва и взаимодействий между метал­лом, шлаком и газовой фазой. Повышенные скорости охлаж­дения металла шва также спо­собствуют повышению его прочности, однако при этом снижаются его пла­стические свойства и ударная вязкость. Это объясняется из­менением количества и строе­ния перлитной фазы.
Критическая температура перехода металла однослойно­го шва в хрупкое состояние
практически не зависит от скорости охлаждения. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкци­ей сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия.
 
Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослой­ных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предвари­тельно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла свар­ки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под воздействием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва.
Обеспечение равнопрочности металла шва при дуговых способах сварки низкоуглеродистых и низколегированных нетермоупрочненных сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида тер­мообработки стали перед сваркой.
 
Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсирован­ных режимах металла повышенной толщины, однопроходных угловых швов, при отрицательных температурах и т.д. может привести к появле­нию в металле шва и околошовной зоны закалочных структур на участ­ках перегрева и полной и неполной рекристаллизации.
Скорость охлаждения для низкоуглеродистых сталей оказывает большое влияние на их механиче­ские свойства. При повышении содержания марганца это влияние усиливается. Поэтому даже при сварке горячекатаной низкоуглеродистой стали марки СтЗкп при указанных выше условиях не исключена возможность получения в сварном соединении закалочных структур. Если сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение закалку, то в зоне термиче­ского влияния шва на участках рекристаллизации и старения будет на­блюдаться отпуск металла, т.е. снижение его прочностных свойств. Уро­вень изменения этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки.
При сварке низколегированных сталей изменение свойств металла шва и околошовной зоны проявляется более значительно. Сварка горячекатаной стали способствует появлению закалочных структур на участках перегрева и нормализации. Уровень изменения механических свойств металла больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Термообработка низколегированных сталей, наиболее часто - закалка (термоупрочнение) с целью повышения их прочностных показателей при сохранении высокой пластичности  усложняет технологию сварки.