Физическая свариваемость стали относится к способности соединять две конструктивные части со швом в зоне соединения, в результате чего получается монолитное изделие. Это качество присутствует во всех сплавах технического железа и может использоваться для соединения определенных сплавов стали и неметаллов.
Основные показатели свариваемости стали
При сварке стали или аналогичных материалов важно убедиться, что полученное соединение соответствует всем законодательным требованиям к эксплуатации металлических изделий, согласно ГОСТ 2601. Условия свариваемости могут различаться в зависимости от типа металла и его сплавов. Стали обладают высокой степенью свариваемости, которая определяется количеством режимов сварки, доступных для данного металла. Чем больше количество доступных режимов, тем выше степень свариваемости данного металла.
Химический состав используемого сплава является основным фактором, который необходимо учитывать при оценке свариваемости сталей. Состав сплава определяет его пластичность, уровень прокаливаемости и способность к плавлению.
На свариваемость некоторых металлов могут влиять различные свойства:
- Наличие определенных примесей в составе железного сплава может либо повысить, либо понизить свариваемость материала. Фосфор является одним из самых вредных компонентов в железном сплаве, и если его концентрация в составе высока, это может привести к увеличению потенциала хладноломкости металла. Сера может вызвать хрупкость и трещины в материале во время сварки. Сталь обычно содержит кремний в своей формуле, но его концентрация обычно составляет менее 0,3%, что не влияет на обрабатываемость металла. Однако при увеличении концентрации кремния до 1% и более возможно образование тугоплавких оксидов, что снижает показатель свариваемости. Концентрация марганца в стали также влияет на обрабатываемость материала, причем увеличение концентрации приводит к более сильным деформациям и трещинам в составе металла.
- Никель является важным легирующим компонентом в стали, его концентрация в различных металлах достигает 35%. Он играет решающую роль в воздействии на пластичность и прочность стали, а также помогает улучшить фундаментальные характеристики материала.
- При оценке свариваемости сталей необходимо учитывать уровень концентрации азота в составе. Азот может образовывать элементы, повышающие прочность и твердость материала по мере остывания сварочной ванны. Однако более высокая концентрация азота может снизить показатель пластичности материала.
Сталь классифицируется на основе ее структуры и химического состава для определения ее свариваемости. Необходимо учитывать состав материалов, чтобы выбрать подходящий сплав для сварки.
Металлы легче поддаются сварке, если в них низкий уровень примесей и химических компонентов. Однако при оценке свариваемости сталей важно учитывать, что определенные химические компоненты могут улучшать или ухудшать показатель свариваемости.
Критерии и особенности свариваемости
Критерии определения свариваемости стали основаны на свойствах материалов. Основные показатели включают:
- чувствительность стали к высоким температурам во время сварки,
- склонность к образованию зерен при сохранении пластических и прочностных характеристик,
- вероятность структурных и фазовых изменений во время сварки,
- химическую активность, влияющую на окисляемость,
- устойчивость к растрескиванию и образованию пор как в горячем, так и в холодном состоянии.
Раскисляемость стали, на которую влияет концентрация и равномерность распределения примесей таких химических элементов, как марганец и кремний, напрямую влияет на качество металла и свариваемость.
Влияние свариваемости на стальные сплавы
Сварка сталей оказывает значительное влияние на нагрев стали, окружающей зону сварки. Это термическое воздействие приводит к образованию аустенита, или модифицированной формы высокотемпературного металла и его сплава. При снижении температуры это соединение превращается в новую структуру, которая определяется скоростью охлаждения и термокинетическими изменениями, происходящими в стали.
Тип соединения влияет на качества швов. Существует три типа соединений, которые могут быть созданы, - это стыковые соединения, соединения внахлест и Т-образные соединения.
Стали также классифицируются по их свариваемости, которая учитывает свойства материала, такие как деформация, растрескивание и механические свойства соединения.
В соответствии с показателями прочности, металлы делятся на три группы по их свариваемости.
- Первая группа состоит из металлов с хорошей свариваемостью, которые можно сваривать без предварительного подогрева или термической обработки. За это свойство отвечает низкая концентрация углерода в их составе.
- Вторая группа включает металлы с удовлетворительной свариваемостью, которые склонны к образованию трещин или дефектов во время сварки. Эти металлы требуют предварительного нагрева перед сваркой и термической обработки после сварки для снижения напряжения.
- Третья группа состоит из металлов с ограниченной свариваемостью, которые склонны к образованию трещин во время сварки. Для предотвращения деформации необходим предварительный подогрев и термическая обработка после сварки.
Третья группа металлов часто трескается в сварных швах. Это делает их металлами с плохой свариваемостью, с Cecv 0,45% или выше. Даже при предварительной термической обработке проблема может быть не решена. Для улучшения сварных швов на таких изделиях рекомендуется использовать многоступенчатый процесс после сварки. Для обеспечения хорошей свариваемости существует несколько методов, включая азотирование или закалку металла.
Для получения высококачественного сварного шва между несколькими металлическими изделиями важно тщательно выбрать метод сварки.
Одним из вариантов является ручная дуговая сварка предварительно закаленными электродами, которые выбираются в зависимости от параметров металла и имеют диаметр от 2 до 5 мм. Этот процесс осуществляется с использованием постоянного тока.
Газовая сварка также возможна, но используется реже. Она предполагает использование присадочной проволоки, а дефекты швов могут быть исправлены путем нормализации или отжига.
Однородные металлы обычно обладают хорошей свариваемостью, но на свариваемость разнородных сталей могут влиять физико-механические процессы в зоне сварки.