Свариваемость металла это: Свариваемость металлов

Свариваемость металла и методы ее оценки

Свариваемость металла и методы ее оценки

Свариваемость — свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Следовательно, свариваемость зависит, с одной стороны, от особенностей материала, технологии сварки и конструктивного оформления соединений, а с другой — от необходимых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Последние определяются техническими требованиями, предъявляемыми к таким конструкциям.

Свариваемость материалов считается достаточной, если требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, и недостаточной, если не обеспечивается минимальный уровень хотя бы одного из эксплуатационных свойств сварного соединения. Различают свариваемость физическую и технологическую.

Физическая свариваемость определяет принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений, что особенно важно при сварке разнородных материалов.

Технологическая свариваемость представляет собой реакцию материала на сварочный термодеформационный цикл и металлургическое воздействие сварки, которая оценивается, например, посредством сравнения механических свойств металла сварного соединения с одноименными свойствами основного металла.

При оценке свариваемости учитывают также стойкость металла к образованию трещин и его специальные свойства (коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах, сопротивление хрупкому разрушению).

Свариваемость углеродистых сталей определяется, в первую очередь, содержанием в них углерода. Под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность с использованием обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное основному металлу, без трещин в металле шва и снижения пластичности в околошовной зоне. При этом металлы шва и околошовной зоны должны быть стойкими к переходу в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкции и наличии концентраторов напряжений, обусловленных формой сварного узла.

Свариваемость материала оценивается посредством сравнения его свойств со свойствами ранее применявшихся материалов или основного металла. Свариваемость признают удовлетворительной, если результаты испытаний различных свойств сварного соединения соответствует нормативам, установленным техническими условиями на данную продукцию.

Стойкость металла сварного соединения к образованию горячих трещин — это наиболее важный показатель свариваемости, так как при сварке сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации под действием возникающих при затвердевании растягивающих напряжений возможно появление горячих трещин, являющихся весьма серьезным дефектом.

Стойкость металла сварного соединения к образованию холодных трещин — это также очень важный показатель свариваемости, поскольку под действием сварочного нагрева изменяется структура основного металла. При этом в околошовной зоне закаливаемых сплавов в результате фазовых превращений образуются хрупкие структуры типа мартенситных, что может привести к появлению холодных трещин.

Процессы, происходящие в металле сварного соединения, могут вызвать хрупкие разрушения сварной конструкции. Причинами таких разрушений могут быть конструктивные недостатки, наличие макроскопических концентраторов напряжений, дефектов сварных соединений (раковин, пор, шлаковых включений, подрезов по краю швов), микротрещин и полостей.

Склонность металла сварного соединения к хрупкому разрушению — это также достаточно важный показатель свариваемости. Оценивают ее посредством специальных испытаний по сравнению со склонностью к хрупкому разрушению основного металла, зоны термического влияния и металла сварного шва. Считается, что лучшей свариваемостью обладают те металлы, сварные соединения которых не отличаются по склонности к хрупкому разрушению от основного металла.

Методы определения показателей свариваемости материалов подразделяются на прямые — при использовании которых выполняют сварку образцов заданной формы по выбранной технологии, и косвенные — основанные на замене сварочного процесса имитирующим его процессом.

Определение стойкости металла к образованию горячих трещин. Стойкость сварного соединения металла к образования горячих трещин определяют по результатам следующих испытаний:

• машинных испытаний, основанных на принудительном деформировании образцов, подвергнутых сварочному нагреву, в температурном интервале возникновения горячих трещин;
• технологических испытаний, или сварки проб, при проведении которых условия деформирования в температурном интервале образования горячих трещин регулируют выбором формы и размеров образцов, а также последовательности выполнения сварных швов и режимов сварки.

Машинные испытания заключаются в испытаниях образцов, проплавляемых сварочной дугой, на растяжение и изгиб, а образцов, нагреваемых по сварочному циклу, — на растяжение. Для машинных испытаний применяют специальные установки.

Процедура машинных испытаний включает в себя сварку серии образцов с одновременным деформированием шва при разной скорости перемещения активного захвата и определение критической скорости деформирования, вызывающей появление горячих трещин в нескольких образцах.

Технологические испытания основываются на положении о том, что металл, в котором не возникает трещин в искусственно созданных жестких условиях (что достигается выбором форм и размеров специальных технологических проб и типов их закрепления), не должен разрушаться и в реальных изделиях. При сварке кристаллизующийся металл подвергается деформации вследствие усадки шва и формоизменения технологических проб. Специальная конструкция и технология сварки проб обусловливают повышенные темпы высокотемпературной деформации.

Технологические пробы можно условно подразделить на два класса: количественные и качественные.

К количественным относятся технологические пробы, в которых образование горячих трещин можно связать с каким-либо конструктивным параметром (размерами пробы, глубиной или расположением надрезов и др.) или параметром режима сварки (скорость, температура подогрева). Сравнив такие пробы, можно выделить сплавы с меньшим и бо́льшим сопротивлением образованию горячих трещин.

Качественные технологические пробы предусматривают выполнение сварных швов на образцах постоянной формы в строго заданной последовательности и при соблюдении определенных режимов сварки. Сопротивление металла шва образованию горячих трещин оценивают в этом случае по их наличию или отсутствию на поверхности проб и шлифов или в изломах сварных швов. Качественные пробы не позволяют оценить количественно стойкость сплавов к образованию горячих трещин и предназначены лишь для отбраковки плохо сваривающихся сплавов.

Для определения стойкости металла к образованию горячих трещин используют различные виды проб.

Составная тонколистовая проба содержит несколько пластин разной ширины, соединенных с одной стороны прихватками. Сварку производят в направлении расширения пластин. При этом в местах пересечения стыков пластин сварным швом образуются горячие трещины. Показателем стойкости металла шва к образованию горячих трещин служит минимальная (критическая) ширина пластины, при сварке которой горячие трещины не возникают: чем меньше критическая ширина пластины, тем больше стойкость металла шва.

Проба ИМЕТ из тонколистового металла представляет собой пластину с постоянными размерами и надрезом, параллельным ее короткой стороне. Пластину проплавляют вольфрамовым электродом в струе аргона или электронным лучом таким образом, чтобы ось шва проходила через вершину надреза. Вероятность появления трещины от надреза зависит от его положения на пластине: чем больше длина шва до надреза, тем выше стойкость металла шва к образованию горячих трещин.

Проба Хоулдкрофта («рыбья кость») используется для оценки сопротивления металла шва образованию горячих трещин при сварке тонких листов легированных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов. Данная проба представляет собой пластину с боковыми прорезями увеличивающейся длины. При испытании выполняют наплавку или проплавляют пластину вольфрамовым электродом в защитном газе. Критерием оценки стойкости металла служит длина горячей трещины.

Крестовидная тонколистовая проба применяется для определения склонности к образованию горячих трещин главным образом алюминиевых и магниевых сплавов. Две прямоугольные пластины сваривают друг с другом четырьмя валиковыми швами в определенных последовательности и направлениях. Критерием наличия склонности к появлению горячих трещин служит отношение длины швов с трещинами к общей длине швов.

Кольцевая сегментная проба для испытания листов большой толщины состоит из четырех заготовок с шлифованными торцевыми поверхностями, свариваемых друг с другом с двух сторон. Размеры такой пробы после сборки составляют 90 × 90 × 25 мм. На ее верхней стороне протачивают кольцевую канавку. При испытании пробу сваривают по канавке по ходу часовой стрелки. После ее охлаждения до температуры ниже 50 °С выполняют замыкающий шов. Горячие трещины образуются в местах стыка заготовок и распространяются вдоль сварного шва. Критерием стойкости металла шва к образованию горячих трещин служит процентное отношение суммарной длины образовавшихся трещин к длине шва.

Пробу с канавками изготовляют из пластин толщиной более

40 мм. При толщине пластины менее 60 мм ее приваривают к жесткой плите по флангам швом с катетом 20 мм, а канавки располагают с шагом 100 мм. При толщине пластины более 60 мм канавки выполняют с двух сторон образца, а пластины сваривают по канавкам с минимальной скоростью. Склонность к образованию горячих трещин в этом случае определяют по отношению суммарной длины образовавшихся трещин или их площади соответственно к длине или площади поперечного сечения шва, а также по коэффициенту периодичности — числу трещин на единице длины шва. При отсутствии горячих трещин в швах, выполненных на рекомендованных для анализа режимах сварки, переходят к сварке более узких образцов либо к сварке с повышенной скоростью.

Способы оценки склонности металла к образованию холодных трещин. Все способы оценки склонности (стойкости, сопротивления) металла сварного соединения к образованию холодных трещин подразделяются следующим образом. По операции оценки различают косвенные и прямые способы, по форме представления показателей — количественные, полуколичественные и качественные, по варианту использования результатов оценки — сравнительные и прикладные.

Косвенные способы позволяют оценить склонность сварного соединения к образованию холодных трещин посредством расчета без непосредственного испытания материалов.

Прямые способы оценки склонности к образованию холодных трещин предусматривают сварку технологических проб и проведение специализированных испытаний сварных соединений или основного материала, подлежащего сварке, в условиях, имитирующих сварочные.

Количественные способы оценки склонности к образованию холодных трещин обеспечивают получение числового значения показателя, связанного с изменением одного из факторов, обеспечивающих контроль этого процесса.

Качественные способы не обеспечивают количественной оценки склонности к образованию холодных трещин и по существу служат для отбраковки материалов.

Способы оценки, которые могут использоваться только для сопоставления материалов и технологических вариантов сварки в целях выбора лучших из них, относятся к сравнительным.

Способы, позволяющие оценить стойкость реальных сварных конструкций к образованию холодных трещин, относятся к прикладным.

По тем же признакам подразделяются и технологические пробы. Пробы отраслевого назначения, или прикладные, позволяют оценить склонность материалов к образованию холодных трещин в условиях, максимально приближенных к технологическим и климатическим условиям изготовления реальных сварных конструкций.

Проба «Геккен» представляет собой плоский прямоугольный образец толщиной 12 … 40 мм, имеющий в центре продольную прорезь с V-образной разделкой. Этот образец заваривается в свободном состоянии и затем выдерживается в течение 20 ч. Сварку выполняют вручную покрытыми электродами, под флюсом или в защитных газах. При этом трещины образуются в корневой части сварного соединения. Обязательное условие пробы — наличие в корне шва непровара, служащего концентратором напряжений. Количественным показателем стойкости к образованию холодных трещин в этом случае могут служить процентное отношение суммарной длины трещин к длине шва; процентное отношение площади трещин к площади сечения шва, температура подогрева, при которой не образуются трещины.

Крестовая проба состоит из трех пластин, собранных в крестовидное соединение. Все поверхности касания этих пластин предварительно шлифуются для обеспечения хорошего контакта. На пробе выполняют четыре угловых шва длиной 160 мм в определенной последовательности. Температура пробы перед сваркой очередного шва не должна превышать (28 ± 3)°С. Через 48 ч после сварки для снятия напряжений производится двухчасовой отжиг пробы при температуре 595 … 650 °С. Пробу разрезают на поперечные темплеты для изготовления микрошлифов и выявления трещин в околошовной зоне. Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если на двух первых темплетах не обнаружено ни одной трещины.

Лихайская модифицированная проба состоит из образцов с прорезями, завариваемыми на разных режимах при различных температурах предварительного подогрева. При этом начало и концы прорезей образцов (по 2 … 3 мм) оставляют незаплавленными. Наличие трещин на поверхности сварного соединения, в корне шва и поперечном сечении выявляют через 24 ч после окончания сварки. Для оценки склонности материала к образованию холодных трещин определяют процентную долю разрушений сварных соединений в зависимости от скорости охлаждения металла с температурой 300 °С или от продолжительности его охлаждения в температурном интервале 800 … 300 °С. Скорость охлаждения, при превышении которой разрушение швов заметно усиливается, принимается в качестве критерия оценки сопротивления материала образованию холодных трещин. Также оценку можно производить и по критическому времени охлаждения материала или по минимальной температуре предварительного нагрева, необходимой для устранения холодных трещин.

Оценка влияния термического цикла сварки на изменение структуры и свойств свариваемых металлов. Предварительную оценку в этом случае выполняют по методикам, предусматривающим нагрев и охлаждение образцов по программе с заданными скоростями и механические испытания на любом этапе термической обработки. Такие испытания позволяют имитировать сварочные термические циклы любого участка сварного соединения и выявлять их воздействие на структуру и свойства металла. Для этой же цели используют и специальные технологические пробы, например валиковую. Для такой пробы на пластины металла толщиной 14 … 30 мм наплавляют валики на режимах с разной погонной энергией. Из пластин вырезают поперечные образцы для определения структуры и твердости, а также для испытаний на ударный и статический изгиб.

Расчетная оценка свариваемости конструкционных сталей по химическому составу выполняется следующим образом. Технологическая свариваемость металлов и их сплавов зависит от ряда факторов: их химической активности, степени легирования, содержания примесей и особенностей структуры. Чем выше химическая активность металла, тем больше его склонность к взаимодействию с окружающей средой и в первую очередь к окислению, а следовательно, требуется более эффективная его защита и металлургическая обработка при сварке. Защита расплавленных сталей и сплавов на основе железа от взаимодействия с воздухом обеспечивается с помощью электродных покрытий, флюсов и инертных газов.

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод: при увеличении содержания углерода и ряда других легирующих элементов их свариваемость ухудшается.

Ориентировочным количественным показателем свариваемости стали является эквивалент углерода, рассчитываемый по формуле

С_экв = С + Мn/6 + Si/24 (1)

в которой содержание углерода и легирующих элементов выражено в процентах.

В зависимости от эквивалента углерода (и связанной с этой величиной склонности материала к закалке и образованию трещин) все конструкционные стали подразделяются на четыре группы соответственно с хорошей, удовлетворительной, ограниченной и плохой свариваемостью.

Стали с С_экв < 0,25 % хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов, толщин и конструктивных форм.

Стали с С_экв = 0,25 … 0,35 % свариваются удовлетворительно. Они не склонны к образованию холодных трещин при правильном выборе режимов сварки, однако в ряде случаев необходим их подогрев.

Стали с С_экв = 0,36 … 0,45 % свариваются ограниченно с образованием трещин. Возможность регулирования сопротивления этих сталей образованию трещин посредством изменения режимов сварки ограничена, а следовательно, требуется их подогрев.

Стали с С_экв > 0,45 % плохо свариваются. Они весьма склонны к закалке и возникновению холодных трещин. При сварке необходим их подогрев и применение специальных технологических приемов, а после сварки требуется термическая обработка.

 

Просмотров: 1 644

Свариваемость металлов или сплавов | Теория сварочных процессов

При выборе материала для изготовления сварной конструкции конструктор в первую очередь базируется на свариваемости того или иного металла или сплава. Свариваемость является определяющим показателем и для инженера-технолога при разработке им технологии сварки заданной конструкции.

В соответствии с действующим стандартом на сварочную терминологию свариваемость это – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Следовательно, под свариваемостью металла (или сочетания металлов) следует понимать отношение металла (или двух свариваемых металлов) к совокупности физико-химических процессов, определяющих возможность получения сварного соединения без дефектов с требуемыми механическими и специальными свойствами. Другими словами, под свариваемостью понимают способность металла (сочетания металлов) образовывать в процессе сварки соединения, не уступающие по своим свойствам свариваемым материалам.

При рассмотрении свариваемости конкретного материала обычно решают следующие вопросы:

– какие дефекты возникают при сварке данного материала?

– какие причины их возникновения?

– какие меры нужно предпринять для их устранения?

В общем случае свариваемость материала есть комплексное свойство и оно тем выше, чем проще технология сварки, чем большее количество способов сварки может быть использовано для соединения материала, чем шире область параметров режимов, обеспе­чивающих заданные требования к свойствам соединения, чем шире но­менклатура изделий, для которых могут быть использованы сварные соединения из данного материала.

Как и всякое комплексное свойство, свариваемость определяется химическим составом и физическими свойствами материала.

К факторам, наиболее сильно влияющим на свариваемость, сле­дует отнести:

– химический состав материала, который определяет его металлургическую активность, температурный интервал кристаллизации, фазовый состав и структурные превращения на этапе нагрева и охлаждения;

– теплофизические свойства, которые определяют скорость процессов превращений, происходящих в материалах под воздействием сварочного цикла;

– механические свойства, которые определяют способность материала воспринимать механические воздействия (напряжения), возникающие за счет неравномерности нагрева и охлаждения, жесткости конструкций и других факторов, без разрушения;

– специальные физико-химические свойства, которые определяют активность физико-химических реакций, протекающих в сварочной ванне и зоне термического влияния.

Чем хуже свариваемость материала, тем сложнее технология сварки, тем больше мероприятий необходимо применять для получения качественного сварного соединения.

При сварке деталей из одного и того же материала процессы растворения, взаимной диффузии, образования твердых и жидких растворов, т.е. взаимной кристаллизации металла ничем не ограничены. Более сложная ситуация может возникать при сварке разнородных металлов. В этом случае предварительно приходится рассматривать физическую (или принципиальную) свариваемость свариваемых материалов.Если рассматривается возможность получения качественного сварного соединения деталей из одного и того же металла (или сплава), то в этом случае анализируется технологическая свариваемость данного материала.

Технологическая свариваемость – технико-экономический показатель. Она характеризует возможность получения сварного соединения требуемого качества, удовлетворяющего требованиям надёжности конструкции при эксплуатации, с применением существующего оборудования при наименьших затратах труда и времени.

Технологическая свариваемость определяется совокупностью свойств основного металла, характеризующих его реакцию на термодеформационный цикл сварки. Кроме того, она зависит от способа и режима сварки, свойств присадочного металла, применяемых флюсов, электродных покрытий и защитных газов, от конструктивных особенностей свариваемого изделия (его жесткость, наличие остаточных напряжений, концентраторов и т.д.) и условий его последующей эксплуатации.

Основные критерии технологической свариваемости следующие:

– окисляемость металла при сварке, зависящая от его химической активности;

– сопротивляемость образованию горячих трещин и трещин при повторных нагревах;

– сопротивляемость образованию холодных трещин и замедленному разрушению;

– чувствительность металла к тепловому воздействию сварки, характеризуемая его склонностью к росту зерна, структурными и фазовыми изменениями в шве и зоне термического влияния, изменением прочностных и пластических свойств;

– чувствительность к образованию пор;

– соответствие свойств сварного соединения эксплуатационным требованиям – прочности, пластичности, выносливости, ползучести, вязкости, жаростойкости и жаропрочности, коррозионной стойкости и др.

Следовательно, под хорошей свариваемостью сталей понимают возможность получения сварных соединений, равнопрочных с основным металлом, без трещин и снижения пластичности как в металле шва, так и в околошовной зоне при обычной технологии сварки, без применения специальных приемов (например, предварительного подогрева). При этом все зоны сварного соединения должны обладать стойкостью против перехода в хрупкое состояние при рабочих температурах наравне с основным металлом.

Если рассматривается свариваемость легированных сталей, предназначенных, например, для изготовления сварных конструкций, работающих в условиях контакта с агрессивной средой, то кроме вышеперечисленных требовании, необходимо, чтобы металл шва в зоне термического влияния обладал также и высокой коррозионной стойкостью. Лишь при обеспечении всех перечисленных требований, предъявляемых к сварному соединению при сварке по обычной технологии, данная сталь будет обладать хорошей свариваемостью.

Чем сложнее условия работы конструкции, тем большее число свойств должно учитываться при определении свариваемости.

Таким образом, разница между металлами, обладающими хорошей или плохой свариваемостью, состоит в том, что последние для получения сварных соединений с комплексом свойств, отвечающих условиям эксплуатации, должны свариваться по более сложной технологии, например, с предварительным и сопутствующим подогревом, с обязательной последующей термообработкой сварных изделий, в некоторых случаях в специальных камерах с контролируемой атмосферой или в вакууме, иногда с предварительной наплавкой кромок и термообработкой перед сваркой и т.д.

Значительное усложнение технологии изготовления того или иного изделия в некоторых случаях заставляет отказываться от данного материала и изыскивать другой, применение которого упростит технологию сварки при обеспечении требуемых свойств сварной конструкции.

Удовлетворительная свариваемость должна обеспечивать соответствие сварного соединения определенным технологическим требованиям. Поскольку такие требования весьма разнообразны, различными могут быть и показатели, применяемые для оценки свариваемости. В связи с этим существует ряд испытаний для оценки свариваемости. Из них наиболее часто применяются такие:

1)      определение стойкости металла шва к образованию горячих трещин;

2)      определение стойкости металла шва и околошовной зоны к образованию холодных трещин;

3)      в сопоставлении с основным металлом определение стойкости металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом против перехода в хрупкое состояние;

4)      проверка служебных характеристик металла шва и сварного соединения (механических свойств, стойкости против коррозии, износостойкости и т.д.).

Мерой количественной оценки свариваемости металлов служат численные значения показателей свариваемости, каждый из которых представляет выраженный в абсолютных или относительных величинах результат сравнения полученного при испытании и нормативного значений определяемого свойства сварного соединения (или его участка).

Если необходимо обеспечить равнопрочность сварного соединения и основного металла, то в качестве нормативного значения определяемого свойства сварного соединения принимают нормативное значение одноименного свойства основного металла в соответствующем состоянии – исходном или после термической обработки. При невозможности обеспечить одинаковые свойства соединения и основного металла нормативные значения ряда свойств сварного соединения устанавливают на основе опыта эксплуатации сварных конструкций или по результатам специальных испытаний. Такие испытания должны учитывать конструктивные особенности данных сварных соединений и моделировать условия их эксплуатации.

В необходимую и достаточную совокупность показателей для оценки свариваемости металла следует включать те из них, которые в наибольшей степени обеспечивают технологическую и эксплуатационную надёжность заданных конструкций при изготовлении их из данного металла выбранным способом сварки.

Если хотя бы один показатель свариваемости не удовлетворяет предъявленным требованиям, металл считают обладающим плохой (неудовлетворительной) свариваемостью при выбранном способе и технологии сварки.

В зависимости от назначения испытания для оценки свариваемости металлов подразделяют на следующие группы.

Испытания исследовательские. В процессе этих испытаний исследуют основной металл и разные участки сварных соединений, полученных при различиях режимах и способах сварки. Условия испытаний должны соответствовать условиям эксплуатации сварных соединений. Результаты испытаний используют при разработке оптимального состава сплавов и основ рациональной технологии их производства, обеспечивающих получение металла с требуемыми свойствами и свариваемостью, а также при выборе способов и разработке технологии сварки типовых соединений. На основе результатов этих испытаний устанавливают:

а) нормативные значения свойств сварного соединения и отдельных его зон и участков;

б) пределы допускаемых при сварке параметров термического цикла, необходимые для расчетного определения режимов сварки;

в) типы и марки электродов, сварочной проволоки и прутков, флюсов, защитных газов и других сварочных материалов, обеспечивающих наиболее высокий уровень свойств сварных соединений;

г) методы испытаний данного материала, необходимые и достаточные для оценки его свариваемости применительно к типовым условиям эксплуатации сварных соединений.

Испытания технологические. Это ведомственные или межведомственные испытания, проводимые в научно-исследовательских лабораториях при разработке рациональной технологии сварки типовых конструкций определенного назначения с целью оценки пригодности металла данной марки для этих конструкций и установления ведомственных нормалей на свойства сварных соединений. Испытания этой группы выполняют по утвержденным нормалям и типовым программам ведомств-изготовителей сварных изделий. Кроме лабораторных стандартных образцов в этих испытаниях применяют натурные образцы сварных узлов и конструкций или их модели.

Испытания контрольные. Проводятся заводом-поставщиком металла для определения действительных значений свойств отдельных участков сварного соединения в целях подтверждения его кондиционности, а также заводом-потребителем в целях проверки соответствия показателей свариваемости металла требованиям технических условий на его поставку.

Примерную оценку технологической свариваемости сталей в части возможности образования холодных и горячих трещин при сварке можно сделать по известному химическому составу свариваемого металла .

 

Свариваемость металлов. Сварочные работы. Практический справочник

Свариваемость металлов

Свариваемость – это свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, которое отвечает всем требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия, т. е. она представляет собой способность одно– и разнородных металлов и сплавов давать такое сварное соединение, которое при определенных условиях (нагрузки, температура, воздействие внешней среды и проч.) не будет разрушаться.

Если металлы и сплавы содержат в своем составе элементы, которые отличаются неограниченной взаимной растворимостью, то они хорошо свариваются и не дают соединений, которые негативно влияют на свойства сварного шва. Это можно сказать, например, о таких парах, как железо и хром, железо и ванадий, молибден и тантал, никель и медь, хром и титан и др. Прекрасно свариваются однородные металлы и сплавы, например медь с медью, чугун с чугуном, сталь со сталью и др.

Если металлы (например, свинец и медь) и сплавы в жидком состоянии дают несмешивающиеся слои, т. е. о них нельзя сказать, что им свойственна высокая взаимная растворимость, то их сварка неосуществима. Это означает, что они настолько разнородны, что взаимная кристаллизация невозможна. С трудом свариваются железо и магний, алюминий и висмут и др.

Для облегчения этого процесса в смесь вводятся такие металлы, которые способны взаимно растворяться и с тем, и с другим соединяемым компонентом.

Таким образом, свариваемость металлов и сплавов во многом определяется их химическим составом. В качестве примера рассмотрим железоуглеродистые сплавы, которые в этом плане очень показательны. Свариваемость углеродистой стали определяется содержанием присутствующих в ней примесей. Углерод – один из главных элементов в стали, от которого во многом зависят свойства данного материала в процессе обработки. Это относится и к свариваемости: с повышением содержания углерода свариваемость стали ухудшается. Например, хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, в которых количество углерода не превышает 0,25 %; среднеуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,35 % тоже свариваются неплохо. При дальнейшем повышении данного параметра свариваемость сталей заметно ухудшается. Это проявляется в том, что в околошовной зоне образуются закалочные структуры, трещины, а сам шов приобретает пористость.

Чтобы сварное соединение получилось качественным, необходимо прибегать к различным технологическим приемам, об одном из которых уже упоминалось ранее (о введении легирующих компонентов).

Помимо свойств основного металла, для свариваемости имеют значение и другие факторы, а именно:

? вид и режим сварки;

? состав присадок и флюса;

? вид защитного газа (например, для углеродистой стали азот в качестве газовой среды не подходит, поскольку он растворится в металле и вызовет его старение; для меди и цинка такая среда, напротив, благоприятна, так как азот практически не растворяется в легкоплавких металлах).

Для определения свариваемости металлов и сплавов разработано более 150 способов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Свариваемость металлов. Критерии. Факторы. Виды.

В сварных соединениях появляется структурная неоднородность. Эта неоднородность определяется самим металлом. Свариваемость – комплексная характеристика материала, отражающая его реакцию на физикохимические воздействия процесса сварки и определяющая пригодность материала для изготовления сварной конструкции, удовлетворяющей требованиям эксплуатации. Различают физическую свариваемость и технологическую. Под физической свариваемостью понимают способность материала образовывать монолитные соединения за счёт химических связей при том или ином способе сварки. Технологическая свариваемость – техникоэкономический показатель, определяющий возможность получения сварного соединения требуемого качества при наименьших затратах труда и времени.

Факторы снижающие свариваемость:
1) химсостав материала
2) теплофизические свойства
3) механические свойства
4) спец свойства

Критерии свариваемости:
1) окисляемость материала
2) стойкость против образования горячих и холодных трещин
3) склонность к охрупчиванию
4) склонность к порообразованию
5) возможность обеспечения механических и спецсвойств сварного соединения.

Выбор сварочных материалов;
1) сварочный материал должен обеспечивать плотных безпористых швов;
2) сварочный материал должен обеспечивать высокую технологическую прочность (стойкость против образования горячих и холодных трещин).
3) Сварочный материал должен обеспечивать эксплуатационные свойства, т.е. теже механические свойства или спец свойства.

Выбор режимов сварки:
1) Выбираем исходя из требуемых геометрических размеров и удовлетворительно формированию шва.
2) Осуществляем выбор исходя из чувствительности материала термическому циклу сварки (к горячим и холодным трещинам).

 

Свариваемость углеродистых конструкционных сталей.

Стали с содержанием углерода С=0,1÷0,7 % называют углеродистые. Также они содержат: Mn£0,8%; Si£0,4%; S£0,05%; P£0,05%.

Делим на 3 группы:

1) низкоуглеродистые стали С£0.25%
2) среднеуглеродистые стали С=0.26-0.45%
3) высоко углеродистые стали С>0.45

НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

Эти стали очень хорошо варятся, они не подвергаются закалке и поэтому варятся разными методами. Проблем с образованием холодных и горячих трещин не возникает. Только при перегреве в перегретой зоне м/т наблюдаться видманштеттовая структура.

Длоя этих сталей свойственна ферито – перлитная структура, а в видманштеттовой фиритные выделения, выделяющиеся под углом. При сварке толстого, особенно зимой, требуется подогрев свариваемых кромок для снижен6ия сварочных деформаций.

СВАРИАЕМОСТЬ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.

Легированные стали – стали содержащие легирующие элементы или Si и Mn, но в большем количестве чем легированные. Делят на 3 группы:

1) В сумме все легирующие элементы 5%, а одного – 2%
2) Среднелегированные – один легирующий элемент 5%, а сумма всех 10%
3) Высоколегированные >10%.

Легированные стали по структуре, которая наблюдается в нормализированном состоянии, делят:
– перлитные – (низколегированные)
(среднелегированные)
– мартенситные
– ферритные   (высоколегированные)
– аустенитные.

Низкоуглеродистые и низколегированные С£0,23%.

Пример: 09Г2С 09ГС Эти стали обладают хорошей свариваемостью.

10ХСНД, 15ХСНД, 17ГС – Эти стали относят также к низкоуглеродистым, но эти стали более чувствительны к термическому циклу и могут образовывать мартенсит. При сварке такого материала на появление мартенсита не стоит обращать внимание. Но при сварке больших толщин лучше это учесть, и целесообразно вести сварку при большой погонной энергии, тем самым замедлять скорость охлаждения металла.

Свариваемость металлов и сплавов — Студопедия

Свариваемость – это технологическое свойство материала образовывать в процессе сварки соединения, отвечающие конструкционным и эксплуатационным требованиям к ним. При наличии большого разнообразия вышерассмотренных методов сварки, очевидно, что имеется возможность получения сварных соединений большинства материалов. Однако, учитывая, что свойства материалов при сварке могут значительно изменяться, свариваемость является важной комплексной характеристикой материала, помогающей правильно вы-

брать материал, метод, режимы сварки. При оценке свариваемости сплава учитывают степень изменения химического состава и возможность изменения распределения элементов в сварном шве; влияние нагрева на структуру и механические свойства основного материала в околошовной зоне; деформации напряжения и перемещения, связанныесо сварочным процессом; возможность образования горячих и холодных трещин в материале шва и околошовной зоне. Дадим краткую характеристику основным группам сплавов, применяемым в машиностроении. Для сталей основным показателем свариваемости является эквивалентное содержание углерода Сэ, при расчёте которого учитывается содержание основных легирующих элементов.

С С Mn Cr V Mo Ni P э = + + + + + + .

Низкоуглеродистые стали Сэ≤ 0,3 %свариваются хорошо.

Среднеуглеродистые и легированные с Сэ> 0,3 %закаливаются в зоне термического влияния (ЗТВ) в результате резкого охлаждения зоны шва прилегающими слоями холодного металла. Поэтому желательно подогревать заготовки перед сваркой до 100 … 300 °С, чтобы уменьшить скорость охлаждения и возможность образования закалочных структур. Для низколегированных и среднелегированных сталей возможно образование трещин. Основными методами сварки таких сталей является сварка в углекислом газе, аргоне, сварка под флюсом, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая.

Высоколегированные коррозионностойкие стали(Сэ > 10 %) склонны к образованию хрупких структур и резкому разупрочнению зоны шва. Для восстановления первоначальной структуры требуется термообработка (нормалиация и (или) отпуск). Для сталей с аустенитной структурой для уменьшения вредных последствий применяется сварка плавлением на малых энергиях с теплоотводящими подкладками + закалка в воде с 1100 °С (для фиксации аустенитной структуры). Эти стали хорошо варятся контактной сваркой.

Чугунварится плохо. Сварку проводят только при ремонте и заварке дефектов. В результате быстрого нагрева возможно образование белого чугуна в шве, а зона термовлияния может закаливаться. Для устранения этих дефектов производят сварку с предварительным подогревом до 400 … 700 °С (горячая сварка). Используются чугунные электроды d = 8 … 25 мм со специальным покрытием. Для предупреждения появления закалочных структур и снижения остаточных напряжений производят медленное охлаждение вместе с печью. За-

щиту шва от окисления производят флюсом на основе буры (Na2B4O7). В некоторых случаях при заварке малых дефектов используется холодная сварка стальными, медножелезными, медно-никелевыми электродами.

Медь и ее сплавытрудно свариваются, т. к. расплавленная медь легко окисляется и по границам зерен образуется легкоплавкая эвтектика Cu2O-Cu, которая дает хрупкость (горячие трещины). Сплавы активно насыщаются водородом Н2, дающим водородную хрупкость, что приводит к образованию холодных трещин. Высокая теплопроводность требует концентрированного подвода энергии и подогрева. Большая усадка медных сплавов приводит к значительному короблению. Повышенная жидкотекучесть затрудняет оформление наклонных, вертикальных и потолочных швов.Учитывая вышеназванные особенности медных сплавов, рекомендуется их сваривать в защитных газах. Режим выбирается с повышенной плотностью энергии из-за высокой теплопроводности, при толщине δ > 10 мм сварку ведут с подогревом до 300 °С, при δ > 30 мм – применяется плазменная сварка, флюс на основе буры, при δ > 50 мм используется электрошлаковая сварка. Контактной сваркой медные сплавы не свариваются, так как имеют малое электрическое сопротивление и в зоне контакта не происходит нагрева. При сварке латуни испаряется основной компонент Zn. Его пары токсичны, поэтому следует обеспечивать интенсивную вытяжную вентиляцию из зоны сварки. Для обеспечения хорошего качества шва следует сварить латунь в защитных газах или под слоем флюса. Бронзы сваривают как медь, кроме оловянистых, которые сваривают с большой скоростью и без подогрева, чтоб не выплавилось олово.

Алюминий и его сплавы.Сварку затрудняет образование плотной окисной плёнки Al2O3, имеющей очень высокую температуру плавления порядка 2050 °С. Для защиты от окисления сварку производят в атмосфере защитных газов или со спецфлюсами, растворяющими Al2O3: NaCl, KСl, BaCl2, LiF, CaF2. Можно очистить поверхность от оксида щелочью NaOH. Алюминиевые сплавы склонны к образованию газовой пористости под действием водорода, попадающего в зону шва из влажных материалов и оксидной плёнки. Трудно варятся дуралюмины. Рекомендуется сварка неплавящимся электродом при δ = 0,5 … 10 мм и

плавящимся при δ > 10 мм в защитных газах. При сварке нужна большая тепловая мощность, т. к. сплавы алюминия имеют высокую теплопроводность. Чистый алюминий хорошо сваривается холодной сваркой. Тугоплавкие металлы и сплавы(Ti, Zr, Mo, Nb) имеют температуру плавления 2500…3000 °С. При нагреве интенсивно поглощают газы, что резко снижает их пластичность. Zr и Ti варят в аргоне, перед сваркой проволоку и основной металл дегазируют путем отжига в вакууме. Mo и Nb варят в аргоне или электронно-лучевой сваркой в вакууме. Дефекты сварных соединений:непровар, неполный шов, пережог, прожог, пористость, трещины, раковины, наплывы. Контроль сварных соединений:предварительный контроль материалов, контроль режимов сварки, внешний осмотр, рентгеноскопия, γ-излучением, ультразвуковой, магнитный и люминесцентный контроль, механические испытания (растяжение образцов, вырезанных из сварного шва и зоны термовлияния, неразрушающие испытания твердомером), металлографические исследо-

вания, гидравлические или пневматические испытания, керосиновая проба на

герметичность (другая сторона шва покрывается мелом), окончательный кон-

троль изделий.

11.2. Пайка

Пайка– это соединение деталей без их расплавления с помощью припоя, температура плавления которого ниже, чем у основного металла (рис. 11.5). Поверхности предварительно очищают, обезжиривают, удаляют оксиды, применяют флюсы либо защитные газы.

Применяется пайка в печи, в индукторе, погружением в расплав припоя, радиационный нагрев кварцевыми лампами, электронным или лазерным лучом, газопламенными горелками, паяльниками и паяльными лампами. Припои подразделяются на твёрдые (тугоплавкие и достаточно прочные Тпл выше 500 °С, σв ≤ 700МПа) и мягкие, имеющие меньшую температуру плавления и меньшую прочность. Твёрдые припои изготавливают на основе Cu, Ag,

Al, Mg, Ni. Они широко применяются для соединения меди, латуни, бронзы, стали, чугуна и др. сплавов. Флюсы: бура, борная кислота, плавиковый шпат и хлористые металлы. Мягкие припои изготавливают на основе Sn, Рd, Кd, Wi, Zn. Они обеспечивают прочность σв ≤ 100 МПа. Для них используются флюсы: канифоль, Nh5Cl (нашатырь), ZnCl (травленая соляная кислота). Флюсы при пайке защищают место спая от окисления, обеспечивают смачиваемость припоем и растворяют окисную пленку. Для пайки тугоплавких металлов разработа-

ны тугоплавкие припои на основе никеля, титана, палладия. Основные припои: оловянно-свинцовые (t = 210 … 280 °C), медно-цинковые (t = 800 … 890 °С), медно-фосфористые (t = 750 … 869 °С), серебряные (t = 600…

… 875 °С).

Свариваемость металлов. Сварочные работы. Практический справочник

Свариваемость металлов

Свариваемость – это свойство или сочетание свойств металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, которое отвечает всем требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия, т. е. она представляет собой способность одно– и разнородных металлов и сплавов давать такое сварное соединение, которое при определенных условиях (нагрузки, температура, воздействие внешней среды и пр.) не будет разрушаться.

Если металлы и сплавы содержат в своем составе элементы, которые отличаются неограниченной взаимной растворимостью, то они хорошо свариваются и не дают соединений, которые негативно влияют на свойства сварного шва. Это можно сказать, например, о таких парах, как железо и хром, железо и ванадий, молибден и тантал, никель и медь, хром и титан и др. Прекрасно свариваются однородные металлы и сплавы, например медь с медью, чугун с чугуном, сталь со сталью и др.

Если металлы (например, свинец и медь) и сплавы в жидком состоянии дают несмешивающиеся слои, т. е. о них нельзя сказать, что им свойственна высокая взаимная растворимость, то их сварка неосуществима. Это означает, что они настолько разнородны, что взаимная кристаллизация невозможна. С трудом свариваются железо и магний, алюминий и висмут и др. Для облегчения этого процесса в смесь вводятся такие металлы, которые способны взаимно растворяться и с тем, и с другим соединяемым компонентом.

Таким образом, свариваемость металлов и сплавов во многом определяется их химическим составом. В качестве примера рассмотрим железоуглеродистые сплавы, которые в этом плане очень показательны. Свариваемость углеродистой стали определяется содержанием присутствующих в ней примесей. Углерод – один из главных элементов в стали, от которого во многом зависят свойства данного материала в процессе обработки. Это относится и к свариваемости: с повышением содержания углерода свариваемость стали ухудшается. Например, хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, в которых количество углерода не превышает 0,25 %; среднеуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,35 % тоже свариваются неплохо. При дальнейшем повышении данного параметра свариваемость сталей заметно ухудшается. Это проявляется в том, что в околошовной зоне образуются закалочные структуры, трещины, а сам шов приобретает пористость.

Чтобы сварное соединение получилось качественным, необходимо прибегать к различным технологическим приемам, об одном из которых уже упоминалось ранее (о введении легирующих компонентов).

Помимо свойств основного металла, для свариваемости имеют значение и другие факторы, а именно:

– вид и режим сварки;

– состав присадок и флюса;

– вид защитного газа (например, для углеродистой стали азот в качестве газовой среды не подходит, поскольку он растворится в металле и вызовет его старение; для меди и цинка такая среда, напротив, благоприятна, так как азот практически не растворяется в легкоплавких металлах).

Для определения свариваемости металлов и сплавов разработано более 150 способов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Свариваемость металлов и сплавов

входная дверь с зеркалом «Титан Мск»

Способность металлов и сплавов образовывать надежные сварные соединения с заданными свойствами называет­ся свариваемостью.

Не все металлы обладают способностью надежно свариваться обычными методами. Наилучшей сваривае­мостью обладают металлы, образующие друг с другом твердые растворы. Нельзя сваривать методом плавле­ния металлы, не растворяемые друг в друге в твердом состоянии. Для их сварки вводят промежуточный ме­талл, способный растворяться в обоих металлах, или ис­пользуют сварку давлением.

Свариваемость стали. Основным показателем свари­ваемости сталей является их стойкость к образованию хрупких зон с мартенситной структурой и закалочных трещин. Ориентировочно оценивают свариваемость по химическому составу. Склонность стали к трещинообразованию устанавли­вают с помощью эквивалентного     содержания углерода.

Принимают, что при С<0,45% сталь сваривается удовлетворительно, при больших же значениях Ссле­дует применять предварительный подогрев до 600°С, чтобы предотвратить возникновение трещин.

Свариваемость чугуна. Сварка чугуна используется при ремонте (трещины, поломки деталей и др.). Качест­венно выполненное сварное соединение должно обла­дать механической прочностью, плотностью и легко об­рабатываться режущим инструментом. Сварка чугуна затруднена по причинам: 1) образования цементита при быстром охлаждений шва; 2) появлением значительных собственных напряжений в металле шва и околошовной зоне, вызывающих появление трещин, ввиду малой прочности и пластичности чугунов; 3) появлением пор в шве из-за интенсивного газовыделения.

Повышенная жидкотекучесть чугунов позволяет сва­ривать его только в нижнем положении.

Наиболее эффективно предотвращает появление от­беленных участков металла, трещин и пористости подогрев чугуна и замедленное охлаждение его после сварки. К металлургическим средствам воздействия относят: 1) получение в сварном шве феррито — перлитной струк­туры, характерной для малоуглеродистой стали; 2) свя­зывание углерода в дисперсные и более прочные карби­ды, чем цементит, равномерно распределяющиеся в ме­талле; 3) окисление избыточного углерода и его «выжи­гание» при помощи кислородсодержащих компонентов сварочных материалов; 4) получение в сварном шве структуры серого чугуна путем насыщения металла уг­леродом и другими графитообразующими элементами; 5) получение в сварном шве различных сплавов железа с цветными металлами, отличающихся высокой пластич­ностью.

Применяют горячую (с подогревом    до 500—800°С) и холодную (без подогрева) сварку чугуна. В качестве присадочного металла при газовой сварке используют малоуглеродистую проволоку, латунь, чугунные прутки. Для удаления окислов из сварочной ванны применяют флюс, состоящий из 50% буры, 22% углекислого натрия, 28%   поташа.

При холодной электродуговой сварке чугуна важным является предупреждение чрезмерного местного перег­рева металла. С этой целью сварку ведут вразброс, нак­ладывая короткие участки шва в разных местах завари­ваемого дефектного участка. Широкое распространение получила сварка методом «отжигающего шва» стальным электродом. Этот метод применяют при заварке трещин. Прерывистый шов накладывают в сто­роне от трещины, далее вторым или третьим швом приб­лижаются к трещине и заваривают ее. Окончательный «отжигающий шов» кладут для снижения закалочных напряжений и отбела  чугуна.

При сварке чугуна используют медные электроды, монель-металл (30% меди, 70% никеля), железо-медные электроды марки ОЗЧ-1, аустенито-медные электроды марки  АНЧ-1 (состоят из стального стержня, медной оболочки и фтористо-кальциевого покрытия). При горячей сварке чугуна, как правило, используются чугунные электродные стержни.

Свариваемость меди и ее сплавов. Трудность сварки меди заключается в ее высокой теплопроводности (почти в шесть раз больше, чем у стали), что требует более концентрированного нагрева, при этом значительное теп­ловое расширение меди приводит к существенным тепловым деформациям и напряжениям. Медь имеет понижен­ную стойкость к образованию кристаллизационных тре­щин и пор, что объясняется окислением меди при сварке, наличием в свариваемом металле растворенных газов (кислорода и водорода) и других примесей.

Для улучшения свариваемости меди следует: 1) эф­фективно защищать зону сварки от кислорода и водорода с помощью флюсов; 2) раскислять жидкий металл раскислителями — фосфором, цинком, марганцем, крем­нием; 3) применять некоторые технологические приемы для уменьшения вредного действия окисных пленок, нап­ример проковка сварного соединения (при температуре ниже 200 или выше 600°С) для разрушения сплош­ности залегания окисных пленок. К основным нежелате­льным явлениям при сварке латуней   относится   значительная потеря цинка вследствие его испарения и пог­лощения газов жидким металлом. Испарение цинка свя­зано с низкой температурой его кипения 906°С (темпе­ратура плавления 417°С). Потери цинка при газовой сварке достигают 25%, при дуговой 40%. Уменьшение цинка в сварном шве может привести к пористости и понижению прочности, кроме того, выделяющиеся пары ядовиты. При сварке латуни необходимо через приса­дочный материал уравновесить содержание цинка в шве и основном металле.

Свариваемость бронз в значительной степени зависит от их состава. Особые трудности вызывает сварка ли­тейных оловянистых бронз, в которых при перегреве на границах зерен расплавляется избыточное олово, т. е. снижается прочность, что может привести к разрушению изделия даже под действием собственного веса.

Медь при газовой сварке сваривают горелкой увели­ченной мощности. Процесс ведут быстро и в один про­ход. В качестве присадочного металла используют элек­тролитическую медь. Для меди и ее сплавов попользуют флюс следующего состава: 60—70% буры, 10—20% бор­ной кислоты, 20—30% хлористого натрия.

Латунь сваривают окислительным пламенем. В этом случае на поверхности образуется пленка окисла цинка, которая предохраняет цинк от дальнейшего окисления и испарения.

При электродуговой сварке медь и ее сплавы свари­вают угольными или металлическими электродами. При сварке угольными электродами присадочный металл применяют того же состава, что и основной. Флюс состоит из буры и борной кислоты. Сварку ведут постоян­ным током прямой полярности и длинной дугой. При сварке металлическим, электродом стержни покрывают специальной обмазкой. Сварку необходимо вести без перерыва,  быстро и короткой дугой.

Свариваемость алюминия и его сплавов. Основные трудности при сварке алюминия и его сплавов заключа­ются:

1) в появлении-тугоплавкой и плотной окисной плен­ки, которая препятствует сплавлению частиц металла и трудно удаляется из ванны;

2)   в повышенной склонности металла к образованию пор;

3)   в появлении кристаллизационных трещин.

Потеря прочности и вязкости алюминия и его спла­вов при температурах, близких к плавлению, может при­вести к разрушению металла в зоне нагрева под дейст­вием собственного веса.

Удаление образовавшихся окислов с поверхности ме­талла и защита от окисления жидкого металла — одна из важнейших задач при сварке алюминия и его сплавов. Это достигается особыми покрытиями и флюсами. При расплавлении таких покрытий и флюсов создается шлак, в котором происходит растворение окисной плен­ки и ее химическое связывание.

Для предотвращения пористости следует не до­пускать попадания влаги в область сварки. Для повы­шения стойкости алюминия и его сплавов к образова­нию кристаллизационных трещин необходимо стремить­ся к получению мелкозернистой структуры шва.

При газовой сварке следует стальным крючком пери­одически сдвигать пленку окиси алюминия со шва или использовать флюс следующего состава: 28% хлористо­го натрия, 50% хлористого калия, 8% фтористого нат­рия, 14%   хлористого лития.

При дуговой сварке алюминий и его сплавы сварива­ют угольными или металлическими электродами. При­садочный металл и электродный стержень применяют того же состава, что и основной металл. Флюс и обмазка состоят из хлористого натрия, хлористого калия, хло­ристого лития, фтористого натрия. При сварке угольным электродом полярность тока выбирают прямую.

Руководство по типам металлов и сплавов: свойства и использование

Таблица механических свойств обычных типов металлов. Значения зависят от термической обработки, механического состояния или массы металла.

Прочность — это способность металла избегать структурных повреждений за счет устойчивости к внешним напряжениям или нагрузкам. Удельное напряжение, измеряемое в фунтах на квадратный дюйм, является пределом прочности. При испытании на растяжение материал не может разорваться при медленном приложении большой нагрузки.

Самое сильное известное вещество — вольфрам-молибден. Следующими по прочности идут технически чистые металлы, никель и титан.
Чистое железо — более слабый материал. Однако железо, легированное углеродом (также известное как сталь), прочнее всех металлов, кроме вольфрама.

1. 1. Предел прочности :

      Что такое предел прочности на разрыв или предел прочности?

      Прочность на растяжение определяется как максимальная нагрузка при растяжении, которую материал может выдержать до разрушения, или способность материала сопротивляться растяжению под действием противоположных сил.Также известный как предел прочности, это максимальная прочность металла, развиваемая при испытании на растяжение.

      Прочность металла на растяжение — это количество фунтов силы, необходимое для разрыва стержня из материала шириной 1,0 дюйм и толщиной 1,0 дюйма

      Как определяется предел прочности металла при растяжении?

      Поведение металла при действительной растягивающей нагрузке называется испытанием на растяжение. Это испытание позволяет определить предел упругости, уменьшение площади, предел текучести, предел текучести и удлинение металла.Значение присваивается прочности металла (предел прочности на разрыв), выраженное в килопаскалах (кПа) или фунтах на квадратный дюйм (psi). Выражаясь по-другому; Прочность на разрыв — это сила в фунтах, необходимая для того, чтобы взять и разорвать брусок материала шириной 24,5 мм (1 дюйм) и толщиной 25,4 мм (1,0 дюйм)

   2. Прочность на сдвиг :

      Что означает прочность на сдвиг?

      Способность металла сопротивляться разрушению противоположными силами, действующими не по прямой линии, или сопротивляться разрушению противоположными силами, действующими на прямой линии, но не в той же плоскости, является прочностью на сдвиг.

      Прочность на сдвиг — это способность металла противостоять разрушению противодействующими силами, действующими не по прямой линии, или способность материала противостоять разрушению противодействующими силами, действующими по прямой линии, но не в одной плоскости

   3. Усталостная прочность :

      Что такое определение усталостной прочности металла?

      Во время большого количества переворотов максимальная нагрузка, которую материал может выдержать без разрушения, — это усталостная прочность.

      Вращающийся вал, поддерживающий груз, имеет сжимающие усилия в нижней части вала и растягивающие силы в верхней части вала. При вращении вала происходит повторяющееся циклическое изменение прочности на сжатие и растяжение. Конструкция таких конструкций, как крылья самолета, которые подвергаются быстро меняющимся нагрузкам, требует значений усталостной прочности. На усталостную прочность влияют состояние поверхности, микроструктура, холодная обработка и коррозионная среда.

      При частом повторении напряжения некоторые металлы выйдут из строя или разорвутся, даже если достаточное напряжение может не привести к остаточной деформации при непрерывном воздействии в течение относительно короткого времени.Повторение напряжения может происходить в таких местах, как хвостовик перфоратора. Чередование стрессов может привести к отказу быстрее, чем повторение стресса. Под вариациями напряжения понимается попеременное сжатие и растяжение любого материала. Определение усталости — это разрушение сплавов и металлов, которые подвергаются переменным или повторяющимся напряжениям, слишком малым для создания остаточной деформации при статическом воздействии.

   4. Прочность на сжатие :

      Что означает прочность на сжатие?

      Максимальная нагрузка при сжатии, которую материал может выдержать заданную величину деформации, или способность материала выдерживать давления, действующие в заданной плоскости, является прочностью на сжатие.

      Прочность на сжатие как чугуна, так и бетона превышает их предел прочности на растяжение. Для большинства материалов верно обратное.

Способность выдерживать давления в заданной плоскости или максимальную нагрузку при сжатии, которую материал будет выдерживать до того, как заданная величина деформации станет прочностью на сжатие.

Эластичность

Что такое эластичность металла?

Способность металла возвращаться к своему первоначальному размеру, форме и размерам после того, как он потерял форму, растянулся или деформировался, является эластичностью.Точка, в которой начинается необратимое повреждение, — это предел упругости. Точка, когда определенное повреждение происходит при небольшом увеличении нагрузки или без нее, — это предел текучести. Количество фунтов на квадратный дюйм (килопаскали), необходимое для деформации или повреждения до предела текучести, называется пределом текучести.

Что такое модуль упругости?

Отношение внутреннего напряжения к производимой деформации — это модуль упругости. Он выражает жесткость материала.Для стали и большинства металлов это свойство является постоянным, и на него очень мало влияет термическая обработка, горячая или холодная обработка или фактический предел прочности металла.

Что такое закон Гука?

Согласно закону Гука: «Степень, в которой упругое тело изгибается или растягивается, принимая форму, прямо пропорциональна силе (напряжению), действующей на него». Но этот закон применяется только в определенном диапазоне.

Пластичность

Какое определение пластичности металла?

Свойство, которое позволяет металлу без разрыва растягиваться или изменяться, при этом не разрушаясь, называется пластичностью металла.Это способность материала, такого как медь, постоянно растягиваться или вытягиваться без разрушения. Испытание на растяжение может определить пластичность металла путем измерения процента удлинения. Недостаток пластичности — это когда вы не видите необратимых повреждений до того, как металл сломается или потрескается (например, в чугуне).

В частности, способность вытягиваться от большего диаметра к меньшему диаметру проволоки — это пластичность. Эта операция подразумевает как удлинение, так и уменьшение площади.

Пластичность — это способность металла такого типа, как медь, вытягиваться или растягиваться под нагрузкой растяжения и постоянно деформироваться без разрушения или разрыва.

Пластичность

Что такое пластичность металла?

Пластичность — это способность металла, такого как свинец, серебро или золото, сильно деформироваться без разрушения. Пластичность подобна пластичности.

Пластичность вместе с прочностью считается двумя наиболее важными свойствами, которыми может обладать металл.

Ковкость

Ковкость — это способность материала постоянно деформироваться при сжатии без разрушения или разрыва. Именно это свойство позволяет прокатывать и штамповать металлы в тонкие листы.

Ковкость — это свойство металла, когда он может быть деформирован или сжат в прокатные листы

Большинство металлов обладают повышенной ковкостью и пластичностью при более высоких температурах. Например, железо и никель очень пластичны при нагревании до ярко-красного цвета.

Разные металлы не обладают одинаковыми двумя свойствами ковкости и пластичности в одинаковой степени. Олово, серебро, свинец и золото обладают высокой пластичностью. Золото обладает исключительной пластичностью, и его можно свернуть в листы, достаточно тонкие, чтобы пропускать свет. Олово и свинец относительно пластичны, но у них нет прочности на разрыв, необходимой для получения тонкой проволоки.

Уменьшение площади

Это показатель пластичности. Он берется из испытания на растяжение после разрушения путем записи исходной площади поперечного сечения образца в площадь поперечного сечения.

Хрупкость

Свойство, противоположное пластичности или пластичности, — хрупкость. Он может лопнуть при небольшой деформации. Твердые металлы часто бывают хрупкими. Термины не должны быть синонимами или путать. Хрупкий металл — это металл, который не может быть заметно деформирован навсегда, или металл, не обладающий пластичностью.

Хрупкость металла, продемонстрированная неисправностью

Внезапный отказ называют «хрупкостью». Это происходит, когда металл ломается без предупреждения или без постоянно видимой деформации.Когда металл достигает предела упругости, он не имеет большого сопротивления разрыву.

Прочность

Прочность — это сочетание средней пластичности и высокой прочности. Это способность материала или металла сопротивляться разрушению, а также способность противостоять разрушению после того, как повреждение началось. Закаленный металл, такой как холодное долото, может выдержать значительные нагрузки, внезапные, медленные или приложенные, и который будет деформироваться до выхода из строя. Прочность — это способность материала противостоять началу постоянной деформации, а также способность противостоять ударам или поглощать энергию.

Способность материала поглощать энергию, включая энергию как пластической деформации, так и упругости, при постепенно прикладываемой нагрузке, называется ударной вязкостью. Вообще говоря, вязкость относится как к пластичности, так и к прочности. Таким образом, легко деформируемое вещество малой прочности оказывается вязким. Материал высокой прочности, но с небольшой пластичностью, такой как закаленная инструментальная сталь, также не является прочным. Настоящий прочный металл — это такой металл, который быстро распределяет внутри себя как результирующую деформацию, так и напряжение, вызванное быстро приложенной нагрузкой.

Обрабатываемость и свариваемость

Свойство обрабатываемости и свариваемости — это легкость или сложность, с которыми типы металлов поддаются механической обработке или сварке.

Сопротивление

Определение сопротивления истиранию

Сопротивление трению — это сопротивление истиранию.

Накладная износостойкая пластина из карбида хрома для обеспечения устойчивости к истиранию

Определение коррозионной стойкости и усталости

Устойчивость к атмосферному износу или разъеданию, влаге или другим агентам, таким как кислота, является коррозионной стойкостью.

Коррозионно-стойкие алюминиевые панели

Типом усталостного разрушения является коррозионная усталость, при которой предел выносливости снижается из-за коррозии с образованием ямок, которые действуют как центры развития усталостных трещин. Более того, когда усталостные напряжения разрушают любую металлическую защитную пленку, коррозия создает полости, которые распространяются через трещины в пленке, действуя как стрессоры.

Если изношенная металлическая деталь подвергается воздействию коррозионных агентов, таких как масло, которое не было очищено от кислоты или влажной атмосферы, напряжение, необходимое для разрушения, снижается.Удельное напряжение прочной термически обработанной легированной стали, подверженной коррозионной усталости, будет не более, чем относительно слабой конструкционной стали. Важно защитить поверхности материалов, подверженные усталости, от коррозии путем гальванизации и гальваники.

Ударопрочность

Стойкость металла к ударам оценивается по ударной вязкости. Металл может обладать удовлетворительной пластичностью при статических нагрузках, но может разрушиться при динамических нагрузках или ударах. Ударная вязкость металла определяется путем измерения энергии, поглощенной в трещине.

Твердость

Что такое твердость металла?

Способность металла сопротивляться проникновению и износу другим металлом или материалом называется твердостью. Чтобы выдержать тяжелые удары, требуется сочетание прочности и твердости. Твердость металла ограничивает легкость его обработки, поскольку твердость увеличивается с уменьшением ударной вязкости.

Термическая обработка позволяет упрочнить сталь. Причина термообработки стали состоит в том, чтобы сделать сталь более подходящей, структурно и физически, для каждого конкретного применения.

В таблице ниже показана твердость различных металлов.

Твердость — это способность металла сопротивляться износу и проникновению другим металлом или материалом. Чтобы выдержать тяжелые удары, требуется сочетание твердости и прочности.

Продолжение таблицы преобразования твердости металла

Типы металлов: испытания на твердость

• Испытание на твердость по Бринеллю : шар из закаленной стали медленно прижимается известной силой к испытываемой металлической поверхности.Измеряется диаметр вмятины на поверхности. По стандартным таблицам определяется число твердости по Бринеллю (bhn).
• Испытание на твердость по Роквеллу: В этом испытании измеряется любое отклонение между глубиной, на которую контрольная точка вдавливается в металл легкой нагрузкой, и глубиной, на которую она вдавливается тяжелой нагрузкой. Сначала применяется легкая нагрузка. Затем, удерживая деталь в неподвижном состоянии, прикладывается большая нагрузка. Циферблат показывает номер твердости. Буквенные обозначения, такие как B и C по шкале Роквелла, указывают на величину большой нагрузки и тип используемого пенетратора.
• Испытание на твердость склероскопом: Твердость измеряется с помощью молотка с алмазным наконечником, который падает под собственным весом с фиксированной высоты и отскакивает от поверхности. Шкала измеряет отскок от гладкой поверхности.

Механические свойства металлов
(в порядке собственности)

Как определять металлы

Когда вы выбираете типы металлов для использования в производстве, для выполнения механического ремонта или даже для определения того, поддается ли металл сварке, вы должны быть в состоянии определить его основной тип.Некоторые методы полевой идентификации металла могут использоваться для идентификации металлического предмета. Некоторые распространенные методы:

• внешний вид поверхности
• искровое испытание
• чип тест
• магнитный тест
• испытание на твердость

Бесплатные брошюры по типам металлов

Типы металла: характеристики, плюсы и минусы каждого типа, общее применение

Механические свойства металлов: таблица с ранжированием металлов на основе механических свойств

Список литературы

Структура металлов
Иллинойсский университет

Металлы и сплавы
Химические реакции, механизмы, органическая спектроскопия

.

PPT — Свариваемость металлов PowerPoint Presentation, скачать бесплатно

2. Свариваемость металлов Все металлы можно сваривать. Свариваемость — легкость, с которой металл можно правильно сварить. Хорошая свариваемость: практически любой процесс дает приемлемые сварные швы. Плохая свариваемость: используемые процессы ограничены, а подготовка стыков сложна или утомительна.

3. Свариваемость Включает в себя металлургию основного материала и присадочного материала, процесс сварки, конструкцию соединений, подготовку сварных швов, термообработку и многое другое.

4. Классификация и идентификация стали Две основные системы нумерации SAE = Общество автомобильных инженеров AISI = Американский институт железа и стали Почти идентично, за исключением того, что AISI использует букву для обозначения метода производства.

5. Классификация и идентификация стали Обе системы используют ряды из 4 или 5 цифр для определения состава стали. Первая цифра обычно относится к основному типу стали. 1xxx Углерод 2ххх никель 3xxx Никель Хром 4xxx молибден 5xxx Хром 6xxx Хром Ванадий 7xxx Вольфрам 8xxx Никель Хром Ванадий 9xxx Силикомарганец

6.Классификация и идентификация стали Первые две цифры вместе обозначают серию в основной группе сплавов. Последние две цифры обозначают приблизительный допустимый диапазон содержания углерода. пример 1020 1xxx Углеродистая сталь Xx20 20% углерода Буквы AISI C Базовая сталь для мартеновской или электропечи и основной кислород E Электропечи из легированной стали

7. Углеродистые и легированные стали Обычная углеродистая сталь Стали, легированные углеродом с низким содержанием кремния и марганца.Классифицируется по процентному содержанию углерода С низким содержанием углерода Средний углерод Высокий углерод Легированные стали Содержат определенное количество легирующих элементов

8. Низкоуглеродистая и мягкая сталь Низкоуглеродистая Менее 0,15% углерода Мягкая сталь От 0,15% до 0,30% углерода Оба легко свариваются OFW, SMAW, GMAW Для повышения свариваемости GTAW металл необходимо дегазировать.

9. Среднеуглеродистая сталь от 0,30% до 0.50% содержание углерода Повышение свариваемости за счет различных процессов плавления. Если содержание углерода превышает 0,40%, необходим предварительный нагрев и послесварочная обработка. При сварке SMAW используйте электроды с низким содержанием водорода.

10. Высокоуглеродистая сталь с содержанием углерода от 0,50% до 0,90% Трудно сваривать Зона сварки легко становится очень твердой и хрупкой. Во избежание предварительного нагрева

11. Инструментальная сталь с содержанием углерода от 0,8% до 1,50% Очень сложно сваривать Низкий диапазон может быть OFW, но присадочный стержень должен иметь эквивалентное содержание углерода.

12. Сталь с высоким содержанием марганца 12% или более марганца От 1% до 4% углерода Очень трудный Используется для износостойких применений.

13. Низколегированные, высокопрочные стали Популярность растет благодаря высокому соотношению прочности и веса и снижению затрат. Свариваемость высокая, но сильно различается, подробности можно узнать у поставщика.

14. Нержавеющая сталь Состоит из четырех групп сплавов. Аустенитный Ферритный Мартенситный Осадочное твердение Легко сваривается различными типами электродов.Содержание углерода должно быть как можно ниже, чтобы Улучшить свариваемость Уменьшить осаждение карабина При нагревании хром и углерод объединяются с образованием карбида хрома, что снижает коррозионную стойкость.

15. Чугун Очень хрупкий От 2% до 4% углерода Все, кроме белого чугуна, можно сваривать OFW и SMAW самые эффективные сварочные процессы

16. Ремонт Сварка может быть трудной Совместная подготовка Идентификация основного материала Грязь / Загрязнение

.

Свариваемость свободно обрабатываемых марок стали

Q: Я привариваю вал из стали 1141, и в сварном шве появляются трещины. Вы бы этого ожидали? Я использую провод МИГ ER70S-6. Подходит ли этот тип провода? С другой стороны, его вообще можно сварить?

A: Ответы на ваши вопросы: «Я не удивлен», «нет» и «вряд ли». Позвольте мне уточнить. Американский институт чугуна и стали (AISI) и Общество автомобильных инженеров (SAE) сплав серии 1141 (i.е. AISI-SAE 1141) считается термообрабатываемым сортом углеродистой стали с «свободной механической обработкой» (или «свободной резкой»). Типы стали для свободной механической обработки содержат более высокие уровни серы (0,05% или более), фосфора (0,04% или более) или свинца для улучшения обрабатываемости или характеристик обработки. Эти типы сталей будут включать серию сплавов AISI-SAE 11XX (обработка без вторичного серы) и серию сплавов AISI-SAE 12XX (обработка без вторичного серы / фосфорирования) (см. Рисунок 1). Если сталь содержит свинец, он будет обозначаться буквой «L» после первых двух цифр в любом обозначении стали.

Рис. 1: Частичный список сталей AISI-SAE, с указанием марок «свободной обработки»

При резке большинства видов стали на токарном или фрезерном станке стружка имеет тенденцию отрываться длинными скручивающимися прядями. Это может быть обременительно и даже затруднить процесс обработки без стружколома на режущей коронке. В качестве альтернативы, виды стали со свободной механической обработкой с более высоким содержанием серы, фосфора и свинца создают однородные мягкие пятна в микроструктуре металла.Каждый раз, когда режущий инструмент ударяет по мягкому месту, стружка ломается, и металл удаляется небольшими однородными стружками.

Однако то, что хорошо для машиниста, плохо для сварщика. Сера, фосфор и свинец — это сплавы с низкой температурой плавления. При дуговой сварке расплавленный металл шва немедленно начинает затвердевать сначала снаружи, а затем в центре валика. Во время этого процесса затвердевания эти сплавы с более низкой температурой плавления затвердевают последними и, таким образом, имеют тенденцию мигрировать к центру сварного шва.Если эти элементы присутствуют в чрезмерных количествах, это создает высокую концентрацию более мягкого материала в центре валика, что под действием напряжений, возникающих при затвердевании сварного шва, очень часто приводит к растрескиванию по средней линии. Это считается формой горячего растрескивания, так как оно происходит сразу же, пока сварной шов еще горячий. Фактически, в зависимости от конкретного типа, некоторые марки стали для свободной обработки считаются просто несвариваемыми; Это означает, что в результате почти всегда возникает растрескивание сварного шва.Например, обычно любая сталь со свинцом для свободной механической обработки считается несвариваемой. Также обратите внимание, что высокое содержание серы также может вызвать пористость металла шва.

Как правило, следует избегать сварки на стали любых легкообрабатываемых марок. Однако, если это необходимо, без каких-либо гарантий успеха, рекомендуется использовать расходный материал с низким содержанием водорода с базовой системой шлака. Низкое содержание водорода помогает снизить образование сероводородной пористости, а основная система шлака снижает содержание серы и фосфора в металле сварного шва.Для сварки штангой лучшим выбором может быть специальный электрод из нержавеющей стали для трудно свариваемых / чувствительных к растрескиванию сталей, таких как модифицированный тип 312 (например, Lincoln Electric’s Blue Max 2100). Он имеет очень высокую устойчивость к механической обработке сталей или сталей с низким отношением марганца к сере (т.е. <20), что позволяет избежать проблем с горячим растрескиванием, в то время как многие другие типы электродов этого не делают. Среди электродов из углеродистой стали для сварки штангой предпочтительнее электрод E7018, а не E6010, E6011, E6013, E7014 и т. Д.типы. Для порошковой сварки в среде защитных газов предпочтительнее проволока E70T-5 или "T-5", а не проволока типа "T-1" или T-9 ". Для порошковой самозащитной сварки" T " Предпочтительны провода типа «-4», «Т-7» или «Т-8». Процессы TIG и MIG (т.е. процессы с «сплошной проволокой или неизолированными электродами») менее предпочтительны, потому что они не имеют основной системы шлака, которая помогала бы взаимодействовать с более высокими уровнями серы или фосфора в стали, не подвергающейся механической обработке.

.