Svařitelnost oceli: klasifikace. Skupiny svařitelnosti ocelí

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Ocel je hlavním konstrukčním materiálem. Je to slitina železa a uhlíku obsahující různé nečistoty. Všechny složky obsažené v jeho složení ovlivňují vlastnosti ingotu. Jednou z technologických vlastností kovů je schopnost vytvářet vysoce kvalitní svarové spoje.

Faktory, které určují svařitelnost oceli

Hodnocení svařitelnosti oceli se provádí hodnotou hlavního ukazatele - uhlíkového ekvivalentu С_{equiv. Toto je podmíněný koeficient, který zohledňuje míru vlivu obsahu uhlíku a hlavních legujících prvků na charakteristiky svaru.}

Svařitelnost ocelí ovlivňují následující faktory:

1. Obsah uhlíku.
2. Přítomnost škodlivých nečistot.
3. Stupeň dopingu.
4. Zobrazení mikrostruktury.
5. Environmentální podmínky.
6. Tloušťka kovu.

Nejinformativnějším parametrem je chemické složení.

Distribuce ocelí podle skupin svařitelnosti

Podléhávšechny tyto faktory, svařitelnost oceli má různé vlastnosti.

Klasifikace ocelí podle svařitelnosti.

• Dobré (když С_{eq≧0, 25 %): pro díly z nízkouhlíkové oceli; nezávisí na tloušťce výrobku, povětrnostních podmínkách, dostupnosti přípravných prací.}
• Uspokojivé (0,25 %≦С_{eq≦0,35 %): existují omezení na podmínky prostředí a průměr svařované konstrukce (teplota vzduchu do -5, v klidu počasí, tloušťka až 20 mm).}
• Limited (0,35%≦C_{eq≦0,45%): Pro vytvoření kvalitního švu je nutné předehřátí. Podporuje "hladké" austenitické přeměny, tvorbu stabilních struktur (feriticko-perlitické, bainitické).}
• Špatné (С_{eq≧0, 45%): vytvoření mechanicky stabilního svarového spoje není možné bez předchozí tepelné přípravy kovových hran a následné tepelné úpravy svařované konstrukce. K vytvoření požadované mikrostruktury je zapotřebí dodatečné zahřívání a plynulé chlazení.}

Skupiny svařitelnosti oceli usnadňují orientaci v technologických vlastnostech svařování specifických jakostí slitin železa a uhlíku.

Tepelné zpracování

V závislosti na skupině svařitelnosti ocelí a odpovídajících technologických vlastnostech lze upravit vlastnosti svarového spoje pomocí postupných teplotních vlivů. Existují 4 hlavní způsoby tepelného zpracování: kalení, popouštění,žíhání a normalizace.

Nejběžnější jsou kalení a popouštění pro tvrdost a současnou pevnost svaru, odlehčení pnutí, prevence trhlin. Stupeň temperování závisí na materiálu a požadovaných vlastnostech.

Tepelné zpracování kovových konstrukcí během přípravných prací se provádí:

• žíhání – ke zmírnění napětí uvnitř kovu, zajištění jeho měkkosti a poddajnosti;
• předehřátý, aby se minimalizoval teplotní rozdíl.

Racionální řízení teplotních vlivů umožňuje:

• připravte součást na práci (uvolněte všechna vnitřní pnutí mletím zrn);
• snížit teplotní rozdíly na studeném kovu;
• zlepšit kvalitu svařovaného předmětu tepelnou úpravou mikrostruktury.

Korekce vlastností podle teplotních rozdílů může být místní nebo obecná. Ohřev hran se provádí pomocí plynového nebo elektrického obloukového zařízení. K ohřevu celého dílu a jeho hladkému chlazení se používají speciální pece.

Vliv mikrostruktury na vlastnosti

Podstata procesů tepelného zpracování je založena na strukturálních přeměnách uvnitř ingotu a jejich vlivu na ztuhlý kov. Když se tedy zahřeje na teplotu 727 ˚C, jedná se o smíšenou granulární austenitickou strukturu. Způsob chlazení určuje možnosti transformace:

1. Uvnitř pece (rychlost 1˚C/min) - perlitové struktury se tvoří s tvrdostí asi 200 HB (tvrdost Brinell).
2. Zapnutovzduch (10˚С/min) – sorbitol (feritovo-perlitová zrna), tvrdost 300 HB.
3. Olej (100˚C/min) – troostit (feritovo-cementitová mikrostruktura), 400 HB.
4. Voda (1000˚C/min) – martenzit: tvrdá (600 HB), ale křehká jehlicovitá struktura.

Svarový spoj musí mít dostatečnou tvrdost, pevnost, ukazatele kvality plasticity, takže martenzitické vlastnosti švu nejsou přijatelné. Nízkouhlíkové slitiny mají feritickou, feritovo-perlitickou, ferito-austenitickou strukturu. Středně uhlíkové a středně legované oceli - perlitické. Vysokouhlíkové a vysoce legované - martenzitické nebo troostitické, které je důležité převést do feriticko-austenitické formy.

Svařování měkké oceli

Svařitelnost uhlíkových ocelí je dána množstvím uhlíku a nečistot. Jsou schopny vyhořet, přeměnit se na plynné formy a poskytnout nekvalitní poréznost švu. Síra a fosfor se mohou koncentrovat na okrajích zrn, čímž se zvyšuje křehkost struktury. Svařování je nejvíce zjednodušené, vyžaduje však individuální přístup.

Uhlíková ocel běžné jakosti se dělí do tří skupin: A, B a C. Svařovací práce se provádějí s kovem skupiny C.

Svařitelnost ocelí jakosti VST1 - VST4 v souladu s GOST 380-94 se vyznačuje absencí omezení a dalších požadavků. Svařování dílů do průměru 40 mm probíhá bez ohřevu. Možné ukazatele ve stupních: G - vysoký obsah manganu; kp, ps, cn - „vroucí“, „poloklidný“, „klidný“respektive.

Nízkouhlíkovou jakostní ocel představují jakosti s označením setin uhlíku, udávající stupeň dezoxidace a obsah manganu (GOST 1050-88): ocel 10 (také 10kp, 10ps, 10G), 15 (také 15kp, 15ps, 15G), 20 (také 20kp, 20ps, 20G).

Pro zajištění kvalitního svaru je nutné provést proces sycení svarové lázně uhlíkem C a manganem Mn.

Metody svařování:

1. Ruční oblouk pomocí speciálních, původně kalcinovaných elektrod, o průměru 2 až 5 mm. Typy: E38 (pro střední pevnost), E42, E46 (pro dobrou pevnost do 420 MPa), E42A, E46A (pro vysokou pevnost složitých konstrukcí a jejich provoz ve speciálních podmínkách). Svařování tyčemi OMM-5 a UONI 13/45 se provádí za působení stejnosměrného proudu. Práce s elektrodami TsM-7, OMA-2, SM-11 se provádí proudem libovolné charakteristiky.
2. Svařování plynem. Nejčastěji nežádoucí, ale možné. Provádí se pomocí plnicího drátu Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Tenký nízkouhlíkový kov (d 8mm) se svařuje levým způsobem, silný (d 8mm) - správným způsobem. Nedostatky ve vlastnostech švu lze odstranit normalizací nebo žíháním.

Svařování nízkouhlíkových ocelí se provádí bez přídavného ohřevu. Pro detaily jednoduchého formuláře neexistují žádná omezení. Je důležité chránit objemové a příhradové konstrukce před větrem. Je žádoucí svařovat složité předměty v dílně při teplotě ne nižší než 5˚С.

Pro jakosti VST1 - VST4 je tedy ocel 10 - ocel 20 - svařitelnost dobrá, praktickybez omezení, vyžadující standardní individuální výběr metody svařování, typu elektrody a proudových charakteristik.

Konstrukční oceli se středním a vysokým obsahem uhlíku

Nasycení slitiny uhlíkem snižuje její schopnost tvořit dobré sloučeniny. V procesu tepelných účinků oblouku nebo plynového plamene se síra hromadí podél okrajů zrn, což vede k červené křehkosti, fosfor ke křehkosti za studena. Nejčastěji se svařují materiály legované manganem.

Sem patří konstrukční oceli běžné jakosti VSt4, VSt5 (GOST 380-94), vysoce jakostní 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) různé hutní výroby.

Podstatou práce je snížit množství uhlíku ve svarové lázni, nasytit kov v ní křemíkem a manganem a zajistit optimální technologii. Zároveň je důležité zabránit nadměrným ztrátám uhlíku, které mohou vést k destabilizaci mechanických vlastností.

Vlastnosti svařování středně a vysoce uhlíkových ocelí:

1. Počáteční zahřívání hran až na 100-200˚С pro šířku až 150 mm. Bez přídavného ohřevu se svařují pouze jakosti Vst4 a ocel 25. U středně uhlíkových ocelí s uspokojivou svařitelností se před zahájením práce provádí úplná normalizace. Pro oceli s vysokým obsahem uhlíku je vyžadováno předběžné žíhání.
2. Obloukové svařování se provádí obalenými kalcinovanými elektrodami o velikosti od 3 do 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7) pod stejnosměrným proudem. možné pracovat vtavidla nebo ochranné plyny (CO_{2, argon).}
3. Svařování plynem se provádí nauhličovacím plamenem, levou metodou, s předehřevem na teplotu 200˚C, s rovnoměrným nízkým příkonem acetylenu.
4. Povinné tepelné zpracování dílů: kalení a popouštění nebo samostatné popouštění pro minimalizaci vnitřního pnutí, zabránění praskání, změkčení kalených martenzitických a troostitických struktur.
5. Kontaktní bodové svařování se provádí bez omezení.

Stredně a vysokouhlíkové konstrukční oceli se tedy svařují prakticky bez omezení, při vnější teplotě minimálně 5˚С. Při nižších teplotách je povinné počáteční předehřátí a vysoce kvalitní tepelné zpracování.

Svařování nízkolegovaných ocelí

Legované oceli jsou oceli, které jsou během tavení nasyceny různými kovy, aby získaly požadované vlastnosti. Téměř všechny mají pozitivní vliv na tvrdost a pevnost. Chrom a nikl jsou součástí žáruvzdorných a nerezových slitin. Vanad a křemík dodávají pružnost, používají se jako materiál pro výrobu pružin a pružin. Molybden, mangan, titan zvyšují odolnost proti opotřebení, wolfram - červená tvrdost. Zároveň pozitivně ovlivňují vlastnosti dílů a zhoršují svařitelnost oceli. Kromě toho se zvyšuje stupeň tvrdnutí a vytváření martenzitických struktur, vnitřní pnutí a riziko praskání ve švech.

Svařitelnost legovaných ocelí je také určena jejichchemické složení.

Nízkolegované nízkouhlíkové oceli 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) jsou dobře svařované. Za standardních podmínek nevyžadují dodatečné zahřívání a tepelné zpracování na konci procesů. Některá omezení však stále existují:

• Úzký rozsah povolených teplotních podmínek.
• Práce by měla být prováděna při teplotě ne nižší než -10˚С (v podmínkách nižších atmosférických teplot, ale ne nižších než -25˚С, použijte předehřev až na 200˚С).

Možné způsoby:

• Svařování elektrickým obloukem stejnosměrným proudem 40 až 50 A, elektrody E55, E50A, E44A.
• Automatické svařování pod tavidlem pomocí přídavného drátu Sv-08GA, Sv-10GA.

Svařitelnost oceli 09G2S, 10G2S1 je rovněž dobrá, požadavky a možné způsoby provedení jsou stejné jako u slitin 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Důležitou vlastností slitin 09G2S, 10G2S1 je absence nutnosti přípravy hran pro díly o průměru do 4 cm.

Svařování středně legovaných ocelí

Středně legované oceli 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) vykazují výraznější odolnost proti tvorbě volných švů. Patří do skupiny s vyhovující svařitelností. Vyžadují předehřátí na teploty 150-200˚С, vícevrstvé svary, kalení a popouštění po dokončení svařování. Možnosti:

• Proud a průměr elektrody při svařování elektrickým obloukemse volí přísně v závislosti na tloušťce kovu, přičemž se bere v úvahu skutečnost, že tenčí hrany jsou během práce více kalené. Takže s průměrem produktu 2-3 mm by hodnota proudu měla být v rozmezí 50-90 A. Při tloušťce hrany 7-10 mm se stejnosměrný proud s obrácenou polaritou zvýší na 200 A pomocí elektrod 4-6 mm. Používají se tyče s ochranným povlakem z celulózy nebo fluoridu vápenatého (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Při práci v prostředí ochranného plynu CO_{2 je nutné použít drát Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM o průměru max. do 2 mm.}

U těchto materiálů se často používá metoda argonového oblouku nebo svařování pod tavidlem.

Žáruvzdorné a vysoce pevné oceli

Svařování žáruvzdornými slitinami železo-uhlík 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF musí být provedeno s předehřátím na teploty 300-450˚С, s konečným kalením a vysokým popouštěním.

• Svařování elektrickým obloukem kaskádovým způsobem pro návrh vícevrstvého švu pomocí kalcinovaných obalených elektrod UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Svařování plynem s přívodem acetylenu 100 dm3/mm s použitím přídavných materiálů Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Připojení potrubí se provádí s předchozím plynovým ohřevem celého spoje.

Při svařování středně legovaných vysokopevnostních materiálů 14Kh2GM, 14Kh2GMRB je důležité dodržovat stejná pravidla jako u žáruvzdorných ocelí s ohledem na některé nuance:

• Důkladné čištěníhrany a použití cvočků.
• Vysokoteplotní žíhání elektrody (až 450˚C).
• Předehřejte až na 150˚C pro díly tlustší než 2 cm.
• Pomalé chlazení švů.

Vysoce legované oceli

Při svařování vysokolegovaných ocelí je nutné použití speciální technologie. Mezi ně patří obrovská řada nerezových, žáruvzdorných a žáruvzdorných slitin, některé z nich: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZB, 15KA99. Svařitelnost ocelí (GOST 5632-72) patří do 4. skupiny.

Charakteristika svařitelnosti vysoce uhlíkové vysoce legované oceli:

1. Je nutné snížit proudovou sílu v průměru o 10-20% kvůli jejich nízké tepelné vodivosti.
2. Svařování by mělo být prováděno s mezerou, elektrody do velikosti 2 mm.
3. Snižte obsah fosforu, olova, síry, antimonu, zvyšte množství molybdenu, vanadu, wolframu pomocí speciálních potažených tyčí.
4. Potřeba vytvořit mikrostrukturu smíšeného svaru (austenit + ferit). Tím je zajištěna tažnost naneseného kovu a minimalizace vnitřních pnutí.
5. Povinné zahřívání hran v předvečer svařování. Teplota se volí v rozsahu od 100 do 300˚С v závislosti na mikrostruktuře struktur.
6. Výběr obalených elektrod při obloukovém svařování je dán typem zrn, vlastnostmi a pracovními podmínkami dílů: pro austenitické oceli 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 se Sv-06Kh19N9T nátěry,Sv-02X19H9; pro martenzitickou ocel 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 s povlakem Sv-08Kh17T; pro austeniticko-feritickou ocel 12Kh21N5T: TsL-33 s povlakem Sv-08Kh11V2MF.
7. Při svařování plynem by dodávka acetylenu měla odpovídat hodnotě 70-75 dm3/mm, použitý přídavný drát je Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Operace pod tavidlem jsou možné pomocí NZh-8.

Svařitelnost oceli je relativní parametr. Závisí na chemickém složení kovu, jeho mikrostruktuře a fyzikálních vlastnostech. Schopnost tvořit kvalitní spoje lze přitom upravit pomocí promyšleného technologického přístupu, speciálního vybavení a pracovních podmínek.