Свариваемость основного метала

Для разработки и проектирования металлоконструкции корпуса выдвижного подхвата применяется, в качестве основного метала, сталь 10ХСНД. Отличается большой прочностью и хорошей устойчивостью против атмосферной коррозии.

Она является легированной хромокремненикельмедистой сталью перлитного класса.

Стали этого типа легируют рядом элементов, например, марганцем, хромом, кремнием, ванадием и др., что приводит к некоторому повышению ее прочности. Поэтому их часто называют низко - легированными сталями повышенной прочности. По реакции на термический цикл низко - легированные и низкоуглеродистые стали мало отличаются от обычной

низко - углеродистой. Различия состоят, в основном, в несколько большей склонности к образованиям закалочных структур в металле шва и околошовной зоны при повышенных скоростях охлаждения. Поэтому структурные изменения в шве, при разных режимах сварки, сводятся, в основном, к изменению

соотношения между ферритной и перлитной составляющих, а также изменению степени дисперсности структуры.

Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобным физическим свойствам.

Совокупность технологических характеристик основного металла,

определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие «свариваемость».

Свариваемость по ГОСТ 2601-84 - это свойство металлов или их сочетания образовывать при установленной технологии сварки, соединения, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией или эксплуатацией изделия.

 

 

Различают физическую и технологическую свариваемость.

Физическую свариваемость – это свойство материалов давать монолитное соединение с химической связью; такой свариваеваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость – это технологическая характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействия сварки и способность при

этом образовывать сварное соединение с необходимыми эксплуатационными

свойствами.

Для дипломного проектирования технологического процесса сборки и

сварки металлоконструкции корпуса выдвижного подхвата предложена низколегированная высококачественная сталь 10ХСНД, которая относится по классификации к перлитному классу.

Следовательно, для получения некоторого запаса пластичности, достаточного для предотвращения образования трещин под действием термодеформационного цикла стали, необходимо медленное охлаждение (6,0 °С/сек.).

Если его не обеспечить, быстрое охлаждение вызовет снижение пластичности металла зоны термического влияния за счет ее закалки.

Если скорость охлаждения будет медленной (2,5°С/сек.), то пластичность и вязкость снижаются в следствии чрезмерного роста зерна.

Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например, кремнием.

По реакции на термический цикл низколегированная сталь мало

отличается от обычной низкоуглеродистой. Различия состоят в основном в

несколько большей склонности к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения.

Структурные изменения в шве при разных режимах сварки сводятся в основном к изменению соотношения между ферритной и перлитной составляющими, а также изменению степени дисперсности структуры.

При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против

хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур.

Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей

ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при микролегировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими элементами, склонность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна.

 

 

Рассмотрим, как влияет каждый легирующий элемент на свариваемость.

Углерод – одна из наиболее важных примесей, определяющая прочность, вязкость, закаливаемость и особенно свариваемость стали. Содержание углерода в обычных конструкционных сталях в пределах до 0,25% не ухудшает свариваемости. При более высоком содержании свариваемость стали резко ухудшается, так как в зонах термического влияния образуются структуры закалки, приводящие к трещинам. Повышенное содержание углерода в

присадочном материале вызывает при сварке пористость металла

шва.

Углерод - повышает прочность, чувствительность к перегреву, закаливаемость.

Кремний находится в стали в пределах 0,02-0,3%. Он не вызывает затруднений при сварке. В специальных сталях при содержании кремния 0,8-1,5% условия сварки ухудшаются из-за высокой жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких окислов кремния.

Никель в низкоуглеродистых сталях имеется в пределах 0,2-0,3%, в конструкционных 1-5%. Никель увеличивает пластические и прочностные свойства, измельчает зерна, не ухудшая свариваемости.

Хром в низкоуглеродистых сталях содержится в пределах до 0,3%, в конструкционных 0,7-3,5%. При сварке хром образует карбиды хрома, ухудшающие коррозийную стойкость стали и резко повышающие твердость в зонах термического влияния; содействует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки.

Для изготовления сварных металлоконструкций низколегированные стали поставляют в горячекатаном состоянии.

С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне низколегированные и низкоуглеродистые стали, следует сваривать при возможной минимальной погонной энергии.

Медь - даёт повышение коррозионной стойкости и при содержании до 0,35% на процесс сварки сталей не влияет.

Главное требование при сварке рассматриваемой стали - обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и около шовной зоны должны быть не ниже предела соответствующих свойств основного металла.

Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние,- это зависит от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предыдущей и последующей термообработки.

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. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Высокий отпуск при t 600-680 ºС в этих случаях служит эффективным средством восстановления свойств металла.

 

Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений.

Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку.

Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей типа 10ХСНД несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счёт применения

сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов

Св-08ХГ2С, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рационального расположения сварных швов в конструкции

Задача технолога-сварщика состоит в том, чтобы изыскать более производительный и менее дорогие методы борьбы с холодными трещинами, чем получение идеального термического цикла сварки.

Сварочную проволоку подбираю по химическому составу – по содержанию

хрома, марганца и кремния.

Сварку произвожу на жестких режимах, с минимальной высотой валиков, с плавным переходом к основному металлу.

С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне сталь 10ХСНД, предлагаю сваривать при возможной минимальной погонной энергии.