Към коя група на заваряемост принадлежи стомана 15xsnd. Средно и високо въглеродни конструкционни стомани. Топлоустойчиви и високоякостни стомани

Класификация на стоманите. Принципи на класификация.

По предварителна заявка: конструктивни, пружинни, инструментални, бойлерни, корабни и др.

по свойства: киселинноустойчив, топлоустойчив, топлоустойчив, високоскоростен рязане и др.,

биметални материали и методи за тяхното производство

по химичен състав: по съдържание на въглерод (до 0,25; 0,25 ... 0,45; над 0,45 ... или над 0,5% C .; чрез деоксидация (c, ps, s, таблица 1); по методи за контрол (само x / s; x / s и свойства; обем на контрол на свойствата); по съдържанието на легиращи елементи (n / l Σ≤5% и ≤2% от всеки; s / l 5 ... 10% и w / l > 10%); сплави

Заваряване на меки стомани

Стомани с високо съдържание на хром и никел. Тези високолегирани стомани покриват широк спектър от състави. Техните неръждаеми, корозионно- и топлоустойчиви свойства варират в зависимост от съдържанието на сплав и се дължат на образуването на много тънък оксиден филм, който се образува върху повърхността на метала. Наоколо са изрисувани искри от слама шлифовъчен диск, и бяло - по-близо до края на лентата. Има среден обем на лентите с умерено количество разклонени изблици.

Манганът се използва в стоманата за по-голяма якост, устойчивост на износване, по-лесно горещо валцуване и коване. Увеличаването на съдържанието на манган намалява заваряемостта на стоманата. Стоманите, съдържащи манган, произвеждат искра, подобна на въглеродна искра. Умерено увеличаване на мангана увеличава обема на искровия поток и интензивността на изблиците. Стоманата, съдържаща повече от нормалното количество манган, ще произведе искра, подобна на високовъглеродна стомана с по-ниско съдържание на манган.

според метода на топене: електрически (дъгови, плазмени, шлакови), в индукционни пещи (WCH, вакуум), конвертор, Bessemer, мартен

според метода на обработка: студено или горещо валцувани, ляти, ковани

по заваряемост

Химичният състав на стоманата GOST 380 според анализа на топене на пробата от черпак трябва да отговаря на стандартите, дадени в таблица 1.

маса 1

Нещо за металите.

Маркировка на стомана:

Например: St 3psV3, Steel 20,

Стомана 15 H1M1FA

* - само при високолегирани стомани, не в края.

Основният легиращ елемент е въглеродът

Бронз, например, Br.AZhMts10-3-1,5 (алуминий, желязо, манган); Br.KMts3-1; MNZhKT5-1-0,2-0,2 (мед, никел, желязо, силиций, титан)

Концепцията за заваряемост.

Под физическа заваряемост се разбира съвкупността от такива свойства на металите и сплавите като способността им за взаимна разтворимост и дифузия в твърдо и течно състояние, съвместна кристализация на разтопени основни и пълнител метали.

Технологичната заваряемост е комплексна характеристика на метала, която отразява реакцията му към процеса на заваряване и определя неговата относителна техническа пригодност за изработване на определени заварени съединения, отговарящи на условията за последващата им експлоатация. Колкото по-голям е броят на методите на заваряване, приложими за даден метал и колкото по-широки са границите на оптималните режими за всеки метод на заваряване, които осигуряват възможността за получаване на заварени съединения с необходимото качество, толкова по-добра е неговата технологична заваряемост. Определението на понятието заваряемост е дадено в GOST 29273-92.

„Металният материал се счита за заваряем до определена степен в дадени процеси и за дадена цел, когато заваряването постига метална цялост в подходящ процес, така че частите, които ще бъдат заварени, отговарят на спецификациите, както по отношение на собствените си качества, така и по отношение на техните ефект върху структурата, която образуват.

Качествените оценки на заваряемостта на стоманите се използват широко в промишлената практика като оценки на степента на заваряемост:

I - добра заваряемост - когато са изпълнени необходимите експлоатационни свойства на заварените съединения в дадените (доста широки) технологични (режими) и конструктивни (метод) условия;

II - задоволителна заваряемост - когато се осигурява от избора на рационален режим на заваряване и спазването му в процеса на производство на продукта;

III - ограничена заваряемост - когато е необходимо прилагане на специални технологични мерки или промяна на метода на заваряване;

IV - лоша заваряемост - когато дори при всички взети специални технологични мерки не се постигат необходимите експлоатационни свойства на заварените съединения.

При оценка на заваряемостта, главно с помощта на проби, определете три характеристики: – устойчивост на кристализационни пукнатини; – липса на пукнатини в зоната около заварката; – няма преминаване на метала HAZ в крехко състояние. За високо лягам стомани и загубата на устойчивост на корозия.

По този начин при оценката на заваряемостта трябва да се вземе предвид следното във връзката: - свойства на материалите; - вид, размери и конструктивно предназначение; - технология на заваряване.

Тестове за заваряемост.

Методи за изпитване за устойчивост на горещи пукнатини (образци с променлива твърдост)

Методи за изпитване на устойчивостта на заваръчния шев и зоната на топлинно въздействие към появата на студени пукнатини (екземпляри с повишена твърдост).

Методи за изпитване на всички зони за преминаване в крехко състояние (механични изпитвания, структурен анализ).

Изпитвания за устойчивост на загуба на технологични свойства (корозионни, механични, износоустойчиви и др.).

Топлоустойчиви и високоякостни стомани

Най-добри резултати се получават с малко кръгово движение на електрода с площ на тъкане, която не надвишава два моторизирани диаметъра. Никога не използвайте модел на пълно тъкане. Частичният модел на тъкане не трябва да надвишава два пъти диаметъра на електрода. Понякога се препоръчва подгъване на шева, за да се намали напрежението по време на охлаждане. големи части. Заварените шевове трябва да са гладки и правилно дефинирани. Избягвайте пукнатини и подрязване на краката. Електродите, използвани за заварки, трябва да са с по-ниска якост от тези, използвани за челно заваряване.

Фактори, влияещи върху прехода на метала в крехко състояние:

Вътрешен:

- фосфорни съединения

– уголемяване на зърното

– нитриди (азот)

– хидриди и флокини (водород)

– утаяване на крехки фази (интерметални съединения)

– концентратори на стреса

– динамично натоварване

– ниски температури.

Основните свойства на материалите (метали), влияещи върху тяхната заваряемост.

физически:

Една, двуфазна или многофазна структура (например Tiα или α + β, стомана A или A + F)

Наличие на фазови преходи в твърдо състояние (полиморфизъм)

Температури на фазов преход (включително точки на топене)

Точки на топене на възможни (най-често срещани) метални химически съединения

Разтворимост на газове в твърда и течна фаза

Коефициент на линейно разширение (18-8)

Пластичност в различни температурни диапазони

Вискозитет на течен метал и неговата зависимост от температурата (чугун, титан)

Топлопроводимост

Плътност

Способност да абсорбира или отразява фотони (при лазерно заваряване)

Магнитни свойства (например в стомани с EBW или магнитно продухване с RDS, пермалой)

химикал:

Химическа активност при различни температури

Екзо или ендотермични реакции

Влияние на пасивиращите филми

Склонност към образуване на карбиди, бориди и др.

Токсичност (цинк, олово, берилий)

технологични:

Склонен към горещо напукване

Вероятност за образуване на крехки структури (включително втвърдяване)

Склонност към растеж на зърното

Състояние на доставката (история): леене, закаляване, термична обработка, горещо коване и др.

Замърсяване с примеси

Дефект (пори, разслоения, включвания) α

Повърхностно състояние

Дебелина и геометрични форми

Съответствие с чертежа

(Всички тези фактори за всеки материал трябва да бъдат известни и взети предвид от инженера по заваряване)

Основните фактори, определящи заваряемостта на конструктивните материали.

Заваряемост на стомани: определя се от съдържанието на въглерод, други сплави и дебелина.

ниско въглеродно съдържаниестомани (фиг. 14) със съдържание на въглерод C  0,20% се заваряват без ограничения, C = 0,21 ... 0,25% и S  100 mm - необходимо е нагряване от 100 ... 150 ° C.

Защо е необходимо отопление? За да се намалят напреженията, е необходимо да се намали входящата топлина, но в същото време се увеличава скоростта на охлаждане и вероятността от пукнатини.

Ниско легирана структурнастомани: 15GS, 16GN, 09G2S и др. при S  30 mm се заваряват по същия начин като нисковъглеродните. При S> 30 mm нагряване 100 ... 150 ° C.

Ниско легирана топлоустойчивастомана (хром-молибден) виж таблицата (фиг. 14), изискват предварително нагряване и последваща термична обработка.

средно легиранвисокоякостните стомани се варят само с нагряване и последваща термична обработка. За оценка на температурата на предварително нагряване се използват емпирични уравнения за влиянието на легиращите елементи върху склонността към крехко счупване. Различните автори могат да се различават по набора от елементи и техните коефициенти, но принципът на конструкцията е запазен. По-специално, според D. Seferian, като се вземе предвид дебелината на стоманата:

Т предварително отопление = 350 ,

C e \u003d C% + 1/9 (Mn% + Cr%) + 1/18Ni% + 1/13Mo%.

S – дебелина на стената, мм

В случай на невъзможност за отопление и поддръжка на цялата конструкция, се използва предварително наваряване на ръбовете, които ще бъдат заварени, като се използват заваръчни материали, които не са склонни към напукване.

Високо легиранстоманите, в зависимост от класа, могат да възприемат цикъла на заваряване по различен начин.

Голям брой легиращи елементи могат да доведат до химическа и в резултат на това до структурна нехомогенност.

Стоманите от мартензитни и мартензитно-феритни класове са склонни към втвърдяване и изискват нагряване.

Стоманите, легирани с азот, могат да образуват крехки пукнатини в HAZ.

Аустенитните стомани са склонни към горещо напукване. Те могат да бъдат избегнати чрез добавяне на 5 ... 10% от феритната фаза към заваръчния метал. Необходимият химичен състав на заваръчния метал може да се изчисли с помощта на диаграмата на Шефлер (фиг. 15).

За високолегираните стомани е важно да се предотврати загубата на експлоатационни свойства (якост, устойчивост на топлина, устойчивост на корозия и др.) по време на процеса на заваряване.

Характеристиките на високолегираните хром-никелови стомани са:

– ниска топлопроводимост

– висок коефициент на линейно разширение (≈1,5 пъти повече от въглеродните стомани)

– висок вискозитет на течния метал.

Различни стомани

Заваряемостта на съединения от стомани, принадлежащи към различни структурни класове, се свързва главно с три фактора:

– Значителна разлика в коефициентите на линейно разширение

– Образуване на крехки структури във фугата при смесване

– Развитие на структурна нехомогенност (по правило в зоната на синтез), дължаща се, наред с други неща, на дифузията на въглерод в страната на метала с по-висока пределна разтворимост.

(Процесът на дифузия на въглерод в стоманите (по време на заваряване, термична обработка и работа) започва при 350 ° C и протича най-интензивно в диапазона от 550 ... 800 ° C.)

– Получените напрежения в заварените съединения на различни стомани не могат да бъдат премахнати (или намалени) чрез термична обработка.

Алуминий и неговите сплави.

Заваряването на чист Al е рядкост, главно в електрическата индустрия, където се използва заваряване под студено налягане.

Al сплавите се разделят на две големи групи: топлинно усилени и деформируеми, т.е. втвърдени чрез втвърдяване (втвърдяване, деформация). Проблемите със заваряемостта, общи за всички сплави, са както следва:

Върху металната повърхност винаги има плътен огнеупорен Al 2 O 3 филм с точка на топене 2050 ° C, при T стопилка Al = 660 ° C. Филмът предотвратява разпространението и овлажняването на течния метал и образува остри люспести оксидни включвания .

Висока течливост и остър спада на силата на твърдото веществометал при високи температури (близо до T pl) води до възможност за разливане на заваръчната вана.

Високата топлопроводимост изисква използването на източници с висока мощност или висока концентрация на мощност.

Голяма стойност на коефициента. линейното разширение и ниският модул на еластичност определят високия риск от деформация на конструкцията.

Високата разтворимост на газове (предимно водород) в течен метал и много ниска разтворимост в твърд метал води до освобождаване на 90...95% от газа по време на кристализация, което води до интензивна порьозност.

Грубата колонна кристална структура на заваръчния шев допринася за развитието на структурна нехомогенност и, заедно с P2, появата на горещи пукнатини, особено в сплави от типа AMg и AMts. (Al-Mg; Al-Mn)

При заваряване на ковани сплави има значителна загуба на якост в зоната на рекристализация (AMg и AMts).

Термично закалени сплави от системата Al-Zn-Mg или Al-Cu-Mg (дурални) или сплави с високо съдържание на Si≥5% (силумини) са склонни към крехкост и появата на студени пукнатини известно време след заваряване .

Технологични методиизползвани при заваряване: висококачествено почистване на мястото на заваряване (ецване, механично почистване); челно формоване; променлив токили обратна полярност; правилен избор на пълнител.

Титан и неговите сплави.

Химически активен структурен материал - изгаря в чист азот.

T pl 1665С. При нормална температура той е покрит с плътен оксиден и нитриден филм. Способен да разтваря водород в големи количества. Максималната разтворимост на водорода е при T1200C. В този момент в HAZ най-вероятно е крехкостта. Газовете образуват химически съединения с метала (TiO 2, TiN, Ti 3 N, TiH 2), които се разтварят в метала с повишаване на температурата, което води до намаляване на пластичността. Съдържанието на газове в метала трябва да бъде ограничено: кислород до 0,15%, азот до 0,05%, водород до 0,01%.

Титанът има полиморфна трансформация ↔ при температура 882С, поради което при охлаждане първичната кристална структура се раздробява, което допринася за добрата заваряемост на еднофазните -сплави. Двуфазните +сплави имат повишена здравина и твърдост, но са склонни към образуване на крехки структури и пукнатини по време на заваряване.

Физически характеристики:

Коефициентът на термично разширение е 1,5 пъти по-малък от този на въглеродните стомани и 3 пъти по-малък от този на високолегираните аустенитни стомани. Топлопроводимостта е ниска, около 2,5 пъти по-ниска от тази на стоманата, но в температурния диапазон от 1500 ↔T pl се увеличава почти 5 пъти. Вискозитетът на течния метал при средна температура на заваръчната вана е 5 пъти по-висок, отколкото при Tm, което води до образуване на газови кухини и подрязвания при автоматично заваряване.

По този начин физическите и технологичните свойства на повечето титанови сплави са положителни, подложени на добра защита.

Мед и нейните сплави.

Характерен проблем при заваряването на медта е нейната висока топлопроводимост (9 пъти по-голяма от тази на стоманата и 14 пъти по-голяма от тази на неръждаемата стомана) и ниската точка на топене от 1083С, поради което медта обикновено се заварява при ниска скорост с голяма топлинна мощност и цялата конструкция се загрява.

Медта е много пасивна. Разтворимостта на водорода е много ниска, азотът по отношение на медта обикновено е инертен газ. Оксидите имат Tm по-високо от Tm(Cu) и изплуват на повърхността на заваръчната вана. (CuO– 1336,Cu 2 O– 1235С), при повишено съдържание на кислород се образува Cu-Cu 2 O евтектика с точка на топене 1064С, която намалява пластичността на метала.

Месинг (Cu+Zn), Zn – 10…40%. Цинкът се окислява лесно. Цинковият оксид е летливо токсично съединение. В резултат на изпаряване на Zn (Точка на кипене 907С) се образува порьозност.

Сплавите на медта с други метали (с изключение на Zn) се наричат ​​бронз. Като структурни елементи се използват следните елементи:

- калай

– алуминий

– хром

- берилий и др.

Всеки има свои собствени проблеми: - калай заварява добре, но е склонен към порьозност поради кипенето на калай; - при заваряване на алуминиеви бронзи (1,5 ... 8% Al) е необходимо да се отстрани оксидният филм от повърхността, както при заваряване на Al; - хромови бронзи (BrX1, BrX07) почти чиста мед; - берилият е дори по-токсичен от цинка, така че берилиевият бронз обикновено не се заварява.

цирконий.

По отношение на заваряемост и физико-химични свойства той е много близък до титана, но е още по-активен по отношение на газовете. Заваряването се извършва предимно в камери с Ar. За заварени конструкции обикновено се използва не чист Zr, а неговите сплави с малко количество ванадий или ниобий за повишаване на пластичността.

магнезий.

Проблемите със заваряването са същите като тези на Al, но оксидният филм на MgO е още по-огнеупорен (2500 ° C), но по-хлабав и не прилепва толкова плътно към повърхността. Освен това Mg е запалим във въздуха. За конструкции се използват сплави с Al (MA-1, MA-3).

Огнеупорни метали.

Волфрам, молибден, тантал, ниобий.

Те са много активни при високи температури и са склонни да образуват крехки заварки, особено Mo и W. Заваряването на огнеупорни метали обикновено се извършва във вакуум с електронен лъч.

Берилий.

Активен и отровен метал, като същевременно е много лек и издръжлив. Заварявайте само чрез дифузионно заваряване във вакуум.

Полиетилен и други пластмаси

Не е електропроводим и слабо топлопроводим материал, което води до неравномерно нагряване по дебелината на стената (тръбата). Нагряването се извършва с помощта на нагревателни елементи (лъчение), HF индуктори, потоци от горещ въздух, последвано от изстискване или вдлъбнатина на добавката.

Заваряемостта се отнася до способността на дадена стомана химичен съставда даде при заваряване по един или друг начин високо качество заварено съединениебез пукнатини, пори и други дефекти. Химичният състав на стоманата определя нейната структура и физични свойства, които могат да се променят под въздействието на нагряване и охлаждане на метала по време на заваряване. Заваряемостта на стоманата се влияе от съдържанието на въглерод и легиращи елементи в нея. За предварителна преценка относно заваряемостта на стомана с известен химичен състав, еквивалентното съдържание на въглерод може да се изчисли по формулата

Въз основа на заваряемостта всички стомани могат да бъдат разделени на четири групи:

1. Добре заварени, при които екв. е не повече от 0,25. Тези стомани не се напукват при заваряване. по обичайния начинт.е. без предварително и съпътстващо нагряване и последваща термична обработка.

2. Задоволително заваряеми, при които C eq е в диапазона 0,25-0,35; позволяват заваряване без напукване, само при нормални производствени условия, т.е. при околна температура над 0°C, без вятър и др.

Тази група включва и стомани, които изискват предварително нагряване или предварителна и последваща термична обработка, за да се предотврати образуването на пукнатини по време на заваряване при условия, различни от нормалните (при температури под 0 ° C, вятър и др.).

3. Ограничено заваряване, при което C eq е в диапазона 0,35-0,45; те са склонни към напукване при заваряване при нормални условия. При заваряване на такива стомани е необходима предварителна термична обработка и нагряване. Повечето от стоманите от тази група се подлагат на термична обработка след заваряване.

4. Лошо заварени, при които C eq е по-висок от 0,45; такива стомани са склонни към напукване по време на заваряване.

Те могат да се комбинират само с предварителна термична обработка, предварително загряване по време на заваряване и последваща термична обработка. За метал с малка дебелина граничната стойност на C eq може да бъде увеличена до 0,55. Температура на предварително загряване за нисколегирани стоманив зависимост от стойността на C equiv се приема, както следва:

Предварителното нагряване забавя охлаждането и предотвратява студено напукване по време на заваряване.

Заваряемостта на стоманата също се определя от различни тестове. С помощта на проби се установява дали по време на заваряване на тази стомана се появяват крехки структури в заваръчния метал и зоната около заварката, които допринасят за образуването на пукнатини.

Най-простият е технологичен тест, при който едностранен тройник е заварен към тестван лист стомана. ъглова заваркаправоъгълна плоча (фиг. 127, а). След охлаждане на спокоен въздух плочата се събаря с чук, разрушавайки шева отстрани на горната му част. Ако се открият следи от предварително образувани пукнатини или счупвания под формата на разкъсване на основния метал в близост до шева, тогава стоманата е с ограничена заваряемост и изисква предварително нагряване и последваща термична обработка.

Тенденцията към образуване на студени пукнатини в по-дебела стомана може да се провери чрез разбивка по метода на Кировския завод (фиг. 127, б, vig). В средата на квадратна (130x130 mm) проба се прави жлеб с диаметър 80 mm. Дебелината a на останалата част от пробата е 2, 4, 6 mm. Една или две ролки се заваряват в жлеба (виж фиг. 127, перука), охлаждайки дъното отвън с въздух или вода. Ако образецът не се напука по време на наваряване и охлаждане с вода, стоманата се счита за добре заварена. Ако при охлаждане с вода се появят пукнатини, но не се появят при охлаждане на въздух, тогава стоманата се счита за удовлетворително заваряема. Стоманата се счита за ограничено заваряема, ако

пробата също се напуква при охлаждане на въздух. Такава стомана трябва да бъде заварена с предварително нагряване до 100-150 ° C.

Стоманата се счита за лошо заваряема, ако нейният образец се напука дори при предварително загряване до 100-150 ° C. Такава стомана изисква предварително нагряване до 300 ° C и повече при заваряване.

администрация Обща оценка на статията: Публикувано: 2011.06.01