лей большего сечения - с подогревом). Способ и режим стыковой сварки (табл. 30- 31) выбирают в зависимости от материала, величины и формы поперечного сечения свариваемых заготовок с учетом требований к сварному н.зделию и имеюш,егося оборудования. Для равномерного нагрева и одинаковой пластической деформации обеих заготовок форму и размеры сечения их возле стыка следует выполнять примерно одинаковыми; диаметры не должны различаться более чем на 15%, а толщина - более чем на 10%.

28. Режимы прерывистой шовной сварки низкоуглеродистой стали

Параметр

Толщина заготовок, мм

0,25 -+ 0,S

0,5 + + 0,5

0,75 + + 0,75

1,25 + + 1,25

1,5 + + 1,5

Ширина Контактной поверхности роликов, мм .........

Усилие сжатия, кгс......

Продолжительность включения тока, с..............

Приблизительное число прерываний:

в секунду ..........

на 1 м шва ..........

Сила тока, А ..........

Примерный шаг точек, мм . . .

0,04

500 8000 2

12,5 400

300 0,03

333 13 000 3

386 15 ооо 3,5

450 0,08

252 16 500 3.9

250 17500 4

200 19 ооо 5

29. Режимы сварки сопротивлением круглых или квадратных заготовок из углеродистой стали при давлении осадки 1-3 кгс/мм

81. Припуски (мм) при стыковой сварке оплавлением стержней из низкоуглеоодистых и низколегированных конструкционных сталей (на оба стержня) FUA .ibix

Диаметр стержня, мм

Плоп;адь сечения.

Припуск при сварке с подогревом

общий

на оплавление

на осаДку

Припуск при сварке непрерывным оплавлением

общий

5 10 14 18

22 26

36 40

т т Юо

20 78 154 254 380 530 707 1013 1357 1590 2376 2827 8848 5037 6362 7830

на оплавление

на осадку

9,3 11,2 12,6 15 16 18 20 21 23 25 36 28 33 38

6,5 8,0 9,0 11,2 12,0 13,0 14,5 15,0 16,0 17,5 18,0 19.5 23.0 28,0

2,3 2,8 3,2 3,6 3,8 4,0 5.0 5,5 6,0 7,0 7.5 8,0 8,5 9.0 10,0

6 8 12 16 18 22 35 30 33 37

5,7 9,5 13 14,8 18,5 21,5 26 28,5 31,3

2,0 2,3 2,5 3.0 3.2 3,5 3,5 4,0 4,5 5,5

Примечания: 1. Суммарная установочная длина равна 1,5 диаметра стержня при сварке ни.зкоуглеродистых сталей и 2-2,4 диаметра стержня при сварке низколеги-{ровднных сталей.

2. При наличии зазоров между неровно срезанными торцами надо соответетвеино увеличить общий припуск на сварку (за счет припуска на оплавление).

3. Припуск на осадку под током составляет 40-50% общего припуска на осадку.

Список литературы

I, Каховский Н. Фартушный В. Г., Ющенко К. А. Электродуговая сварка ста Киев, Наукова думка , 1975. 479 с. (Mt 2:,Справо<ник по сварке. Под ред. А. И. Акулова. Т. 4. М., Машиностроение lerii 416 с.

120 С Р сварщика. Под ред. В. В. Степанова. М., Машиностроение , 1974

Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред

о. t. Патона. М., Машиностроение , 1974. 767 с.

5. Технология и оборудование контактной сварки. Под ред. Б. Д. Орлова. М. Мшинаетроение , 1975. 536 с. м , f

30. Наименьшие напряжения (В) холостого хода при стыковой сварке

Глава 6

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ СРЕДНЕ-И ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Конструкционную сталь, применяемую в сварных изделиях, выплавляют в основных и кислых мартеновских и открытых электропечах. Нередко осуществляют рафинирование стали (особенно легированных высокопрочных сталей) жидким синтетическим шлаком (СШ) в ковше, а также электрошлаковым переплавом (ЭШП). В некоторых случаях производят вакуумно-дуговой переплав (ВДП) и выплавку в индукционных печах (ВИ). Рафинирование снижает загрязненность стали неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами, силикатными и т. д.), вредными примесями (серой) и газами, уменьшает число дефектов (волосовины и пористость), что улучшает свариваемость сталей. Однако при этом повышается склонность сталей к росту зерна при нагреве. Поэтому иногда ударная вязкость сварных соединений в зоне термического влияния оказывается ниже, чем у сталей обычной выплавки.

К среднеуглеродистым относят стали, содержащие 0,26-0,45% С. Средне-углеродистые стали отличаются от низкоуглеродистых различным содержанием углерода. Качественные углеродистые стали могут быть с повышенным содержанием марганца (0,7-1,0%). Среднеуглеродистые стали используют в нормализованном состоянии. Для сварно-литых и сварно-кованых конструкций применяют преимущественно стали 35 и 40.

К высокоуглеродистым относятся стали, содержащие 0,46-0,75% С. Они отличаются плохой свариваемостью и их не применяют для изготовления сварных конструкций. Необходимость сварки подобных сталей возникает при ремонтных работах. Химический состав некоторых средне- и высокоуглеродистых качественных конструкционных сталей по ГОСТ 1050-74 и ГОСТ 4543-71 представлен в табл. 1.

1. Химический состав некоторых средне-и высокоуглеродистых сталей

2. Механические свойства некоторых средне-и высокоуглеродистых сталей

Основным легирующим элементом, определяющим механические свойства углеродистых сталей, является углерод. С повышением углерода увеличивается прочность (Ов и От) и снижается пластичность (б, ф, aJ. Чувствительность к пере-

греву и закаливаемости повышается, что снижает свариваемость. Марганец, кремний, сера, фосфор, кислород, водород и азот попадают в металл в процессе производства. Из них активными раскислителями являются марганец и кремний. Сера образует низкотемпературную эвтектику Fe-FeS по границам зерен, что приводит к красноломкости при ковке и прокатке и к горячим трещинам при сварке. Фосфор, растворяясь в феррите, резко снижает пластичность стали и повышает хладноломкость. Содержание серы и фосфора в сталях для сварных изделий не должно превышать 0,035-0,040%.

Кислород, образуя оксидные включения, охрупчивает сталь. Азот, образуя нитриды, также способствует охрупчиванию стали. Азот и кислород при сварке способствуют образованию пористости. Содержание их не должно превышать предела растворимости в данной стали. Водород при высоком содержании вызывает образование внутренних надрывов - флокенов. При охлаждении стали ниже 200° С водород выделяется из твердого раствора и создает внутренние напряжения, приводящие к появлению трещин. Содержание газов в металлах снижается при выплавке и разливке в вакууме.

Механические свойства некоторых углеродистых качественных конструкционных сталей приведены в табл. 2.

К конструкционным легированным будем относить стали, легированные одним или несколькими элементами при суммарном их содержании 2,5-10%, предназначенные для работы при температурах до 500° С.

Для современных легированных сталей характерно многокомпонентное комплексное легирование. Оно более экономично и позволяет получить стали с более высокими механическими свойствами. Механические свойства после упрочняющей термической обработки (закалки -- отпуска) некоторых конструкционных легированных сталей, применяющихся для сварных конструкций, приведены в табл. 3.

3. Механические свойства некоторых конструкционных легированных сталей

Широкое применение легированных сталей в конструкциях связано с их высокой прочностью при сохранении достаточной пластичности и вязкости. Среднелегированные стали, применяемые для сварных конструкций, в основном относятся к перлитному классу. Однако некоторые стали этой группы, содержащие 5-6% легирующих элементов и более, относятся к мартенситному классу (30Х2ГСНВМ, 42Х2ГСНМ, 28ХЗСНМВФА и др.). Высокие механические свойства конструкционных легированных сталей достигаются легированием элементами, упрочняющими феррит и повышающими прокаливаемость стали, и надлежащей термической обработкой, после которой проявляется положительное влияние легирующих элементов. Поэтому стали данной группы характеризуются как хими-

ческим составом, так и видом термической обработки. Стали, предназначенные для изготовления сварных конструкций, подвергают улучшению (закалке с последующим отпуском). При высоких прочностных свойствах легированные стали после соответствующей термической обработки по пластичности и вязкости не уступают, а в некоторых случаях даже превосходят такой пластичный материал, как низкоуглеродистая сталь.

Высокие прочностные и пластические свойства легированных сталей сочетаются с высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние, что и определяет их использование для конструкций, работающих в тяжелых условиях, например при ударных и знакопеременных нагрузках, при низких или высоких температурах и давлениях, в агрессивных средах и пр. Конструкционные легированные стали широко используют для создания облегченных сварных высокопрочных конструкций. Однако не все конструкционные легированные стали хорошо или удовлетворительно свариваются. Чем в большей степени легирована сталь элементами (включая углерод), способствующими образованию хрупкой структуры мартенсита при термическом цикле сварки, тем хуже свариваемость данной стали при прочих равных условиях (метод выплавки, тип соединения, толщина свариваемой детали и т. п.). Например, стали 38Х2МЮА, 30ХН2МФА, 18Х2Н4МА, 38ХНЗМФА и им подобные для сварных конструкций применять не рекомендуется.

Для конструкционных средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей характерной особенностью является образование закалочных структур в шве и зоне термического влияния, создающих опасность хрупкого разрушения. Поэтому для получения надежных сварных соединений при изготовлении изделий из сталей этой группы необходимо выбирать марку стали не только исходя из показателей прочности основного металла, но и с учетом возможности получения необходимых стабильных механических свойств сварных соединений в условиях производства данного конкретного изделия и полной реализации этих свойств при работе конструкции.

В некоторых случаях разрушения происходят вследствие концентрации напряжений, появления значительных по величине остаточных сварочных напряжений и снижения пластичности металла. Эти факторы проявляются сильнее в результате конструктивных недостатков, неправильного выбора материалов для сварных изделий, способов сварки и технологии.

Надежность и долговечность сварных соединений должны являться основными и главными критериями при выборе марки стали и способов изготовления сварных изделий. Б ряде случаев оказывается более целесообразным выбор менее прочной стали, с меньшим содержанием углерода, но более технологичной при сварке. Содержание углерода более 0,30% способствует склонности сталей к перегреву и закалке, образованию горячих и холодных трещин в сварном соединении и пор в металле шва. Для предупреждения этих явлений необходимы усложняющие технологический процесс операции подогрева при сварке и термообработки после сварки.

При изготовлении ответственных сварных изделий из закаливающихся сталей в технологическом процессе должны быть предусмотрены меры, предупреждающие опасность хрупких разрушений: 1) применение основного металла с регламентированным составом и свойствами, в частности спокойной и дополнительно раскисленной стали, низколегированных сталей вакуумно-дугового и электрошлакового переплава и др.; 2) применение методов сварки, обеспечивающих высокие механические свойства металла шва (дуговая сварка тюкрытыми электродами, под флюсом, в защитных газах и др.); 3) применение методов контроля, ограничивающих наличие в сварных швах различных дефектов; 4) правильное конструктивное оформление элементов сварных конструкций (исключение резких переходов от одного сечения к другому, исключение скопления швов, вызывающих объемные сварочные напряжения и повышающих жесткость изделия, предпочтительное применение стыковых швов и др.); 5) повышение требований к качеству сборки (минимальные зазоры и смещения, недопустимость натягов при сборке и др.);

б) применение термической обработки, обеспечивакицей заданные механические свойства сварных соединений и снимающей остаточные напряжения от сварки; f) индустриализация методов производства сварных конструкций, позволяющая обеспечить более высокое и стабильное качество сварочных работ в целом.

общие сведения о свариваемости

Свариваемость конструкционных углеродистых и легированных сталей можно определить как способность стали переносить тепловой режим при том или ином сварочном процессе без образования в соединении участков металла с пониженными пластическими свойствами, способствующими возникновению трещин при сварке конструкций или разрушению сварных соединений в эксплуатации. Рассматриваемая группа материалов относится к закаливающимся сталям, в сварных ссждиненнях которых под действием термического цикла сварки могут образовываться хрупкие и малопластичные зоны в участках, где металл нагревается до тем-тератур выше точки Ас. Распад аустенита при охлаждении в условиях сварочного термического цикла начинается при более низких температурах и в некоторых случаях полностью не заканчивается даже при остывании до Ш С; при этом в структуре металла наряду с мартенситом остается нестабильный остаточный аустенит (в зависимости от уровня легирования).

Стали, склонные к резкой закалке, имеющие в результате термического цикла сварки структуру мартенсита и остаточного аустенита при повышенной концентрации водорода, при воздействии внутренних напряжений чувствительны к образованию холодных трещин. Наиболее часто холодные трещиныобразуются в швах и околошовной зоне среднеуглеродистых и легированных сталей перлитного и мартенситного классов, свариваемых проволокой, состав которой близок к составу основного металла. Холодные (закалочные) трещины возникают как в интервале температур образования мартенсита (250° С и ниже), так и после полного остывания сварного изделия, спустя некоторое, иногда значительное время после сварки (через 24-48 ч). Чем ниже температура распада аустенита, грубее структура мартенсита, выше уровень внутренних сварочных и структурных напряжений, тем вероятнее образование холодных закалочных трещин. С увеличением толщины свариваемого металла возможность образования закалочных трещин возрастает.

Элементы, снижающие температуру 7 -> превращения, усиливают склонность металла к образованию холодных закалочных трещин. К таким элементам прежде всего относится углерод. В среднелегированных сталях температура мартенситного превращения снижается при повышении содержания марганца, никеля, хрома, молибдена и др. О свариваемости применительно к ее чувствительности к закаливаемости ориентировочно судят по коэффициенту эквивалентности по углероду для различных легирующих элементов:

С9=С%

70+ 5 %-f

о/ . Си о/ , Р о/

Стали с эквивалентом по углероду более 0,45 склонны к образованию трещин при сварке. Однако этот критерий не является основанием для неприменения стали в сварной конструкции. При одном и том же показателе С стали с большим содержанием углерода имеют более высокую чувствительность к холодным трещинам, чем сложнолегированные стали с меньшим содержанием углерода. Образование Холодных трещин спустя некоторое время после полного остывания сварного соединения является наиболее неприятным, так как качество изделия теряется после его контроля. Замедленное разрушение связано с фиксированием нестабильного остаточного аустенита в структуре мартенсита при быстром остывании участков сварных соединений, нагревающихся при сварке выше точки Ас. Остаточный аустенит с течением времени распадается при 20° С. Интенсивность этого процесса усиливается при охлаждении ниже 0 С.