Влияние углерода на сварку



3.4.2. Влияние химического состава на свариваемость стали

Под свариваемостьюпонимается способность стали (сплава) подвергаться воздействию термического цикла сварки без существенного ухудшения механических свойств и без образования трещин. Требования по изменению свойств металла в зоне сварки в допустимых пределах являются достаточно жесткими, так как в зоне термического влияния формируется несколько участков с различным структурно-фазовым состоянием: участок наплавленного металла, прошедшего полную кристаллизацию; примыкающие участки неполного расплавления; зоны перегрева; участок, прошедший нормализацию (или закалку); участок неполной перекристаллизации и рекристаллизации с потерей пластичности (после нагрева до температур 300-500 о С).

Свариваемость конструкционных углеродистых и легированных сталей можно определить как способность переносить тепловой режим при определённом сварочном процессе без образования в соединении участков металла с пониженными пластическими свойствами, способствующими возникновению трещин при сварке(горячих) или разрушению сварных соединений в эксплуатации(холодных).

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод:с увеличением содержания углерода иряда легирующих элементовсвариваемостьсталейухудшается. По свариваемости углеродистые стали условно делятся на четыре группы:

удовлетворительносваривающиеся (качественное сварное соединение получается при строгом соблюдении режима сварки в присутствии специальных присадочных материалов, при определённых температурных условиях, иногда — при наличии подогрева, термообработки);

ограниченносваривающиеся (качественное сварное соединение можно получить только при наличии дополнительного подогрева, предварительной или последующей термообработки);

плохосваривающиеся (сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций).

К первойгруппе относятся стали с содержанием углерода до 0,25%; ко второй — от 0,25 до 0,35%; ктретьей— от 0,36 до 0,5%; кчетвёртой— более 0,5%.

Все низкоуглеродистые сталихорошо свариваются всеми способами сварки, обеспечивается равнопрочность сварного соединения с основным металлом. Швы обладают удовлетворительной стойкостью против образования горячих трещин по причине низкого содержания углерода. Однако, по мере приближения к верхнему пределу содержания углерода, повышается вероятность образования холодных трещин, особенно с ростом скорости охлаждения: при повышении толщины металла, выполнении сварки при отрицательных температурах, для швов малого сечения и др. В этих случаях необходим предварительный подогрев заготовок до 120. 200 о С.

В легированных сталяхвлияние каждого легирующего элемента на свариваемость может быть соотнесено с влиянием углерода. Ориентировочным количественным показателем свариваемости легированных сталей является так называемыйэквивалент углерода. Пригодность низкоуглеродистых низколегированных сталей для соединения сваркой в последнее время оценивают по формуле

, (3.3)

где СЭ эквивалент углерода, характеризующий сопротивляемость сварного соединения образованию холодных трещин;

С, Mn,Cr,Mo,V,Ti,Ni,Cu,B- углерод, марганец, хром, ванадий, титан, никель, медь, бор — элементы, содержащиеся в стали, % по массе.

Для Ст3, сталей 10, 20 и низколегированных сталей с кремний-марганцевой системой легирования, например для сталей марок 09Г2С, 17ГС и 17Г1С, значение углеродного эквивалента можно рассчитывать по более простой формуле:

. (3.4)

Cu,NiиCr, содержащиеся в этих сталях в виде примесей, не учитываются.

В ряде зарубежных стандартов на трубы для магистральных трубопроводов расчёт эквивалента углерода рекомендуется производить по формуле

. (3.5)

Читайте также:  Как правильно установить стусло

В соответствии с нормами, содержащимися в СНиП 2.05.06-85*, величина СЭуказывается в сертификате стали, обозначается на каждой трубе, предназначенной для сооружения трубопроводов, и не должна превышать0,46 (по Европейским нормам и стандарту СШАAPI 5LСЭ=0,43).

Источник

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали

Углерод(С) — одна из основных примесей, определяющих сва­риваемость стали. Содержание углерода в обычных конструк­ционных сталях 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.

Марганец(Мп) не ухудшает свариваемости стали, если его со­держание не превышает 0,3. 0,8 %. В сред немарганцовистых (1,8. 2,5 %) сталях марганец повышает их закаливаемость и склонность к образованию трещин при сварке.

Кремний(Si) не влияет на свариваемость стали, если его со­держание не превышает 0,3 %. В обычных углеродистых ста­лях содержится не более 0,2. 0,3 % кремния, в специальных сталях содержание кремния достигает 0,8. ..1,5 %. В таких коли­чествах кремний затрудняет сварку из-за высокой жидкотекуче­сти стали, легкой ее окисляемости и образования тугоплавких оксидов.

Хром(Сг) содержится в низкоуглеродистых сталях в количе­стве 0,2. 0,3 %, в конструкционных — 0,7. 3,5, в хромистых — 12. 18, в хромоникелевых — 9. 35 %. Он затрудняет сварку, так как усиливает окисление металла, образует химические со­единения с углеродом (карбиды хрома), ухудшающие коррози­онную стойкость стали и резко повышающие твердость металла в зонах термического влияния. Хром также содействует образо­ванию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель(Ni) в низкоуглеродистых сталях содержится в ко­личестве до 0,2. 0,3 %, в конструкционных — 1. 5, в легиро­ванных — 8. 35 %. В некоторых сплавах содержание никеля достигает 85 %. Он увеличивает пластические и прочностные 9войсТва стали, измельчает зерна, не ухудшая свариваемости.

Молибден(Мо) в сталях содержится в количестве 0,15. 0,8 %. Он измельчает зерно, затрудняет сварку, вызывает образование трещин в наплавленном металле и зонах термического влияния, сильно окисляется и выгорает при сварке.

Содержание в стали 0,8. 1,8 % вольфрама(W) резко увели­чивает ее твердость и работоспособность при высоких темпера­турах. Он сильно окисляется при сварке, требует хорошей защиты от кислорода, затрудняет сварку.

Ванадий(V) обычно содержится в сталях в количестве 0,2. 0,8 %, в штамповых сталях — 1. 1.5 %. Он улучшает закали­ваемость стали, что затрудняет сварку. В процессе сварки актив­но окисляется и выгорает.

Титан(Ti) и ниобий(Nb) содержатся в коррозионно-стойких сталях в количестве до 1 %, не усложняют сварочный процесс и не ухудшают свариваемость стали.

Медь(Си) в специальных сталях имеется в количестве 0,3. 0,8 %. Она улучшает ряд свойств стали (прочность, пластич­ность, ударную вязкость, коррозионную стойкость) и не ухуд­шает ее свариваемость.

Сера(S) в количествах, превышающих предельно допустимые, ухудшает свариваемость стали, вызывает появление Горячих трещин.

Фосфор(Р) в концентрациях, превышающих предельно до­пустимые, ухудшает свариваемость стали, вызывает появление холодных трещин.

Читайте также:  Ut107 мультиметр цифровой автомобильный

Кислород(О) содержится в сплаве в виде оксида железа, ухуд­шает свариваемость стали, снижая ее механические свойства.

Азот(N) образует с железом химические соединения (нитри­ды) в металле сварочной ванны при ее охлаждении, что снижает пластичность стали.

Водород(Н) является вредной примесью. Скапливаясь в от­дельных местах сварного шва, он образует газовые пузырьки, вызывает появление пористости и мелких трещин.

Свариваемость стали можно приближенно определить по коли­честву легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду:

„ „ Мп Si Cr Ni Мо V Си Р

6 24 5 10 4 5 13 2

где Сэ — эквивалент углерода, %; С, Мп, Si, Cr, Ni, Мо, V, Си, Р — содержание в стали легирующих элементов, %.

Легирующие элементы в различной степени влияют на свари­ваемость сталей. Поэтому их воздействие сравнивают с влиянием углерода — приводят к эквиваленту углерода. Чтобы опреде­лить Сэ, в формулу вместо символов подставляется процентное содержание легирующих элементов. При Сэ 0,35 % требуется предваритель­ный подогрев, другие технологические методы сварки или по­следующая термообработка.

Как видно из приведенной выше формулы, увеличение в стали содержания кремния, никеля, меди в меньшей степени влияет на ухудшение свариваемости. Ухудшают свариваемость стали увеличение содержания марганца, хрома, молибдена, ванадия. Значительно ухудшает свариваемость увеличение содержания фосфора (более 0,05 %). Наличие фосфора в количестве 0,05 % и менее в формуле не учитывается.

При суммарном содержании в стали примесей марганца, крем­ния, хрома и никеля меньше 1 % сталь хорошо сваривается, если содержание углерода не превышает 0,25 %, удовлетворительно — 0,25. 0,35; ограниченно — 0,35. 0,45 и плохо — свыше 0,45 % углерода.

Если суммарное содержание указанных примесей составляет 1. 3 %, сталь сваривается хорошо при содержании до 0,20 % углерода, удовлетворительно — при 0,2. 0,3, ограниченно — при 0,3. 0,4 и плохо — при содержании более 0,4 % углерода.

При суммарном содержании указанных примесей в стали свы­ше 3 % сталь хорошо сваривается, если количество углерода не превышает 0,18 %, удовлетворительно — 0,18. 0,28, ограничен­но — 0,28. 0,38 и плохо, если в стали более 0,38 % углерода.

Формула эквивалентного углерода в сталях получена опыт­ным путем и не всегда отражает точную картину взаимодействия различных элементов в сварочной ванне и изменения структуры при охлаждении металла шва. Поэтому для определения свари­ваемости обычно сваривают специальные образцы, исследуют микроструктуру наплавленного металла и т.д.

Особую сложность представляет сварка металлов, разли­чающихся своими свойствами. Разные температуры плавления, склонность к образованию хрупких соединений и другие причи­ны вынуждают разрабатывать специальные приемы сварки, осо­бые сварочные материалы.

Для оценки свариваемости металла берут, например, две пластины и сваривают их на нескольких режимах. Затем изго­товляют образцы и определяют ударную вязкость, критическую температуру хрупкости, зернистость, твердость наплавленного металла и зоны термического влияния.

При оценке свариваемости стали помимо химического состава учитываются: форма сварной конструкции, толщина металла и его механические свойства, количество и расположение швов в конструкции, технологические особенности сварки и другие характеристики.

Источник

Влияние легирующих элементов на свариваемость металлов

Влияние легирующих элементов на свариваемость металлов

Читайте также:  Дома на дереве без гвоздей

При сварке металлов, имеющих различные легирующие элементы (Молибден, Кремний, Хром и др.) могут возникать различные проблемы, влияющие непосредственно на качество полученного сварного соединения (трещины, поры, непровары и т.д.). Для того, чтобы избежать трудностей и проблем, необходимо очень хорошо знать, как влияет тот или иной легирующий элемент на свариваемость изделия.

Знание влияния легирующих элементов на свариваемость различных сталей поспособствует лучшему пониманию процессов сварки.

Углерод
Один из самых значительных химических элементов в сталях.
Содержание углерода в сталях влияет на прочность, закаливаемость, вязкость, свариваемость.
У низкоуглеродистых сталей (углерода менее 0,25%) свариваемость практически не ухудшается.
При увеличении содержания углерода свариваемость резко ухудшается, так как в зонах ЗТВ (зонах термического влияния) возникает большое количество закалочных структур, которые вызывают трещины.

При высоком содержании углерода в присадочном материале увеличивается вероятность образования пор.

Марганец
Марганец является хорошим раскислителем. Электроды или проволоку необходимо применять при сварке в среде СО2. При содержании марганца в металле до 0,8 %, процесс сварки не усложняется. При увеличении содержания стали в металле (1,8%-2,5%) появляется опасность возникновения ХТ (холодных трещин), т.к. марганец способствует появлению хрупких структур (закалочных). При повышенном содержании марганца (11-16%) во время сварки происходит интенсивное выгорание данного вещества. Следовательно, необходимо применять специальные меры, например, использовать сварочные материалы с бОльшим содержанием марганца.

Кремний
Так же как и марганец является хорошим раскислителем. При малом количестве кремний (до 0,03%) на свариваемость не влияет. При содержании кремния 0,8-1,5% свариваемость ухудшается из-за повышенной жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких оксидов кремния. При повышенном содержании кремния, из-за увеличенной жидкотекучести особенно опасно появление горячих трещин.

Хром
Содержание хрома в сталях способствует увеличению коррозионной стойкости. Но, при сварке сталей образуются карбиды хрома, которые увеличивают твердость в ЗТВ (зоне термического влияния). Также образуются тугоплавкие окислы, которые затрудняют процесс сварки, а значит ухудшают свариваемость.

Никель
Содержание никеля в сталях способствует увеличению ударной вязкости, которая особенно важная при работе сталей при низких температурах. Также никель способствует увеличению пластичности, прочности стали и измельчению зерна. При этом свариваемость стали не ухудшается. Но, из-за высокой цены данного легирующего элемента, применение ограничено экономическими соображениями.

Молибден
Содержание молибдена в сталях увеличивает несущую способность при высоких температурах и ударных нагрузках, измельчает зерно.
С другой стороны, молибден способствует образованию трещин в ЗТВ и наплавленном металле шва.
Во время сварке окисляется и выгорает. Следовательно, необходимо использовать специальные меры.

Вольфрам
Содержание вольфрама в сталях резко увеличивает твердость стали и ее работоспособность при высоких температурах (красностойкость).
С другой стороны, вольфрам затрудняет процесс сварки и активно окисляется.

Ванадий
Содержание ванадия в сталях резко увеличивает закаливаемость стали. Из-за закаливаемости, а также из-за окисления ванадия и его выгорания, ухудшается свариваемость сталей.

Титан
Использование титана как легирующий элемент обусловлено его высокой коррозионной стойкостью.

Ниобий
Использование ниобия, аналогично титану, обусловлено его высокой коррозионной стойкостью. При сварке сталей ниобий способствует образованию горячих трещин.

Источник

Оцените статью
toolgir.ru
Adblock
detector