Свариваемость металлов. Стали для сварных конструкций

Оценка технологичности при сварке

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения межатомных связей между материалом (материалами) соединяемых (свариваемых) заготовок. Способность образовывать монолитное соединение из отдельных частей (заготовок) из одного и того же или разных металлов – физическая свариваемость. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы.

Технологическая свариваемость определяет поведение металла в процессе сварки. При сварке металл нагревается до весьма высоких температур – они могут превышать температуры плавления. Поведение металлов при нагреве и последующем охлаждении характеризует их технологичность при сварке. Технологическую свариваемость металла оценивают склонностью к окислению, образованию горячих и холодных трещин.

Склонность к окислению при сварочном нагреве зависит от химических свойств металла. Чем выше химическая активность металла, тем больше его склонность к окислению и соответственно необходима более тщательная защита зоны сварки. К наиболее активным металлам относятся титан, цирконий, ниобий, тантал, вольфрам, молибден. Высокой химической активностью отличаются также цветные металлы: алюминий, магний, медь, никель, сплавы на их основе. Сварка таких металлов должна выполняться в вакууме, в среде инертных газов или с использованием специальных покрытий или флюсов. При сварке необходимо защищать не только расплавленный металл, но и остывающий шов, а также прилегающий к сварочной ванне (расплавленный металл) основной металл, нагретый до высоких температур.

Склонность к образованию горячих трещин – появление трещин в самом шве и в околошовной зоне в процессе кристаллизации, т.е. во время существования твердой и жидкой фаз, а также при высоких температурах, когда металл находится в твердом состоянии. Прочность металла при этом низкая, поэтому напряжения, возникающие из-за уменьшения объема при усадке шва и охлаждении металла, вызывают образование трещин. Причиной этого может служить наличие в структуре легкоплавких эвтектик (аналогично красноломкости в сталях). Кроме того, вероятность появления горячих трещин повышается при наличии в металле вредных примесей и газов – факторов, снижающих прочность.

Причиной появления горячих трещин может быть также и окисление металла. Так, медь легко окисляется в жидком состоянии с образованием закиси – Cu2O. При затвердевании закись выделяется по границам зерен и охрупчивает металл. В алюминиевых сплавах горячие трещины образуются вследствие усадки шва и наличия примесей.

Для того чтобы избежать появления горячих трещин, следует использовать металлы с малым количеством вредных примесей, защищать при сварке зону шва от атмосферы, уменьшать объем сварочной ванны (расплавленного металла).

Для оценки склонности материала к образованию горячих трещин выполняют два основных вида испытаний – сварку технологических проб и машинные способы испытаний. В нервом случае сваривают образец заданной жесткости. Используют тавровые и кольцевые пробы (рис. 11.8). При проведении этих испытаний сначала сваривается шов 1, а затем шов 2, при этом в шве 2 не должно образовываться трещин. При испытаниях машинным методом растягивают или изгибают образец в процессе сварки. Склонность к горячим трещинам характеризуется величиной деформации, вызывающей появление трещин.

Склонность к образованию холодных трещин. Они могут возникнуть при быстром охлаждении вследствие термических напряжений и структурных превращений, происходя-

Технологические пробы для определения склонности к образованию горячих трещин таврового (а) и кольцевого (б) образцов

Рис. 11.8. Технологические пробы для определения склонности к образованию горячих трещин таврового (а) и кольцевого (б) образцов:

1, 2 – порядок наложения швов

Крестовая проба для определения склонности к образованию холодных трещин (цифрами указана последовательность наложения швов)

Рис. 11.9. Крестовая проба для определения склонности к образованию холодных трещин (цифрами указана последовательность наложения швов)

Испытания сварных швов на изгиб

Рис. 11.10. Испытания сварных швов на изгиб

щих с объемными изменениями. Для испытаний используют технологические пробы (рис. 11.9). В крестовой пробе цифрами указана последовательность наложения швов. В наиболее жестких условиях находится четвертый шов, где возможно образование трещин.

Для оценки прочности сварного шва проводят испытания на изгиб (рис. 11.10). Свариваемость оценивают углом загиба а, при котором в шве появляются трещины.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >