Урок №119

Тема до уроку №119

"Зварюваність матеріалів"

Зварюваність - властивість металу або поєднання металів утворювати при встановленій технології зварювання з'єднання, що відповідає вимогам, обумовленим конструкцією і експлуатацією вироби.

   Розрізняють фізичну і технологічну зварюваність.

Фізична зварюваність - властивість матеріалів давати монолітне з'єднання з хімічним зв'язком, такий свариваемостью володіють практично всі технічні сплави і чисті метали, а також ряд поєднань металів з неметалами.

   Технологічна зварюваність - технологічна характеристика металу, що визначає його реакцію на вплив зварювання і здатність при цьому утворювати зварне з'єднання із заданими експлуатаційними св.ойствамі.

   Зварюваність металу залежить від його хімічних і фізичних властивостей, кристалічної решітки, ступеня легування, наявності домішок та інших факторів.

   Основні показники (критерії) зварюваності металів і їх сплавів:

 - окислюваність металу при зварювальному нагріванні, що залежить від його хімічної активності;

 - опірність утворенню гарячих тріщин;

- опірність утворенню холодних тріщин при зварюванні;

- чутливість металу до теплового впливу зварювання, яка характеризується схильністю металу до зростання зерна, структурними і фазовими змінами в шві і зоні термічного впливу, зміною міцності і пластичних властивостей; чутливість до утворення пір;

- відповідність властивостей зварного з'єднання заданим експлуатаційним вимогам, до таких властивостей відносять: міцність, пластичність, витривалість, повзучість, в'язкість, жаростійкість і жароміцність, корозійну стійкість і ін..

   Крім перерахованих основних показників зварюваності є ще показники, від яких залежить якість зварних з'єднань. До них відносять якість формування зварного шва, величину власних напружень, величину деформацій й викривлення зварюються матеріалів і виробів.

   Технологія зварювання (вид зварювання, зварювальні матеріали, техніка зварювання) вибирається в залежності від основного показника зварюваності (або сполучень декількох показників) для кожного конкретного матеріалу.

Зварюваність залежить від властивостей металу, кристалічної ґратки, наявності шкідливих елементів тощо.

 Зварюваність уважається кращою, коли використовується проста технологія, широкі межі режимів зварювання, у швах відсутні тріщини, пори, неметалеві включення та інші дефекти.

Особливими показниками зварюваності є: 

• відповідність металу заданим вимогам; 

• окиснюваність металу; стійкість проти утворення пор, гарячих і холодних тріщин, біляшовних тріщин;

• чутливість до теплового впливу зварювання; корозієстійкість;

•  міцність, стійкість проти спрацювання, витривалість;

• розмір внутрішніх напруг і деформацій;

•  якість формування зварного шва.

Спосіб зварювання, зварювальні матеріали і техніку зварювання вибирають залежно від основних показників зварюваності для кожного матеріалу. Так, не зварюється мідь зі свинцем, утруднене зварювання титану з вуглецевими сталями і міддю, заліза із свинцем тощо.

Зварюваність сталей залежить від їх хімічного складу. Найбільший вплив мають вуглець і шкідливі домішки (сірка і фосфор), зі збільшенням вмісту яких зварюваність погіршується. Для зварювання виробів в основному використовують конструкційні низьковуглецеві, низько- й середньолеговані сталі. Рідше зварюють високовутлецеві сталі.

 Основними труднощами, які виникають при зварюванні сталей, є такі: схильність до утворення гартованих структур (у сталях із вмістом вуглецю понад 0,22 %); схильність до утворення гарячих (вміст сірки) і холодних (вміст фосфору) тріщин; забезпечення достатньої міцності з’єднання.

 На зварюваність сталі впливають режими зварювання, хімічний склад електродів, температура навколишнього середовища, товщина сталі, закріплення елементів конструкцій, техніка виконання зварювання тощо. Ураховуючи труднощі зварювання, сталі за зварюваністю поділяють на 4 групи (табл. 1):

добре зварювані сталі — низьковуглецеві й низьколеговані сталі, які не гартуються і зварюються без обмежень, незалежно від товщини металу, конфігурації швів і жорсткості конструкції в широкому інтервалі режимів зварювання. У низьколегованих сталях з вмістом вуглецю понад 0,16 %, товщині понад 25 мм і жорсткій конструкції необхідним є попередній підігрів до 100-150 °С;

задовільно зварювані сталі — вуглецеві сталі з вмістом вуглецю від 0,22 до 0,3 % і низьколеговані сталі з вмістом вуглецю від 0,14 до 0,22 %. Такі сталі зварюються при температурі навколишнього середовища не нижче ніж 5 °С і товщині металу не більше ніж 20 мм. Вироби з металів більшої товщини і при жорсткій конструкції потребують попереднього підігріву до температури 100-150 °С.

Задовільно зварювані сталі мало схильні до утворення холодних тріщин при правильному виборі режимів зварювання;

обмежено зварювані сталі — вуглецеві сталі з вмістом вуглецю від 0,3 до 0,4 % і низьколеговані, середньовуглецеві з вмістом вуглецю від 0,22 до 0,3 %. Такі сталі схильні до утворення гартованих структур і зварюються з попереднім або супровідним підігрівом при температурі 150-350 °С, який знижує швидкість охолодження металу шва й утворює відносно м’яку мікроструктуру.

Погана зварюваність - у вуглецевих сталей з високим вмістом вуглецю - сталь 65 і тим більше у легованих - 65Г. Підігрів при зварюванні обов'язковий. 

При зварюванні виробів складної конфігурації та великої жорсткості необхідним є загальний підігрів до температури 200-450 °С. Після зварювання обов’язково проводять високий відпуск при температурі 650 °С, а для відповідальних виробів рекомендують термообробку; погано зварювані сталі — середньолеговані (від 3 до 6 % легуючих елементів)

 середньо- й високовуглецеві сталі з вмістом вуглецю понад 0,22 %.

Такі сталі загартовуються при зварюванні, тому виконують попередній і супровідний підігрів до температури 200-500 °С з наступною термообробкою за режимами для цієї марки сталі.

ВПЛИВ ОСНОВНИХ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЗВАРЮВАНІСТЬ СТАЛЕЙ.

Вуглець (У) — при вмісті до 0,25 % зварюваність не погіршує. Зі збільшенням вмісту зварюваність сталей погіршується, бо в зонах термічного впливу утворюються гартовані структури, які призводять до тріщин. Підвищений вміст вуглецю в присаджувальному матеріалі спричиняє пористість шва.

Марганець (Г) — міститься в межах 0 ,3-0,8 % і зварюваність не погіршує. При вмісті від 1,8 до 2,5 % і більше виникає небезпека появи тріщин, тому що марганець сприяє загартованості сталі. Кремній (С ) — у межах від 0,02 до 0,35 % труднощів при зварюванні не викликає. Зі збільшенням вмісту від 0,8 до 1,5 % зварювання утруднюється через високу рідкотекучість і утворення тугоплавких оксидів кремнію.

 Ванадій (Ф) — сприяє загартованості сталі, що утруднює зварювання. При зварюванні ванадій активно окиснюється й вигоряє.

Вольфрам (В) — підвищує твердість сталі й утруднює процес зварювання через сильне окиснення.

Нікель (Н) — підвищує пластичність і міцність, зварюваність не погіршує.

 Молібден (М) — при зварюванні сприяє утворенню тріщин, активно окиснюється й вигоряє.

 Хром (X) — утруднює зварювання, тому що утворює тугоплавкі карбіди хрому.

 Титан (Т) і ніобій (Б) — при зварюванні з’єднуються з вуглецем і зупиняють утворення карбіду хрому, покращуючи цим зварюваність.

Мідь (Д) — покращує зварюваність, підвищує міцність, пластичність і корозієстійкість сталі. Кисень — погіршує зварюваність сталі, знижує міцність і пластичність.

 Азот (А) — утворює хімічне з’єднання із залізом — нітриди, які підвищують міцність, твердість і значно знижують пластичність сталі. Водень — шкідлива домішка. Накопичується у шві і спричиняє появу пор і дрібних тріщин.

ТЕСТИ