WWW.UZIM.RU Справочный сайт о такелаже и сварке

Под   свариваемостью понимают    совокупность  технологических   характеристик основного   металла,   определяющих его реакцию на термический  цикл    сварки, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное  и  долговечное  в  эксплуатации    сварное  соединение.   Свариваемость  не является   неотъемлемым   свойством   металла или сплава, подобным физическим свойствам, она определяется способом и режимом сварки, составом присадочного металла и сварочных  материалов,  конструкцией   сварного  узла   и   условиями   эксплуатации изделия.
Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате     которых образуется неразъемное сварное   соединение.

В зависимости от марки основного металла и условий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность показателей, определяющих понятие свариваемости.    Например,    под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали понимают возможность получения сварного соединения,равнопрочного с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне; при сварке легированных сталей, применяемых для изготовления химической аппаратуры,— кроме указанных выше подразумевают также обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких или низких температурах); при наплавке деталей, работающих на истирание, — стойкость металла против изнашивания.

Свариваемость, как правило, оценивают не по абсолютным величинам, а по сравнению со свойствами ранее применявшихся материалов или со свойствами основного металла. Результаты испытания на свариваемость признают удовлетворительными в том случае, если они соответствуют нормативам, установленным техническими условиями на данный вид продукции.

Ввиду того, что свариваемость определяется многими показателями, не удается создать единую методику испытания, позволяющую однозначно описать эту комплексную технологическую характеристику. Поэтому для оценки свариваемости применяют ряд испытаний. Выбор методов испытания обусловлен назначением конструкции и свойствами основного металла или сплава.
В процессе кристаллизации металла шва под воздействием возникающих при сварке растягивающих напряжений возможно образование кристаллизационных трещин, являющихся весьма серьезным дефектом. Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин — один из важнейших показателей свариваемости. В металле шва возможно образование и холодных трещин.
Под воздействием применяемого при сварке источника теплоты в околошовной зоне изменяется структура основного металла, что может привести к образованию околошовных холодных трещин. Стойкость металла околошовной зоны против образования трещин является вторым показателем свариваемости.

при сварке в металле сварного соединения происходят процессы, которые могут привести к снижению стойкости его против перехода в хрупкое состояние. Поэтому проводят испытания стойкости металла околошовной зоны и шва, а также сварного соединения в целом против  перехода  в   хрупкое  состояние.

Обычно металл шва по химическому составу и структуре заметно отличается от основного металла. Заметные изменения происходят также в металле околошовной зоны. Это может привести к существенному отличию прочностных и других специальных характеристик металла шва и околошовной зоны от свойств основного металла. Поэтому в комплекс определения свариваемости входит проверка механических свойств металла шва и сварного соединения при различных температурах, а также стойкости против коррозии, износостойкости и   других   специальных   характеристик.

Основные методы определения свариваемости. Применяемые на практике методы определения свариваемости используют для проверки свойств основного металла и выяснения пригодности данной технологии сварки или сварочных материалов для изготовления конструкции, соответствующей требованиям эксплуатации. Методы определения показателей свариваемости весьма разнообразны и многочисленны.

Горячие (кристаллизационные) трещины при сварке — хрупкие меж-кристаллитные разрушения металла шва и околошовной зоны, возникающие в твердожидком состоянии в процессе кристаллизации, а также при высоких температурах в твердом состоянии. Характерные виды горячих трещин представлены на рис. 8.


Для определения стойкости против кристаллизационных трещин используют технологические пробы и машинные методы.

При использовании лабораторных проб определяют большое число критериев. Наиболее обоснован критерий — критический размер образца пробы, приводящий к образованию трещин при его сварке. Он определяется при сварке образцов проб МВТУ-ЛТП, а также ИМЕТ и Лихайской пробы (рис. 9, а—в), в которых специально повышены деформации изгиба в плоскости образца.
Оценка по наличию, частоте образования и длине трещин предусматривает сварку образцов жестких проб (рис. 9, г—е), выявление наличия трещин, определение их частоты в шве или околошовной зоне, а также протяженности с целью оценки сварочных материалов или режимов сварки.

  

Рис. 8. Горячие трещины в сварных соединениях: 1,2 — продольные  в   шве   и  околошовной  зоне; 3,4 — поперечные   в   шве   и   околошовной  зоне; 5 — поперечные по толщине свариваемого металла

Рис.   9.   Образцы   для   определения склонности сплавов к образованию горячих трещин  при сварке:
а — проба ЛТП МВТУ; б — Лихайская проба; в — проба ИМЕТ; г —жесткий  стык;   д — жесткий  тавр; е — с многослойной наплавкой

Рис.   10. Технологическая проба для определения склонности металла к образованию холодных трещин

С помощью этих проб можно отбраковать как сплавы, так и технологические режимы сварки. Недостаток всех проб этой группы — большая металлоемкость и трудоемкость, а также малая чувствительность к образованию горячих трещин.

Оценка по критическому режиму сварки предусматривает сварку одного из образцов жестких проб с последовательным возрастанием скорости сварки, что неизбежно приводит к образованию горячих трещин для большинства сплавов. Значение скорости, при которой для данного сплава возникают трещины, принимается за критерий (критическая скорость сварки).
При машинных испытаниях получают количественные характеристики склон- ности металла к образованию горячих трещин. Критерием оценки служит критическая скорость деформации. Метод предусматривает сварку на неизменном режиме серии образцов в условиях растяжения кристаллизующегося шва. Скорость растяжения оценивают по относительному движению захватов машины и изменяют ее дискретно от образца к образцу с целью выявления критического значения, при котором исчерпывается пластичность шва и появляются горячие трещины. Чем больше эта скорость, тем выше стойкость металла шва против трещин.

Холодные трещины в отличие от горячих (кристаллизационных) образуются при остывании сварных соединений ниже температуры 200 С. Холодные трещины, как правило, образуются в околошовной зоне при сварке среднеуг-леродистых, высоколегированных и сред-нелегированных сталей.

Наиболее часто для определения склонности металла к холодным трещинам используют специальные образцы, имитирующие реальные сварные соединения.
На рис. 10 приведен один из типов образцов («крестовая проба»)

Наряду с лабораторными и отраслевыми (целевого назначения) пробами проводят также испытания машинными методами   (ЛТП2-3, ЛТП2-5, ЛТП2-6 и др.).

Классификация сталей по свариваемости. По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая группа — хорошо сваривающиеся; вторая — удовлетворительно сваривающиеся; третья — ограниченно сваривающиеся; четвертая группа — плохо сваривающиеся.

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей, — склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.
К первой группе относят стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т. е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относят в основном стали, при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвер-гают термообработке после сварки.

К четвертой группе относят стали наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обяза-тельной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.