Cechy spawania stali o różnych grupach spawalności. Klasyfikacja stali węglowych ze względu na spawalność. Wpływ pierwiastków podstawowych na spawalność stali

Spawalność stali

Głównymi cechami spawalności stali są ich skłonność do pękania i właściwości mechaniczne. spawać.

Ze względu na spawalność stal dzieli się na cztery grupy:

Do grupy 1 obejmują stale, których spawanie można wykonać bez podgrzewania przed spawaniem i w trakcie procesu spawania oraz bez późniejszej obróbki cieplnej. Ale nie wyklucza się stosowania obróbki cieplnej w celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych.

Do grupy 2 obejmują głównie stale spawane w stanie normalnym warunki produkcyjne nie tworzą się pęknięcia, a także stale wymagające podgrzewania, aby zapobiec pęknięciom, stale, które należy poddać wstępnej i późniejszej obróbce cieplnej.

Do grupy 3 obejmują stale podatne na pękanie w normalnych warunkach spawania. Są wstępnie podgrzewane i podgrzewane. Większość stali z tej grupy poddawana jest także obróbce cieplnej po spawaniu.

Do grupy 4 obejmują stale najtrudniejsze do spawania i podatne na pękanie. Muszą być spawane ze wstępną obróbką cieplną, ogrzewaniem podczas procesu spawania i późniejszą obróbką cieplną.

Stale niskowęglowe mają dobrą spawalność. Szkodliwe zanieczyszczenia mogą zmniejszyć spawalność, jeśli ich zawartość przekracza normę. Szkodliwe zanieczyszczenia mogą pogarszać spawalność nawet przy średniej zawartości nieprzekraczającej normy, jeśli tworzą się lokalne nagromadzenia, na przykład w wyniku segregacji. Pierwiastkami szkodliwymi dla spawania stali niskowęglowych mogą być węgiel, fosfor i siarka, przy czym ta ostatnia jest szczególnie podatna na segregację z powstawaniem lokalnych nagromadzeń.

Zanieczyszczenie metalu gazami i wtrąceniami niemetalicznymi może również mieć negatywny wpływ na spawalność. Zanieczyszczenie metalu szkodliwymi zanieczyszczeniami zależy od metody jego produkcji i można to częściowo ocenić na podstawie oznakowania metalu: stal wysokiej jakości jest spawana lepiej niż stal normalna jakość odpowiednia marka; stal z otwartym paleniskiem jest lepsza niż stal Bessemera, a spokojna stal z otwartym paleniskiem jest lepsza niż stal wrząca. Przy wytwarzaniu krytycznych wyrobów spawanych należy wziąć pod uwagę określone różnice w spawalności stali niskowęglowych i uwzględnić je przy wyborze gatunku metalu nieszlachetnego.

Stale węglowe zawierające więcej niż 0,25% węgla mają zmniejszoną spawalność w porównaniu ze stalami niskowęglowymi, przy czym spawalność stopniowo maleje wraz ze wzrostem zawartości węgla. Stale o dużej zawartości węgla łatwo hartują się, co powoduje powstawanie w strefie spawania twardych, kruchych struktur hartowniczych, którym może towarzyszyć powstawanie pęknięć. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wzrasta tendencja metalu do przegrzania w strefie spawania. Zwiększona zawartość węgla nasila proces jego wypalania z utworzeniem gazowego tlenku węgla, który powoduje wrzenie kąpieli i może prowadzić do znacznej porowatości osadzonego metalu.

Przy zawartości węgla większej niż 0,4-0,5% spawanie stali staje się jednym z najtrudniejszych zadań w technologii spawania. Stale węglowe mają na ogół zmniejszoną spawalność i jeśli to możliwe, zaleca się ich zastąpienie niskostopowymi stalami konstrukcyjnymi, które zapewniają tę samą wytrzymałość przy znacznie niższej zawartości węgla ze względu na inne pierwiastki stopowe. Podczas spawania stali węglowych metodą stapiania zwykle nie jest przestrzegana zgodność. skład chemiczny wypełniacze i metale nieszlachetne, próbując uzyskać opończę o wytrzymałości równej wytrzymałości metalu nieszlachetnego w wyniku tworzenia stopów z manganem, krzemem itp. przy obniżonej zawartości węgla.

Spawanie stali węglowych często odbywa się z podgrzaniem i późniejszą obróbką cieplną, a jeśli to możliwe, w wielu przypadkach dąży się do połączenia obróbki cieplnej z procesem spawania, na przykład ze spawaniem gazowym małych części, prasą gazową, zgrzewaniem punktowym , ze zgrzewaniem doczołowym zgrzewanie oporowe itp.

Większość niskostopowych stali konstrukcyjnych ma zadowalającą spawalność. Ze względu na rosnące znaczenie spawania, nowe gatunki niskostopowej stali konstrukcyjnej charakteryzują się ogólnie zadowalającą spawalnością. Jeśli badania próbnych partii stali wykażą niewystarczająco zadowalającą spawalność, producenci zwykle dostosowują skład stali w celu poprawy spawalności. W niektórych przypadkach wymagane jest lekkie podgrzanie stali do temperatury 100-200°C, rzadziej konieczna jest późniejsza obróbka cieplna. W celu wstępnej, przybliżonej oceny jakościowej spawalności stali niskostopowych czasami uciekają się do obliczenia równoważnika węgla na podstawie składu chemicznego stali, stosując następujący wzór empiryczny:

gdzie symbole pierwiastków wskazują ich zawartość procentową w stali. Gdy równoważnik węgla jest mniejszy niż 0,45, spawalność stali można uznać za zadowalającą, ale jeśli równoważnik węgla jest większy niż 0,45, należy podjąć specjalne środki, na przykład podgrzewanie wstępne i późniejszą obróbkę cieplną. Metoda oceny spawalności za pomocą równoważnika węgla ma charakter orientacyjny i nie zawsze daje prawidłowe wyniki.

Pod względem struktury stale niskostopowe należą zwykle do klasy perlitycznej; duża różnorodność składu chemicznego stali niskostopowych powoduje, że bardzo trudno jest uzyskać ten sam skład metali stopionych i nieszlachetnych podczas spawania, co wymaga szerokiej różnorodne materiały wypełniające. Dlatego też, poza pewnymi szczególnymi przypadkami, gdy wymagane jest dopasowanie składu chemicznego metalu podstawowego i napawanego (np. uzyskanie odporności na korozję, odporności na pełzanie itp.), zwykle ograniczają się one do uzyskania niezbędnych właściwości mechaniczne osadzony metal, bez uwzględnienia jego składu chemicznego. Pozwala to na zastosowanie kilku rodzajów materiałów dodatkowych przy spawaniu wielu gatunków stali, co jest istotne praktyczna zaleta. Przykładowo elektrody UONI-13 z powodzeniem spawają dziesiątki gatunków stali węglowych i niskostopowych. W konstrukcjach spawanych zwykle preferuje się stale niskostopowe zamiast stali węglowych o tej samej wytrzymałości. Aby określić potrzebę lekkiego podgrzewania i późniejszego odpuszczania, często bierze się pod uwagę maksymalną twardość metalu w dotkniętej strefie. Jeśli twardość nie przekracza NV 200-250, wówczas nie jest wymagane ogrzewanie i odpuszczanie, przy twardości NV Pożądane jest ogrzewanie lub odpuszczanie w temperaturze 250-300 przy wyższej twardości NV Potrzebnych jest 300-350.

Stale wysokostopowe charakteryzują się dobrą spawalnością i są szeroko stosowane w konstrukcjach spawanych ze stali austenitycznej. Najpowszechniej stosowane są stale austenityczne chromowo-niklowe, na przykład dobrze znana stal nierdzewna 18-8 (18% Cr i 8% Ni). Stale austenityczne chromowo-niklowe stosowane są jako stale nierdzewne, a przy wyższym zawartości stopu, np. zawierającego 25% Cr i 20% Ni, są także stalami żaroodpornymi. Zawartość węgla w stalach austenitycznych chromowo-niklowych powinna być minimalna, nie przekraczająca 0,10-0,15%, w przeciwnym razie mogą wytrącać się węgliki chromu, gwałtownie zmniejszając cenne właściwości stali austenitycznej.

Na części maszyn pracujących na ścieranie, np. na policzki kruszarek do kamienia, a także na przejazdy kolejowe, stosuje się zwykle stosunkowo tanią stal austenityczną manganową zawierającą 13-14% Mn i 1-1,3% C w postaci odlewy.

Spawanie stali austenitycznych powinno z reguły zachować strukturę austenitu w złączu spawanym i cenne właściwości związane z austenitem: wysoką odporność na korozję, wysoką ciągliwość itp. Rozkładowi austenitu towarzyszy wytrącanie się węglików powstałych z nadmiaru węgla uwolniony z roztworu. Rozkładowi austenitu sprzyja ogrzewanie metalu do temperatur poniżej punktu przemiany austenitycznej, zmniejszenie zawartości pierwiastków tworzących austenit, zwiększenie zawartości węgla w niskowęglowych stalach austenitycznych, zanieczyszczenie metalu zanieczyszczeniami itp. Dlatego też, gdy przy spawaniu stali austenitycznych czas nagrzewania i ilość ciepła wejściowego należy ograniczyć do minimum i ewentualnie intensywniej odprowadzać ciepło z miejsca spawania - poprzez podkładki miedziane, chłodzenie wodne itp.

Stal austenityczna przeznaczona do wytwarzania wyrobów spawanych musi być najwyższa jakość przy minimalnej ilości zanieczyszczeń. Ponieważ rozkład austenitu chromowo-niklowego jest spowodowany tworzeniem się i wytrącaniem węglików chromu, odporność austenitu można zwiększyć poprzez wprowadzenie do metalu środków tworzących węgliki silniejszych niż chrom. Nadają się do tego tytan i niob, zwłaszcza pierwszy pierwiastek, którego też nie brakuje. Tytan bardzo mocno wiąże uwolniony węgiel, zapobiegając tworzeniu się węglików chromu, a tym samym zapobiega rozkładowi austenitu. Do spawania zaleca się stosowanie stal austenityczna z niewielką zawartością tytanu. Na przykład nierdzewna austenityczna stal chromowo-niklowa X18N9T typ 18-8 z niewielką ilością tytanu (nie więcej niż 0,8%) ma dobrą spawalność.

Bardziej rygorystyczne wymagania są oczywiście nałożone na metal wypełniający, który musi być austenityczny, najlepiej z pewnym nadmiarem pierwiastków stopowych, biorąc pod uwagę ich możliwe wypalenie podczas spawania oraz z dodatkami stabilizującymi - tytanem lub niobem. GOST 2240-60 zapewnia austenityczny drut dodatkowy do spawania stali nierdzewnych i żaroodpornych. Drut austenityczny jest czasami używany do spawania stali martenzytycznych. Niedobór i wysoki koszt austenitycznego drutu chromowo-niklowego wymuszają rozwój tańszych zamienników.

Stale martenzytyczne, charakteryzujące się dużą wytrzymałością i twardością, znajdują zastosowanie jako stale narzędziowe, stale pancerne itp. Ich spawanie wiąże się ze znanymi trudnościami. Stale łatwo i głęboko hartują się, dlatego po spawaniu zwykle konieczna jest późniejsza obróbka cieplna, polegająca na odpuszczaniu niskim lub wysokim. Często konieczne jest również wstępne podgrzanie produktu. Niezbędna może być wcześniejsza obróbka cieplna produktu przed spawaniem; Pożądane jest możliwie równomierne, drobno rozproszone rozmieszczenie elementów konstrukcyjnych. Podczas spawania często rezygnuje się z podobieństwa stopiwa do metalu nieszlachetnego nie tylko pod względem składu chemicznego, ale także właściwości mechanicznych, starając się przede wszystkim zapewnić zwiększoną plastyczność stopiwa i wyeliminować powstawanie pęknięć w To. W tym celu, kiedy spawanie łukowe Dość często stosuje się na przykład elektrody wykonane ze stali austenitycznej.

Stale węglikowe stosowane są głównie jako stale narzędziowe i w praktyce często przy produkcji i renowacji narzędzi skrawających, matryc itp. często konieczne jest zajmowanie się nie spawaniem, lecz napawaniem tych stali. stale te są w większości obowiązkowe. Do spawania łukowego i napawania stosuje się pręty elektrodowe ze stali stopowych o właściwościach zbliżonych do metalu rodzimego, a także pręty ze stali niskowęglowej z powłokami stopowymi zawierającymi odpowiednie żelazostopy. Po zakończeniu spawania lub napawania zazwyczaj przeprowadza się obróbkę cieplną polegającą na hartowaniu i wyżarzaniu.

Stale ferrytyczne wyróżniają się tym, że powstawanie w nich austenitu jest całkowicie stłumione lub osłabione, gdy wysokie temperatury ze względu na wprowadzenie dużych ilości stabilizatorów ferrytowych. Duże znaczenie praktyczne mają stale ferrytyczne chromowe zawierające 16-30% Cr i nie więcej niż 0,1-0,2% C, które charakteryzują się kwasoodpornością i wyjątkową żaroodpornością. Stale można spawać z materiałem dodatkowym o tym samym składzie lub austenitycznym. Wymagane jest wstępne podgrzanie; Na koniec spawania przeprowadza się długotrwałe wyżarzanie przez kilka godzin, a następnie szybkie chłodzenie.

Literatura

Spawanie, cięcie i lutowanie metali / K.K. Chrenow. M., Inżynieria mechaniczna, 1970, 408 s.
Podręcznik projektanta budowy maszyn. T.3 / V.I. Anuriew. M.: Inżynieria mechaniczna. 2000. 859 s.
Marka stali i stopów / V.G. Sorokin, A.V. Wołosnikowa. – M.: Mashinostroenie, 1989. – 640 s.
Stale narzędziowe. Katalog / Los Angeles Poznyak. M., Metalurgia, 1977, 168 s.

Spawalność stali

SPAWALNOŚĆ METALI I STOPÓW

Romaszkin A.N.

Całość cechy technologiczne metalu nieszlachetnego, które określają jego reakcję na zmiany zachodzące podczas spawania oraz zdolność, przy przyjętym procesie technologicznym, do zapewnienia niezawodnego i ekonomicznego złącza spawanego, łączą się w pojęciu „spawalności”. Spawalność nie jest nieodłączną właściwością metalu lub stopu, taką jak właściwości fizyczne. Oprócz właściwości technologicznych metalu nieszlachetnego, spawalność zależy od metody i trybu spawania, składu dodatkowego metalu, topnika, gazu powłokowego lub osłonowego, konstrukcji spawanego elementu i warunków pracy produktu.

W okres początkowy rozwoju technologii spawania wszystkie materiały i stopy, w zależności od ich zdolności do tworzenia złączy spawanych o wymaganej i dostatecznej jakości, podzielono na te o dobrej, zadowalającej i niezadowalającej spawalności. W przypadku stali cecha ta była głównie związana z zawartością węgla. Współczesna wiedza o naturze procesów spawalniczych pozwala stwierdzić, że podczas zgrzewania można tworzyć złącza spawane o zadowalającej jakości ze wszystkich jednorodnych metali i stopów. Różnica pomiędzy metalami o dobrej i słabej spawalności polega na tym, że do połączenia tych ostatnich wymagana jest bardziej złożona technologia spawania (podgrzewanie, ograniczanie energii spawania, późniejsza obróbka cieplna, zgrzewanie próżniowe, oklejanie krawędzi itp.).

Rosnąca złożoność technologii i stosowanie specjalnych materiałów spawalniczych sprawia, że wytwarzanie konstrukcji spawanych z tych materiałów w wielu przypadkach jest ekonomicznie nieopłacalne. W miarę udoskonalania istniejących procesów spawania i materiałów spawalniczych oraz opracowywania nowych, zmniejsza się liczba metali i stopów, z których wytwarzanie konstrukcji spawanych nie zapewnia niezbędnych parametrów i jest nieekonomiczne.

Na spawalność wpływa przede wszystkim skład chemiczny stopu, struktura fazowa i jej zmiany podczas ogrzewania i chłodzenia, właściwości fizykochemiczne i mechaniczne itp.

Ze względu na dużą liczbę parametrów charakteryzujących materiały podłoża i materiału wypełniającego (elektrody), spawalność jest cechą złożoną, do której zaliczają się:

wrażliwość metalu na utlenianie i tworzenie porów;
zgodność właściwości złącza spawanego z warunkami pracy;
reakcja na cykle termiczne, odporność na pękanie na zimno i na gorąco
itp.

Spośród wymienionych parametrów najważniejsza przy spawaniu i napawaniu stali węglowych i niskostopowych jest odporność na pękanie.

Pęknięcia na gorąco występują najczęściej, gdy odkształcalność metalu słabnie w wyniku pojawienia się niskotopliwych, kruchych eutektyk, defektów w strukturze krystalicznej oraz naprężeń wewnętrznych i zewnętrznych w konstrukcji.

Prawdopodobieństwo pęknięć na gorąco podczas spawania lub napawania można określić za pomocą wskaźnika Wilkinsona (H.C.S):

H.C.S. = 1000∙C∙(S + P + Si/25 + Ni/100)/(3∙Mn + Cr + Mo + V)

Warunkiem pojawienia się pęknięć na gorąco jest H.C.S. > 2. I tak np. podczas konwencjonalnego spawania stali niskostopowej zaczynają pojawiać się pęknięcia w miejscu H.C.S. = 4.

Również skłonność stali do pęknięć na gorąco można scharakteryzować za pomocą kryterium P gt:

R gt = 230∙C + 190∙S + 75∙P - 1

Odporność stali na pęknięcia podczas obróbki cieplnej (HTT) można ocenić za pomocą parametru ΔG:

ΔG = Cr + 3,3∙Mo + 8,1∙V - 2

Gdy ΔG > 0, stal nie jest podatna na pękanie po ponownym podgrzaniu podczas obróbki cieplnej.

Pęknięcia zimne powstają najczęściej na skutek hartowności stali podczas szybkiego schładzania i nasycania wodorem metalu spoiny i strefy wpływu ciepła. Z reguły powstają jakiś czas po spawaniu i napawaniu i rozwijają się przez kilka godzin, a nawet dni.

Do oceny podatności metalu na pojawienie się pęknięć zimnych najczęściej stosuje się równoważnik węgla, który może służyć jako wskaźnik charakteryzujący spawalność we wstępnej ocenie tego ostatniego. W tym celu istnieje wiele równań.

C e = C + Mn/6 + Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2,

gdzie C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P są ułamkami masowymi węgla, manganu, krzemu, chromu, niklu, miedzi, wanadu i fosforu, w %. Zależność ta jest zalecana w GOST 27772 - 88 do oceny spawalności wyrobów walcowanych do konstrukcji budowlanych.

C e = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15,

a japońskie normy są uzależnieniem

C e = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4.

W Rosji najpopularniejszymi i akceptowalnymi stalami stosowanymi w taborze kolejowym są:

C e = C + Mn/6 + Cr/5 + V/5 + Mo/4 + Ni/15 + Ca/15 + Cu/13 + P/2

W tabeli 1 pokazuje klasyfikację stali według spawalności zgodnie z wartością S e oraz środki zapobiegające lub zmniejszające prawdopodobieństwo wystąpienia pęknięć.

Tabela 1 . Klasyfikacja stali ze względu na spawalność

Grupa Stalowa	Spawalność	Odpowiednik C e,%	Środki technologiczne
			ogrzewanie		obróbka cieplna
			przed spawaniem	podczas spawania	przed spawaniem	po spawaniu
1	Dobry	< 0,2	-	-	-	Pożądany
2	Zaspokoi.	0,2 - 0,35	Wymagany	-	Pożądany	Wymagany
3	Ograniczony	0,35 - 0,45	Wymagany	Pożądany	Wymagany	Wymagany
4	Zły	> 0,45	Wymagany	Wymagany	Wymagany	Wymagany

Jeżeli ocena spawalności według wskaźnika Ce wskazuje, że stal jest podatna na pęknięcia na zimno, wówczas konieczne jest zapewnienie wstępnego podgrzania części. Temperaturę ogrzewania (T, °C) można wyznaczyć ze wzoru

T = 350∙(C obr. - 0,25) 0,5

gdzie Cvol oznacza całkowity równoważnik węgla,%.

Do ob = do mi ∙(1 + 0,005∙δ)

gdzie δ jest grubością metalu spawanej części, mm.

Temperatura nagrzewania towarzysząca spawaniu lub napawaniu zależy od materiału, z jakiego wykonany jest wyrób i waha się średnio od 250 do 400°C.

Kolejnym kryterium wskazującym na możliwą kruchość stali w wyniku przemian strukturalnych jest twardość strefy wpływu ciepła. Strefa wpływu ciepła (SWC) to odcinek metalu rodzimego sąsiadujący ze spoiną, w którym metal ulega przekształceniom fazowym i strukturalnym pod wpływem źródła ciepła. Dlatego HAZ ma inną wielkość ziaren i mikrostrukturę niż metal nieszlachetny.

Jeżeli twardość jest większa niż HV 350...400, to struktura SWC zawiera już mieszaninę stałych produktów rozkładu austenitu, które są podatne na powstawanie zimnych pęknięć.

W przypadku konwencjonalnych stali węglowych i niskostopowych możliwą maksymalną wartość twardości w SWC można obliczyć na podstawie składu chemicznego stali:

HV max = 90 + 1050∙С + 47∙Si + 75∙Mn + 30∙Ni + 31∙Cr,

gdzie C, Si, Mn, Ni, Cr są ułamkami masowymi pierwiastków chemicznych,%.

Na powstawanie pęknięć zimnych decydujący wpływ ma wpływ naprężeń własnych rozciągających po spawaniu. Naprężenia te zależą od grubości złącza spawanego, rodzaju złącza spawanego, a zwłaszcza od sztywności spawanej części konstrukcji. Wartość tych naprężeń można wyrazić współczynnikiem intensywności sztywności K, czyli siłą powodującą otwarcie szczeliny w złączu spawanym o długości 1 mm o 1 mm [N/(mm∙mm)]. Współczynnik intensywności sztywności jest równy

gdzie K q = 69 jest stałą; s - grubość blachy, mm.

Tę stałą wartość można wykorzystać do przybliżonych obliczeń złączy doczołowych K dla blach o grubości do 150 mm.

Na podstawie badania wpływu wszystkich trzech głównych czynników (skład, nasycenie gazem, cechy konstrukcyjne) przyczyniających się do powstawania pęknięć zimnych zidentyfikowano kryterium oceny wrażliwości stali na powstawanie takich pęknięć – kryterium powstawania pęknięć (Pc):

P s = P cm + N/60 + 0,25∙K/105,

gdzie H jest ilością wodoru dyfuzyjnego w metalu spoiny; K - współczynnik intensywności sztywności; P cm – współczynnik charakteryzujący kruchość na skutek transformacji strukturalnej, obliczony z równania Ito-Bessio, %:

P cm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + (Mo + V)/15 + 5∙V;

Liczne badania wykazały, że stal jest podatna na pękanie na zimno, jeśli Pc > 0,286.

W zależności od gatunku metalu nieszlachetnego i warunków pracy konstrukcji zmienia się także zestaw wskaźników definiujących pojęcie spawalności. Zatem przez dobrą spawalność stali niskowęglowej przeznaczonej do wytwarzania konstrukcji pracujących pod obciążeniami statycznymi rozumiemy możliwość, przy zastosowaniu konwencjonalnej technologii, uzyskania złącza spawanego o wytrzymałości równej wytrzymałości metalu rodzimego, bez pęknięć w spoinie metalu i bez zmniejszania plastyczności w strefie wpływu ciepła. Metal spoiny i strefy wpływu ciepła w rozpatrywanym przypadku musi być odporny na przejście w stan kruchy w temperaturze pracy konstrukcji i przy koncentracji naprężeń uwarunkowanej kształtem jednostki.

Podczas spawania stali stopowych stosowanych do produkcji sprzętu chemicznego spawalność, oprócz powyższych wskaźników, oznacza również odporność na powstawanie pęknięć i struktur hartowniczych w strefie wpływu ciepła oraz zapewnienie specjalnych właściwości (odporność na korozję, wytrzymałość w wysokie lub niskie temperatury). Przy napawaniu części narażonych na ścieranie szczególne znaczenie nabiera odporność metalu spoiny na erozję, czyli jego stopniowe niszczenie na skutek zużycia mechanicznego.

Analizując spawalność nie można zapominać o tym, że narażenie na działanie znacznych temperatur powoduje mięknięcie stali utwardzanych termicznie. Dlatego przed opracowaniem technologii spawania lub napawania należy określić spawalność metalu podstawowego, dodatkowego i spoiny; prawdopodobieństwo pęknięć; zmiękczenie stopu i zalecić niezbędne środki w celu ograniczenia lub wyeliminowania niepożądanych zjawisk.

Na podstawie analizy ponad 200 binarnych diagramów fazowych dla 23 znanych metali konstrukcyjnych sporządzono prognozę fizycznej spawalności różnych metali ze sobą (rys. 1). To przewidywanie można wykorzystać do wyboru par metali, które mają fizyczną spawalność, a także do doboru pierwiastków stopowych do stopów. Jednak naszym zdaniem, aby uzyskać pojęcie o fizycznej spawalności pary metali, wygodniej i poprawniej jest zastosować koncepcję współczynnika akomodacji wprowadzoną przez Chalmersa.

Fizyczną spawalność różnych metali można również przewidzieć na podstawie wartości ich promieni atomowych i elektroujemności. O wzajemnej rozpuszczalności pierwiastków decyduje podobieństwo sieci krystalicznych rozpuszczalnika i składnika rozpuszczalnego, różnica promieni atomowych składników i wartości elektroujemności.

Aby wyznaczyć granice rozpuszczalności, konstruuje się diagramy rozpuszczalności we współrzędnych „promień atomowy pierwiastka – elektroujemność”. Na tych diagramach zbudowane są dwie elipsy pomocnicze: wewnętrzna - z osią wielką o wartości ± 0,2 jednostki elektroujemności i osią mniejszą o wartości ± 8% różnicy promieni atomowych, oraz zewnętrzna - z osią główną o wartości ± 0,4 elektroujemności jednostek i małą oś ± 15% różnicy promieni atomowych (ryc. 2). W obrębie małej elipsy znajdują się metale, które z danym metalem rozpuszczalnikowym tworzą nieograniczoną liczbę roztworów stałych. Pomiędzy małymi i dużymi elipsami znajdują się metale o ograniczonej rozpuszczalności w metalu osnowy. Poza dużą elipsą współczynniki wartościowości i wielkości są niekorzystne dla tworzenia się roztworów stałych, czyli tworzenia złącza spawanego.

Glin

Być

Płyta CD

Współ

Pon

Uwaga

Odnośnie

sen

Ryż. 1. Przewidywanie możliwości spawania metali różnoimiennych za pomocą diagramów stanu:
X - pary spawalne tworzące związki międzymetaliczne; S - dobrze spawalne pary tworzące roztwory stałe; C - pary spawalne, charakteryzujące się tworzeniem złożonej mikrostruktury; D - nie ma wystarczających danych, do spawania wymagane są specjalne środki; N - brak informacji

Wyjątkiem od opisanej półempirycznej teorii rozpuszczalności są układy metali ogniotrwałych: wolfram-chrom, wanad-chrom i inne, w których można zaobserwować powstawanie faz pośrednich, chociaż ich sieci krystaliczne są podobne, a ich elektroujemność jest korzystna do tworzenia roztworów stałych.

Spawalność fizyczna jest warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym istnienia spawalności funkcjonalnej. Przykładowo, w okresie przemysłowego wprowadzania stopów tytanu, które są ze sobą fizycznie spawalne, pojawiły się problemy technologicznego wsparcia spawalności funkcjonalnej, związane z tworzeniem się warstwy nasyconej gazem (alfa) w warstwach powierzchniowych podczas spawania.

Warunkiem wystarczającym zapewnienia spawalności funkcjonalnej jest spawalność technologiczna.

Spawalność technologiczna to złożona cecha metali i stopów, odzwierciedlająca ich reakcję na proces spawania i określająca względną przydatność techniczną materiałów do spełnienia określonych wymagań. złącza spawane, spełniające warunki ich późniejszej eksploatacji. Pojęcie spawalności technologicznej jest często wykorzystywane w praktyce przy ocenie porównawczej istniejących i opracowywaniu nowych materiałów bez ich bezpośredniego powiązania z określonego gatunku produkty spawane. Im więcej rodzajów spawania można zastosować dla danego metalu i im szersze są granice warunków optymalnych dla każdego rodzaju spawania, zapewniających możliwość uzyskania złączy spawanych o wymaganej jakości, tym lepsza jest jego spawalność technologiczna.

Ryż. 2. Wpływ promienia atomowego i elektroujemności na rozpuszczalność różnych pierwiastków stopowych w stanie stałym w żelazie (a) i niobu (b)

Z reguły znana spawalność technologiczna różnych materiałów jest bankiem danych dla spawalności funkcjonalnej. Na podstawie analizy spawalności technologicznej wybranego materiału konstrukcyjnego dobierane są niezbędne dane zapewniające spawalność funkcjonalną: rodzaj i tryby spawania, materiały dodatkowe do spawania itp.

Spawalność technologiczna zależy od różnych, wzajemnie powiązanych czynników. Można je podzielić na trzy grupy: czynnik materiałowy, czynnik projektowy i czynnik technologiczny.

Wśród tych grup najważniejszy jest czynnik materialny. Na spawalność technologiczną istotny wpływ mają następujące właściwości metalu nieszlachetnego:

skład chemiczny, który określa zakres temperatur krystalizacji; skład fazowy oraz przemiany fazowe i strukturalne podczas etapów nagrzewania i chłodzenia;

ciepły właściwości fizyczne, które określają obszar i stopień zaawansowania procesów przemian zachodzących w materiale pod wpływem cyklu spawania;

właściwości fizykochemiczne określające aktywność reakcji fizykochemicznych w jeziorku spawalniczym i strefie wpływu ciepła;

właściwości mechaniczne, które określają zdolność materiału do wytrzymywania bez zniszczenia wpływów mechanicznych (naprężeń) powstających w wyniku nierównomiernego ogrzewania i chłodzenia, sztywności strukturalnej i innych czynników.

Współczynnik obliczeniowy zależy od rodzaju konstrukcji spawanej. Rodzaj konstrukcji określa kształt i położenie względne elementów spawanych, ich masę i grubość, rodzaj złącza spawanego, formę przygotowania krawędzi do spawania, kolejność złączy spawanych, sztywność konstrukcji spawanej, naprężenia stan elementów tej konstrukcji przed montażem, położenie przestrzenne spoiny itp.

Czynnik technologiczny określa spawalność metali w zależności od rodzaju i sposobu spawania, składu zastosowanych elektrod, drutu spawalniczego, topnika, gazów osłonowych, temperatury środowisko, charakter przygotowania części do spawania itp.

W porównaniu do innych procesy technologiczne Aby otrzymać produkty, proces spawania posiada specyficzne cechy, które w większym stopniu wpływają na właściwości przetwarzanego materiału. Należą do nich cechy efektów cieplnych, występowanie procesów metalurgicznych i efektów mechanicznych.

Cechy efektów termicznych to:

nierównomierne nagrzewanie (gradient temperatury podczas spawania, w zależności od rodzaju spawania, waha się od setek stopni do kilku tysięcy stopni na milimetr);

wysokie temperatury nagrzewania w strefie działania źródła ciepła, osiągające temperaturę wrzenia materiału, np. podczas spawania laserowego;

wysokie szybkości ogrzewania i chłodzenia (od dziesiątek do tysięcy stopni na sekundę).

Procesy metalurgiczne zachodzące w jeziorku spawalniczym również mają swoją charakterystykę:

duża powierzchnia roztopionego metalu w stosunku do jego objętości (0,5-100 mm -1); określa to istotny wpływ reakcji zachodzących na powierzchni jeziorka spawalniczego na zmianę właściwości metalu w całej objętości spoiny;

stosunkowo niewielka masa roztopionego metalu (od kilku kilogramów przy spawaniu elektrożużlowym do setnych grama przy spawaniu mikroczęści);

działanie procesów chemicznych i fizycznych interakcji roztopionego metalu z otoczeniem i materiałami spawalniczymi, w dużej mierze wywołane wysoką temperaturą.

Cechy uderzenia mechanicznego obejmują:

występowanie naprężeń w złączach spawanych, osiągających w wielu przypadkach granicę plastyczności;

wpływ na złącze spawane naprężeń własnych, które istniały w konstrukcji przed spawaniem.

Rozważany zespół czynników wpływających na spawalność powoduje niepożądane konsekwencje:

wyraźna różnica w składzie chemicznym, właściwościach mechanicznych i strukturze metalu spoiny od składu chemicznego, struktury i właściwości metalu nieszlachetnego;

zmiany w strukturze i właściwościach metalu nieszlachetnego w strefie wpływu ciepła;

występowanie znacznych naprężeń w konstrukcjach spawanych, prowadzących w niektórych przypadkach do powstawania pęknięć;

powstawanie podczas procesu spawania ogniotrwałych, trudnych do usunięcia tlenków, które utrudniają proces, zanieczyszczają metal spoiny i obniżają jego jakość;

powstawanie porowatości i kieszeni gazowych w osadzonym metalu, naruszających gęstość i wytrzymałość złącza spawanego.

Aby zminimalizować niekorzystne zmiany właściwości złączy spawanych i wyeliminować w nich wady, przeprowadza się specjalne środki technologiczne:

stosują cykl spawania termicznego, który eliminuje tworzenie się struktur hartowniczych (wstępne i jednoczesne nagrzewanie, spawanie na krótkich odcinkach itp.);

w celu zmniejszenia zawartości wodoru w metalu złącza spawanego poprawiają ochronę metalu jeziorka spawalniczego, starannie przygotowują powierzchnię spawanych krawędzi i materiałów spawalniczych, stosują topniki i powłoki elektrod o niskiej zawartości wodoru itp. .;

przeprowadzić obróbkę cieplną złącza spawanego bezpośrednio po spawaniu (normalizacja, hartowanie i odpuszczanie itp.);

stosować metody technologiczne zmniejszające naprężenia własne (spawanie kaskadowe, stosowanie urządzeń wytwarzających naprężenia ściskające itp.)

Spawalność stali jest cechą wskazującą na możliwość spawania metalu o zadowalających właściwościach mechanicznych bez powstawania pęknięć. Oddzielny cztery grupy spawalności stali:

dobra spawalność
zadowalająca spawalność
ograniczona spawalność
słaba spawalność

Zwykle stale o niskiej zawartości węgla mają dobrą spawalność, podczas gdy stale o wysokiej zawartości węgla mają ograniczoną lub słabą spawalność.

Grupa spawalności 1 - stale dobrze spawalne

Stale należące do grupy 1 można spawać bez ogrzewania i bez obowiązkowej późniejszej obróbki cieplnej, stosuje się je tylko wtedy, gdy konieczne jest złagodzenie naprężeń wewnętrznych metalu po spawaniu.

Stale dobrze spawalne obejmują stale St1, St2, St3, St4, stal 08, 10, 15, 20, stale 15G, 15Kh, 20G, 20Kh, 20KhGSA, 12KhN2, 12Kh18N9T, 08Kh18N10 i wiele innych gatunków stali niskowęglowej.

Grupa spawalności 2 - stale spawalne

Stale należące do grupy 2 przy wtapianiu normalne warunki nie są podatne na powstawanie pęknięć na szwach, a także stale wymagające wstępnego nagrzania i późniejszej obróbki cieplnej w celu uzyskania zadowalających właściwości spoiny.

Stale drugiej grupy obejmują St4ps, St5Sp, stal 30, 35,30L, 35L, 12Х2Н4А, 20ХН3А.

Grupa spawalności 3 - stale o ograniczonej spawalności

Stale grupy 3 są podatne na pęknięcia na szwach. Aby zapobiec powstawaniu pęknięć, stale grupy 3 są podgrzewane i poddawane obróbce cieplnej po spawaniu.

Grupa o ograniczonej spawalności obejmuje stale 40, 45, 50 St6ps, 17Х18Н9, 12Х18Н9, 20Х2Н4А 30ХМ, 30ХГС, 33ХС.

Grupa spawalności 4 - stale słabo spawalne

Stale grupy 4 są trudne do spawania, często powstają pęknięcia na szwach, należy je podgrzać przed spawaniem i podczas procesu spawania. Obróbka cieplna jest również wymagana po spawaniu.

Grupa 4 obejmuje stale narzędziowe niestopowe U7, U8, U8A, U8G, U9, U10, U11, U12, 40G, stopową stal konstrukcyjną 45G, 50G, 50X, 50KhG, 50KhGA, stal 55L, 65, 75, 85, 60G, 65G, 70G, 55S2, 55SA, 60S2, 60 S2A, Х12, Х12М, 7Х3, 8Х3, ХВГ, ХВ4, 5ХГМ, 6ХВГ.

Tabela spawalności stali.

Spawalność różnych gatunków stali

Przyjrzyjmy się spawalności najpopularniejszych gatunków stali.

Spawalność stali 09g2s i St3

Stale St3 GOST 380-94 i 09g2s GOST 19281-89 należą do grupy 1; ich spawanie nie wymaga ogrzewania. Przy zastosowaniu tej technologii spoina nie jest podatna na pękanie.

Spawalność stali 10 i 20

Stal 10 i stal 20 GOST 1050-88 należą do grupy spawalności 1. Części wykonane z określonych gatunków stali są dobrze spawane bez dodatkowego ogrzewania.

Spawalność stali 45

Stal węglowa 45 GOST 1050-88 należy do 3 grupy spawalności. Do spawania stal tę należy podgrzać, a po spawaniu poddać obróbce cieplnej.

28 kwietnia 2017 r

Klasyfikacja spawalności stali

Głównym materiałem konstrukcyjnym jest stal, która jest stopem żelaza z węglem i różnymi zanieczyszczeniami. Wszystkie elementy tworzące wyroby stalowe wpływają na ich właściwości (w szczególności na spawalność stali).

Głównym wskaźnikiem spawalności jest ekwiwalent węgla, który jest oznaczony jako Seq. Ten współczynnik warunkowy uwzględnia poziom wpływu składników węglowych i stopowych na właściwości spoiny.

Czynniki wpływające na spawalność stali:

Grubość próbki metalu
Objętość szkodliwych zanieczyszczeń
Warunki środowiska
Pojemność węgla
Poziom stopu
Mikrostruktura

Głównym parametrem informacyjnym jest skład chemiczny materiału.

Grupy spawalności

Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe kryteria, spawalność można podzielić na grupy o różnych właściwościach.

Klasyfikacja metali według spawalności:

Dobrze – współczynnik Sek wynosi co najmniej 0,25% – dla wyrobów wykonanych ze stali niskowęglowych, niezależnie od warunków atmosferycznych, grubości wyrobu i wstępnego przygotowania.

Dostateczny – współczynnik Sek mieści się w przedziale 0,25-0,35%. Ograniczenia: od średnicy spawanego produktu, warunki środowisko naturalne. Grubość materiału jest dozwolona nie większa niż 2 cm, temperatura powietrza nie powinna być niższa niż minus 5 stopni, spokojna pogoda.
Ograniczone – współczynnik Sekv w zakresie 0,350-0,45%. Aby utworzyć wysokiej jakości połączenie spawane, wymagane jest wstępne podgrzanie materiału. Zabieg ten jest niezbędny do „gładkiej” przemiany austenitycznej i powstania stabilnych struktur (bainit, ferryt-perlit).
Źle – współczynnik Sek wynosi około 45% (stal 45). W w tym przypadku Niemożliwe jest zapewnienie stabilności złącza spawalniczego bez wstępnego podgrzania metalowych krawędzi i obróbki cieplnej gotowej konstrukcji. Aby stworzyć wymaganą mikrostrukturę, konieczne jest dodatkowe ogrzewanie i chłodzenie.

Grupy spawalnicze dają możliwość zrozumienia specyfiki technologicznej spawania stopów żelazowo-węglowych określonych gatunków.

W zależności od kategorii i parametrów technologicznych właściwości złączy spawanych można regulować poprzez kolejne oddziaływania temperaturowe. Obróbkę cieplną można przeprowadzić na kilka sposobów: odpuszczanie, hartowanie, normalizowanie, wyżarzanie. Najpopularniejsze to hartowanie i odpuszczanie. Takie procedury zwiększają twardość, a co za tym idzie, wytrzymałość złącza spawanego, zapobiegają powstawaniu pęknięć w materiale i łagodzą naprężenia. Szybkość odpuszczania będzie zależeć od pożądanych właściwości materiału.

Jak zanieczyszczenia stopowe wpływają na spawalność?

Wpływ głównych pierwiastków stopowych na spawalność stali

Fosfor i siarka są szkodliwymi zanieczyszczeniami. Zawartość tych pierwiastków chemicznych w stalach niskowęglowych wynosi 0,4-0,5%.

Węgiel jest ważnym składnikiem składu stopów, który określa takie wskaźniki, jak hartowność, ciągliwość, wytrzymałość i inne właściwości materiału. Zawartość węgla w granicach 0,25% nie ma wpływu na jakość spawania. Obecność powyżej 0,25% tej substancji chemicznej. element przyczynia się do powstawania złączy twardniejących, stref wpływu ciepła i powstawania pęknięć.

Miedź. Zawartość miedzi jako domieszki wynosi nie więcej niż 0,3%, jako dodatek do stali niskostopowych - w zakresie 0,15-0,50%, jako składnik stopowy - nie więcej niż jeden procent. Miedź poprawia odporność metalu na korozję bez pogarszania jakości spawania.

Mangan. Zawartość manganu do jednego procenta nie komplikuje procesu spawania. Jeżeli zawartość manganu wynosi 1,8-2,5%, nie można wykluczyć powstania struktur utwardzających, pęknięć i stref wpływu ciepła.

Krzem. Ten pierwiastek chemiczny występuje w metalu jako zanieczyszczenie - 0,30 proc. Ta ilość krzemu nie wpływa na jakość metalowego połączenia. Jeśli krzem jest obecny w ilości 0,8-1,5%, pełni on rolę składnika stopowego. W takim przypadku istnieje możliwość tworzenia się ogniotrwałych tlenków, które pogarszają jakość połączenia metalowego.

Nikiel, podobnie jak chrom, występuje w stalach niskowęglowych, jego zawartość wynosi do 0,3%. W metalach niskostopowych nikiel może wynosić około 5%, w metalach wysokostopowych - około 35 procent. Składnik chemiczny zwiększa plastyczność i wytrzymałość metalu oraz poprawia jakość połączeń spawanych.

Chrom. Ilość tego składnika w stalach niskowęglowych jest ograniczona do 0,3 proc., jego zawartość w metalach niskostopowych może mieścić się w przedziale 0,7-3,5%, metalach stopowych - 12-18 proc., metalach wysokostopowych - około 35%. . W czasie spawania chrom sprzyja tworzeniu się węglików, które znacznie pogarszają odporność metalu na korozję. Chrom sprzyja tworzeniu się ogniotrwałych tlenków, które negatywnie wpływają na jakość spawania.

Molibden. Obecność tego pierwiastka chemicznego w metalu jest ograniczona do 0,8%. Taka ilość molibdenu wpływa pozytywnie na cechy wytrzymałościowe stopu, jednak podczas procesu spawania element wypala się, w wyniku czego w obszarze osadzonego produktu powstają pęknięcia.

Wanad. Zawartość tego pierwiastka w stalach stopowych może wynosić od 0,2 do 0,8 proc. Wanad pomaga zwiększyć plastyczność i lepkość metalu, poprawia jego strukturę i zwiększa wskaźnik hartowności.

Niob, tytan. Te składniki chemiczne zawarte są w metalach żaroodpornych i odpornych na korozję, ich stężenie nie przekracza jednego procenta. Niob i tytan zmniejszają wrażliwość stopu metalu na korozję międzykrystaliczną.

Konkluzja

Spawalność stali uważa się za wskaźnik porównawczy, zależny od składu chemicznego, właściwości fizycznych i mikrostruktury materiału. Jednocześnie możliwość tworzenia wysokiej jakości złączy spawanych można regulować dzięki przemyślanemu podejściu technologicznemu, spełnieniu wymagań dotyczących spawania oraz dostępności nowoczesnego sprzętu specjalnego.

Podczas procesu spawania właściwości złączy spawanych muszą odpowiadać właściwościom metalu nieszlachetnego. Zgodność tę ocenia się za pomocą cechy zwanej spawalnością. Spawalność to złożona cecha technologiczna metali i stopów, wyrażająca ich reakcję na proces spawania.

Spawalność– zdolność spawanych metali i metalu spoiny do tworzenia złącza spawanego spełniającego wymagania projektowe i eksploatacyjne. Złącze spawane nie powinno posiadać pęknięć ani obszarów metalowych o obniżonych właściwościach plastycznych. Pojawienie się pęknięć i zmniejszenie właściwości plastycznych może prowadzić do zniszczenia połączeń spawanych podczas pracy.

Spawalność - zdolność spawanych metali do tworzenia złącza spawanego spełniającego wymagania projektowe i operacyjne

Jeżeli spawane metale tworzą złącze spawane spełniające wymagania projektowe, technologiczne i eksploatacyjne, to są dobrze zespawane.

Wyróżnić fizyczny I techniczny spawalność.

Fizyczny spawalność– właściwość materiałów, z których można utworzyć monolityczne złącze spawane chemiczny Komunikacja. Wszystkie praktycznie czyste metale mają taką spawalność.

Techniczny spawalność– charakterystyka technologiczna stali, która określa jej reakcję na wpływ procesu spawania i zdolność do tworzenia złącza spawanego o określonych właściwościach użytkowych.

Ilościowym wskaźnikiem spawalności jest równoważna zawartość węgla, którą określa się zgodnie z GOST 27772-88 za pomocą wzoru (3.2). We wzorze udział wpływu każdego pierwiastka stopowego na spawalność stali (procent każdego pierwiastka pomnożony przez współczynnik podany we wzorze) sumuje się z procentową zawartością węgla w spawanej stali.

t to grubość spawanego metalu.

Jeśli S e 0,25%, wówczas w strefie wpływu ciepła nie występują pęknięcia, a spawalność uważa się za dobrą.

Jeśli C e = 0,25–0,35%, wówczas spawalność jest zadowalająca. Mogą wystąpić pęknięcia i należy zastosować wstępne podgrzanie, aby temu zapobiec. Spawanie bez podgrzewania jest dozwolone przy grubości metalu do 10 mm.

Jeśli C e = 0,35–0,4%, wówczas spawalność jest ograniczona.

Wymagane jest ogrzewanie wstępne i dodatkowe.

Jeśli Se > 0,4%, wówczas stali nie można spawać konwencjonalnymi metodami zgrzewania.

Wszystkie stale niskowęglowe, które zawierają mniej węgla 0,25%, dobrze spawać. Zapewnia to jednakową wytrzymałość złącza spawanego, a szwy są wystarczająco odporne na pękanie.

Stale niskostopowe stosowane w budownictwie również dobrze się spawają, posiadają niezbędną odporność na pękanie oraz posiadają niezbędne właściwości mechaniczne złączy spawanych po spawaniu.

Podczas spawania stali wzmacnianych cieplnie struktura metalu powstająca podczas obróbki cieplnej zostaje zakłócona. Uzyskanie połączenia o jednakowej wytrzymałości podczas spawania takich stali powoduje pewne trudności i wymaga specjalnych technik technologicznych.

W celu dokładniejszej oceny spawalności stosuje się zestaw wskaźników spawalności. Wartość każdego wskaźnika uzyskaną podczas badania złącza spawanego porównuje się ze standardową wartością tego samego wskaźnika

Wskaźniki spawalności określają przydatność techniczną stali i stopów do procesu spawania.

W skład tego kompleksu wchodzą następujące elementy główne wskaźniki spawalności:

odporność na pękanie na gorąco (patrz punkt 4.3.2);
odporność na pękanie na zimno (patrz p. 4.3.2);
wrażliwość stali na termiczne skutki spawania;
utlenianie stali podczas nagrzewania spawalniczego;
wrażliwość na tworzenie się porów;
statyczna wytrzymałość na rozciąganie metalu spoiny lub złącza spawanego jako całości;
udarność metalu spoiny lub złącza spawanego jako całości;
odporność na korozję;
odporność na sztuczne starzenie.

Ponadto zestaw wskaźników obejmuje Analiza chemiczna metalu spoiny i strefy wpływu ciepła, a także analiza ich makro i mikrostruktury.

Jeżeli chociaż jeden wskaźnik spawalności nie spełnia wymagań, wówczas uznaje się, że metal ma słabą spawalność dla danej metody spawania i przyjętej technologii.

Należy zaznaczyć, że stale stopowe i wysokostopowe, średniowęglowe i wysokowęglowe są bardziej podatne na powstawanie pęknięć na gorąco i na zimno. Stale stosowane w budownictwie dobrze się spawają, posiadają niezbędną odporność na powstawanie pęknięć na gorąco i na zimno oraz posiadają niezbędne właściwości mechaniczne złączy spawanych po spawaniu.

Stale stosowane w budownictwie dobrze się spawają, nie tworzą się pęknięcia na gorąco i na zimno, a po spawaniu posiadają niezbędne właściwości mechaniczne złączy spawanych.

Spawalność- właściwość metalu lub kombinacji metali pozwalająca na utworzenie, przy ustalonej technologii spawania, połączenia spełniającego wymagania określone przez konstrukcję i działanie produktu.

Spawalność stali w dużej mierze zależy od stopnia jej stopowania, struktury i zawartości węgla. Największy wpływ na spawalność ma węgiel. Im większa jego zawartość w stali, tym większe prawdopodobieństwo powstania pęknięć zimnych lub gorących, tym trudniej jest zapewnić jednakową wytrzymałość złącza spawanego i metalu rodzimego.

Ilościowym wskaźnikiem spawalności stali jest równoważna zawartość węgla, określona wzorem

Ze względu na spawalność stale dzieli się na cztery grupy, które charakteryzują się dobrą, zadowalającą, ograniczoną i słabą spawalnością.

Klasyfikację głównych gatunków stali według spawalności podano w tabeli. 7.1.

Tabela 7.1
Klasyfikacja stali ze względu na spawalność

DO pierwsza grupa Należą do nich stale, w których Ceq nie przekracza 0,25%. Są spawane w dowolnym trybie bez ogrzewania i późniejszej obróbki cieplnej. Jakość połączeń spawanych jest wysoka.

W druga grupa obejmuje stale o ekwiwalencie C w zakresie 0,25...0,35%. Aby uzyskać wysokiej jakości złącza spawane tych stali, należy ściśle przestrzegać optymalnych warunków spawania, stosować specjalne materiały dodatkowe i topniki oraz starannie przygotować krawędzie do spawania. W niektórych przypadkach wymagane jest wstępne podgrzanie do temperatury 100...150°C, a następnie obróbka cieplna.

DO trzecia grupa Należą do nich stale, dla których wartości SEQ mieszczą się w przedziale 0,35...0,45%. Ich zgrzewanie odbywa się z wygrzaniem do temperatury 250... 400°C i późniejszym odpuszczaniem.

Czwarta grupa to stale o zawartości Ceq powyżej 0,45%. Stale tej grupy są bardzo trudne do spawania. Ich spawanie wymaga wstępnej wysokiej temperatury, a w niektórych przypadkach jednoczesnego ogrzewania z późniejszą obróbką cieplną - wysokim odpuszczaniem lub normalizacją.

Pytania kontrolne

Ile stref ma płomień acetylenowo-tlenowy?
Jakiego gazu występuje w nadmiarze w płomieniu utleniającym?
Nazwij rodzaj płomienia używanego podczas spawania wyrobów żeliwnych.
Jak regulowana jest moc cieplna płomienia?
Dlaczego strefę, w której prowadzone jest spawanie, nazywa się strefą regeneracji?
Jakie pierwiastki chemiczne są środkami odtleniającymi?
Dlaczego nadmierne nagrzewanie metalu nieszlachetnego podczas spawania jest niebezpieczne?
Wymień sposoby eliminacji odkształceń podczas spawania.
Jak określa się spawalność stali?
Które stale mają dobrą spawalność?

Spawalność odnosi się do zdolności stali o danym składzie chemicznym do wytworzenia, po spawaniu w taki czy inny sposób, wysokiej jakości złącza spawanego bez pęknięć, porów i innych wad. Skład chemiczny stali określa jej strukturę i właściwości fizyczne, które mogą zmieniać się pod wpływem nagrzewania i chłodzenia metalu podczas spawania. Na spawalność stali wpływa zawartość w niej węgla i pierwiastków stopowych. Aby wstępnie ocenić spawalność stali o znanym składzie chemicznym, równoważną zawartość węgla można obliczyć ze wzoru

Ze względu na spawalność wszystkie stale można podzielić na cztery grupy:

1. Dobrze zespawany o współczynniku nie większym niż 0,25. Stale te nie pękają podczas spawania w zwykły sposób, to znaczy bez wstępnego i jednoczesnego ogrzewania i późniejszej obróbki cieplnej.

2. Dostatecznie spawalny, w którym C eq mieści się w zakresie 0,25-0,35; pozwalają na spawanie bez pęknięć tylko w normalnych warunkach produkcyjnych, tj. w temperaturze otoczenia powyżej 0°C, przy braku wiatru itp.

Do tej grupy zaliczają się także stale wymagające podgrzania lub wstępnej i późniejszej obróbki cieplnej, aby zapobiec powstaniu pęknięć podczas spawania w warunkach odbiegających od normalnych (w temperaturach poniżej 0°C, przy wietrze itp.).

3. Ograniczona spawalność, w której C eq mieści się w zakresie 0,35-0,45; są podatne na pękanie podczas spawania w normalnych warunkach. Podczas spawania takich stali konieczna jest wstępna obróbka cieplna i ogrzewanie. Większość stali z tej grupy po spawaniu poddawana jest obróbce cieplnej.

4. Słabo spawalne, w którym C eq jest wyższe niż 0,45; Takie stale są podatne na pękanie podczas spawania.

Można je łączyć jedynie poprzez wstępną obróbkę cieplną, nagrzewanie w procesie spawania i późniejszą obróbkę cieplną. Do metalu o małej grubości wartość graniczna Za pomocą eq można go zwiększyć do 0,55. Przyjmuje się, że temperatura wstępnego podgrzewania stali niskostopowych w zależności od wartości Ceq wynosi:

Podgrzewanie wstępne spowalnia chłodzenie i zapobiega powstawaniu pęknięć zimnych podczas spawania.

Spawalność stali określa się również za pomocą różnych testów. Za pomocą badań określa się, czy podczas spawania danej stali w stopiwie i strefie wpływu ciepła nie pojawiają się struktury kruche, które przyczyniają się do powstawania pęknięć.

Najprostsza jest próba technologiczna, podczas której prostokątna płyta jest zespawana z badaną blachą stalową za pomocą jednostronnej spoiny pachwinowej (rys. 127, a). Po schłodzeniu w spokojnym powietrzu płytę powala się młotkiem, niszcząc szew od strony górnej. Jeżeli w pobliżu szwu zostaną znalezione ślady wcześniej powstałych pęknięć lub zniszczeń w postaci wyrwań metalu rodzimego, oznacza to, że stal ma ograniczoną spawalność i wymaga wstępnego podgrzania, a następnie obróbki cieplnej.

Tendencję grubszej stali do pęknięć zimnych można sprawdzić poprzez rozbicie metodą Zakładu Kirowa (ryc. 127, b, vig). W środku kwadratowej próbki (130x130 mm) wykonuje się wgłębienie o średnicy 80 mm. Grubość a pozostałej części próbki wynosi 2, 4, 6 mm. We wgłębienie wtopiony jest jeden lub dwa wałki (patrz ryc. 127, peruka), chłodząc spód od zewnątrz powietrzem lub wodą. Jeżeli próbka nie pęka podczas napawania ściegu i chłodzenia wodą, stal uważa się za dobrze spawalną. Jeśli pęknięcia pojawiają się po ochłodzeniu wodą, ale nie pojawiają się po ochłodzeniu na powietrzu, wówczas stal uważa się za zadowalająco spawalną. Stal uważa się za spawalną w ograniczonym zakresie, jeżeli

Próbka pęka również po ochłodzeniu na powietrzu. Stal taką należy spawać z wygrzaniem do temperatury 100-150°C.

Stal, której próbka pęka nawet po podgrzaniu do temperatury 100-150°C, uważa się za słabo spawalną. Taka stal wymaga wstępnego podgrzania podczas spawania do temperatury 300°C lub wyższej.

Administracja Ogólna ocena artykułu: Opublikowany: 2011.06.01

dobra spawalność
zadowalająca spawalność
ograniczona spawalność
słaba spawalność

Zwykle stale o niskiej zawartości węgla mają dobrą spawalność, podczas gdy stale o wysokiej zawartości węgla mają ograniczoną lub słabą spawalność.

Grupa spawalności 1 - stale dobrze spawalne

Stale dobrze spawalne obejmują stale St1, St2, St3, St4, stal 08, 10, 15, 20, stale 15G, 15Kh, 20G, 20Kh, 20KhGSA, 12KhN2, 12Kh18N9T, 08Kh18N10 i wiele innych gatunków stali niskowęglowej.

Grupa spawalności 2 - stale spawalne

Stale należące do grupy 2 przy wtapianiu normalne warunki nie są podatne na powstawanie pęknięć na szwach, a także stale wymagające podgrzewania i późniejszej obróbki cieplnej w celu uzyskania zadowalających właściwości spawać.

Stale drugiej grupy obejmują St4ps, St5Sp, stal 30, 35,30L, 35L, 12Х2Н4А, 20ХН3А.

Grupa spawalności 3 - stale o ograniczonej spawalności

Stale grupy 3 są podatne na pęknięcia na szwach. Aby zapobiec powstawaniu pęknięć, stale grupy 3 są podgrzewane i poddawane obróbce cieplnej po spawaniu.

Grupa o ograniczonej spawalności obejmuje stale 40, 45, 50 St6ps, 17Х18Н9, 12Х18Н9, 20Х2Н4А 30ХМ, 30ХГС, 33ХС.

Grupa spawalności 4 - stale słabo spawalne

Stale grupy 4 są trudne do spawania, często powstają pęknięcia na szwach, należy je podgrzać przed spawaniem i podczas procesu spawania. Obróbka cieplna jest również wymagana po spawaniu.

Tabela spawalności stali.

Spawalność różnych gatunków stali

Przyjrzyjmy się spawalności najpopularniejszych gatunków stali.

Spawalność stali 09g2s i St3

Stale St3 GOST 380-94 i 09g2s GOST 19281-89 należą do grupy 1; ich spawanie nie wymaga ogrzewania. Przy zastosowaniu tej technologii spoina nie jest podatna na pękanie.

Spawalność stali 10 i 20

Stal 10 i stal 20 GOST 1050-88 należą do grupy spawalności 1. Części wykonane z określonych gatunków stali są dobrze spawane bez dodatkowego ogrzewania.

Spawalność stali 45

Stal węglowa 45 GOST 1050-88 należy do 3 grupy spawalności. Do spawania stal tę należy podgrzać, a po spawaniu poddać obróbce cieplnej.

Klasyfikacja stali. Zasady klasyfikacji.

Według przeznaczenia: konstrukcyjny, sprężynowy, instrumentalny, kocioł, statek itp.

według właściwości: kwasoodporny, żaroodporny, żaroodporny, szybkotnący itp.

Materiały bimetaliczne i metody ich wytwarzania

według składu chemicznego: według zawartości węgla (do 0,25; 0,25...0,45; powyżej 0,45...lub powyżej 0,5% C.; przez odtlenienie (k, ps, s, tabela 1); metodami kontroli (tylko chemikalia; chemikalia i właściwości; kontrola objętości właściwości); w zależności od zawartości pierwiastków stopowych (n/l Σ≤5% i ≤2% każdego; s/l 5...10% i w/l > 10%); stopy

metodą wytapiania: elektryczne (łukowe, plazmowe, żużlowe), piece indukcyjne (HF, próżniowe), konwertorowe, Bessemera, martenowskie

według metody obróbki: walcowane na zimno lub na gorąco, odlewane, kute

przez spawalność

Skład chemiczny stali GOST 380 według analizy topnienia próbki kadzi musi odpowiadać normom podanym w tabeli 1.

Tabela 1

Gatunek stali	Udział masowy pierwiastków,%
	węgiel	mangan
	Nie więcej niż 0,23
			Nie więcej niż 0,05


			Nie więcej niż 0,05


			Nie więcej niż 0,05


			Nie więcej niż 0,15

			Nie więcej niż 0,05




			Nie więcej niż 0,15
			Nie więcej niż 0,15

Coś o metalach.

Oznaczenia stali:

Na przykład: St 3psV3, Stal 20,

Stal 15 Kh1M1FA

*– tylko w stalach wysokostopowych, nie na końcu.

Głównym pierwiastkiem stopowym jest węgiel

Brąz, na przykład Br.AZhMts10-3-1,5 (aluminium, żelazo, mangan); Br.KMts3-1; MNZHKT5-1-0,2-0,2 (miedź, nikiel, żelazo, krzem, tytan)

Pojęcie spawalności.

Przez spawalność fizyczną rozumie się zespół takich właściwości metali i stopów, jak ich zdolność do wzajemnej rozpuszczalności i dyfuzji w stanie stałym i ciekłym, wspólna krystalizacja roztopionych metali podstawowych i wypełniaczy.

Spawalność technologiczna jest złożoną cechą metalu, odzwierciedlającą jego reakcję na proces spawania i określającą jego względną przydatność techniczną do wykonywania określonych połączeń spawanych spełniających warunki ich późniejszej eksploatacji. Im większa jest liczba metod spawania danego metalu i im szersze są granice optymalnych warunków dla każdej metody spawania, zapewniających możliwość uzyskania wymaganej jakości, tym lepsza jest jego spawalność technologiczna. Definicja spawalności podana jest w GOST 29273-92.

„Materiał metaliczny uważa się za spawalny w określonym stopniu w danym procesie i w danym celu, gdy spawanie osiąga integralność metaliczną w odpowiednim procesie, tak że spawane części spełniają wymagania techniczne zarówno w odniesieniu do ich własnych cech, jak i w odniesieniu do ich wpływu na strukturę, którą tworzą.”

Jakościowe oceny spawalności stali są szeroko stosowane w praktyce przemysłowej jako oceny stopnia spawalności:

I – dobra spawalność – gdy w zadanych (wystarczająco szerokich) warunkach technologicznych (modach) i konstrukcyjnych (metoda) są spełnione wymagane właściwości eksploatacyjne złączy spawanych;

II – spawalność zadowalająca – jeżeli zapewnia się ją poprzez wybór racjonalnego sposobu spawania i przestrzeganie go w procesie wytwarzania wyrobu;

III – ograniczona spawalność – gdy konieczne jest zastosowanie specjalnych środków technologicznych lub zmiana metody spawania;

IV – słaba spawalność – gdy pomimo zastosowania wszystkich specjalnych środków technologicznych nie uzyskuje się wymaganych właściwości użytkowych złączy spawanych.

Ocenę spawalności określa się głównie na podstawie próbek. trzy właściwości: – odporność na pęknięcia krystalizacyjne; – brak pęknięć w strefie wpływu ciepła; – brak przejścia metalu SWC w stan kruchy. Na wysokie Poloz sie stale również tracą odporność na korozję.

Zatem przy ocenie spawalności należy uwzględnić ze sobą: – właściwości materiałów; – rodzaj, wymiary i przeznaczenie konstrukcji; – technologia spawania.

Badania spawalności.

Metody badania odporności na pęknięcia gorące (próbki o zmiennej twardości)

Metody badania odporności spoin i stref wpływu ciepła na pojawienie się pęknięć zimnych (próbki o podwyższonej sztywności).

Metody badania wszystkich stref na przejście w stan kruchy (badania mechaniczne, analiza strukturalna).

Testy odporności na straty właściwości technologiczne(korozja, odporność mechaniczna, zużycie itp.).

Czynniki wpływające na przejście metalu w stan kruchy:

Wewnętrzny:

– związki fosforu

– powiększenie ziarna

– azotki (azot)

– wodorki i flokiny (wodór)

– wytrącanie faz kruchych (związków międzymetalicznych)

– koncentratory stresu

– obciążenie dynamiczne

- niskie temperatury.

Podstawowe właściwości materiałów (metali) wpływające na ich spawalność.

Fizyczny:

Konstrukcja jedno, dwu lub wielofazowa (np. Tiα lub α + β, stal A lub A + F)

Obecność przejść fazowych w stanie stałym (polimorfizm)

Temperatury przejść fazowych (w tym topnienia)

Temperatury topnienia możliwych (najczęściej) chemicznych związków metali

Rozpuszczalność gazów w fazie stałej i ciekłej

Współczynnik rozszerzalności liniowej (18-8)

Plastyczność w różnych zakresach temperatur

Lepkość ciekłego metalu i jej zależność od temperatury (żeliwo, tytan)

Przewodność cieplna

Gęstość

Zdolność do pochłaniania lub odbijania fotonów (w spawaniu laserowym)

Właściwości magnetyczne (np. w stalach z EBW lub podmuchem magnetycznym z RDS, permalloy)

Chemiczny:

Reaktywność chemiczna w różnych temperaturach

Reakcje egzo lub endotermiczne

Wpływ folii pasywacyjnych

Tendencja do tworzenia węglików, borków itp.

Toksyczność (cynk, ołów, beryl)

Techniczny:

Tendencja do tworzenia pęknięć na gorąco

Prawdopodobieństwo powstania kruchych struktur (w tym hartowność)

Skłonność do wzrostu ziarna

Stan dostawy (historia): odlewanie, obróbka na gorąco, obróbka cieplna, kucie na gorąco itp.

Zanieczyszczenie zanieczyszczeń

Wady (pory, rozwarstwienia, wtrącenia) α

Stan powierzchni

Grubość i kształty geometryczne

Zgodność z rysunkiem

(Inżynier spawacz musi znać i uwzględniać wszystkie te czynniki w odniesieniu do każdego materiału)

Główne czynniki determinujące spawalność materiałów konstrukcyjnych.

Spawalność stali: zależy od zawartości węgla, innych składników stopowych i grubości.

Niska zawartość węgla stal (rys. 14) o zawartości węgla C0,20% można spawać bez ograniczeń, C = 0,21...0,25% i S100 mm - wymagane jest nagrzanie do 100...150 o C.

Dlaczego potrzebne jest ogrzewanie? Aby zmniejszyć naprężenia, konieczne jest zmniejszenie dopływu ciepła, ale zwiększa to szybkość chłodzenia i prawdopodobieństwo pęknięć.

Konstrukcja niskostopowa stale: 15GS, 16GN, 09G2S itp. przy S30 mm spawa się analogicznie jak stale niskowęglowe. Dla S> 30 mm ogrzewanie wynosi 100…150 o C.

Niskostopowy, odporny na ciepło stal (chromowo-molibdenowa) patrz tabela (rys. 14), wymagają wstępnego nagrzania i późniejszej obróbki cieplnej.

Średniostopowe Stale o wysokiej wytrzymałości są spawane tylko z ogrzewaniem i późniejszą obróbką cieplną. Do oszacowania temperatury wstępnego nagrzewania wykorzystuje się równania empiryczne dotyczące wpływu pierwiastków stopowych na podatność na kruche pękanie. Różni autorzy mogą mieć różne zestawy elementów i ich współczynników, ale zasada konstrukcji pozostaje ta sama. W szczególności, zdaniem D. Seferiana, biorąc pod uwagę grubość stali:

T poprzednie rozgrzać = 350,

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

S – grubość ścianki, mm

Jeżeli nie jest możliwe ogrzanie i konserwacja całej konstrukcji, stosuje się wstępne napawanie krawędzi spawanych przy użyciu materiałów spawalniczych, które nie są podatne na pękanie.

Wysoki stop Stal w zależności od klasy może różnie postrzegać cykl spawania.

Duża liczba pierwiastków stopowych może prowadzić do niejednorodności chemicznej, a w konsekwencji strukturalnej.

Stale klasy martenzytycznej i martenzytyczno-ferrytycznej są podatne na hartowanie i wymagają nagrzewania.

Stale ze stopami azotu mogą tworzyć kruche pęknięcia w SWC.

Stale austenityczne są podatne na pękanie na gorąco. Można ich uniknąć dodając 5...10% fazy ferrytowej do metalu spoiny. Wykres Schefflera pozwala obliczyć wymagany skład chemiczny metalu spoiny (ryc. 15).

W przypadku stali wysokostopowych ważne jest, aby podczas procesu spawania zapobiegać utracie właściwości użytkowych (wytrzymałości, odporności cieplnej, odporności na korozję itp.).

Cechy wysokostopowych stali chromowo-niklowych to:

– niska przewodność cieplna

– wysoki współczynnik rozszerzalności liniowej (≈1,5 razy większy niż stale węglowe)

– duża lepkość ciekłego metalu.

Różne stale

Spawalność złączy wykonanych ze stali należących do różnych klas konstrukcyjnych jest związana głównie z trzema czynnikami:

– Znacząca różnica we współczynnikach rozszerzalności liniowej

– Tworzenie się kruchych struktur w złączu podczas mieszania

– Rozwój niejednorodności strukturalnej (zwykle w strefie wtopienia) na skutek m.in. dyfuzji węgla w stronę metalu o większej maksymalnej rozpuszczalności.

(Proces dyfuzji węgla w stalach (podczas spawania, obróbki cieplnej i eksploatacji) rozpoczyna się w temperaturze 350 o C i zachodzi najintensywniej w przedziale 550...800 o C.)

– Naprężenia powstające w złączach spawanych różne stale nie można usunąć (ani zmniejszyć) metodą obróbki cieplnej.

Aluminium i jego stopy.

Spawanie czystego Al jest rzadko wykonywane, głównie w przemyśle elektrycznym, gdzie stosuje się spawanie na zimno.

Stopy Al dzielą się na dwie duże grupy: wzmacniane cieplnie i odkształcalne, tj. wzmocnione przez hartowanie (hartowanie, odkształcanie). Problemy ze spawalnością wspólne dla wszystkich stopów to:

Na powierzchni metalu zawsze tworzy się gęsta, ogniotrwała warstewka Al 2 O 3 o temperaturze topnienia 2050 o C, w temperaturze topnienia Al = 660 o C. Powłoka zapobiega rozprzestrzenianiu się i zwilżaniu ciekłego metalu oraz tworzy ostre łuszczące się wtrącenia tlenkowe.

Wysoka płynność i ostrość spadek siły stałej metal przy wysokie temperatury(blisko Tpl) prowadzi do możliwości rozlania jeziorka spawalniczego.

Duża wartość współczynnika. Rozszerzalność liniowa i niski moduł sprężystości decydują o dużym ryzyku odkształcenia konstrukcji.

Wysoka rozpuszczalność gazów (głównie wodoru) w ciekłym metalu i bardzo niska rozpuszczalność w metalu stałym prowadzi do uwolnienia 90...95% gazu w czasie krystalizacji, co prowadzi do intensywnej porowatości.

Szorstka kolumnowa struktura krystaliczna spoiny przyczynia się do rozwoju niejednorodności strukturalnej i wraz z P2 do powstawania pęknięć na gorąco, szczególnie w stopach typu AMg i AMts. (Al-Mg; Al-Mn)

Podczas spawania stopów do przeróbki plastycznej następuje znaczna utrata wytrzymałości w strefie rekrystalizacji (AMg i AMts).

Stopy utwardzalne termicznie układu Al-Zn-Mg lub Al-Cu-Mg (duraluminium) lub stopy o wysokiej zawartości Si ≥5% (siluminy) są podatne na kruchość i pojawienie się zimnych pęknięć jakiś czas po spawaniu.

Techniki technologiczne stosowane w spawalnictwie: wysokiej jakości czyszczenie miejsca spawania (trawienie, czyszczenie mechaniczne); wspólne wykonanie; prąd przemienny lub odwrotna polaryzacja; właściwy dobór materiału wypełniającego.

Tytan i jego stopy.

Materiał konstrukcyjny aktywny chemicznie - spala się czystym azotem.

Łuk ręczny
Spawanie gazowe.

Możliwe metody:

Stale średniostopowe

Powolne chłodzenie szwu.

Stale wysokostopowe

[~DETAIL_TEXT] =>

Stal jest głównym materiałem konstrukcyjnym. Jest to stop żelaza z węglem zawierający różne zanieczyszczenia. Wszystkie składniki zawarte w jego składzie wpływają na właściwości wlewka. Jedną z cech technologicznych metali jest zdolność do tworzenia wysokiej jakości połączeń spawanych.

Czynniki decydujące o spawalności stali

Spawalność stali ocenia się na podstawie wartości głównego wskaźnika – ekwiwalentu węgla SEq. Jest to współczynnik warunkowy, który uwzględnia stopień wpływu zawartości węgla i głównych pierwiastków stopowych na właściwości spoiny.

Na spawalność stali wpływają następujące czynniki:

Obecność szkodliwych zanieczyszczeń.

Stopień stopowania.

Rodzaj mikrostruktury.

Warunki środowiska.

Grubość metalu.

Parametrem najbardziej informacyjnym jest skład chemiczny.

Podział stali według grup spawalności

Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe czynniki, spawalność stali ma różne cechy.

Klasyfikacja stali ze względu na spawalność.

Dobry(o wartości Seq≥0,25%): dla części ze stali niskowęglowej; nie zależy od grubości produktu, warunki pogodowe, dostępność Praca przygotowawcza.
Zadowalający(0,25% ≤ Seq ≤ 0,35%): istnieją ograniczenia dotyczące warunków środowisko oraz średnicę spawanej konstrukcji (temperatura powietrza do -5, przy spokojnej pogodzie grubość do 20 mm).
Ograniczony(0,35% ≤ Seq ≤ 0,45%): aby uzyskać wysokiej jakości szew, wymagane jest wcześniejsze podgrzanie. Sprzyja „gładkim” przemianom austenitycznym i tworzeniu stabilnych struktur (ferryt-perlit, bainit).
Zły(Seq≥0,45%): utworzenie stabilnego mechanicznie złącza spawanego nie jest możliwe bez wcześniejszego przygotowania temperaturowego krawędzi metalu i późniejszej obróbki cieplnej konstrukcji spawanej. Aby utworzyć pożądaną mikrostrukturę, wymagane jest dodatkowe ogrzewanie i stopniowe chłodzenie.

Grupy spawalności stali ułatwiają poruszanie się po cechach technologicznych spawania określonych gatunków stopów żelazowo-węglowych.

Obróbka cieplna

W zależności od grupy spawalności stali i odpowiednich cech technologicznych, właściwości złącza spawanego można regulować za pomocą kolejnych wpływów temperatury. Istnieją 4 główne metody obróbki cieplnej: hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie i normalizacja.

Najczęściej spotykane to hartowanie i odpuszczanie w celu uzyskania twardości i jednoczesnej wytrzymałości spoiny, odprężanie i zapobieganie pękaniu. Stopień odpuszczania zależy od materiału i pożądanych właściwości.

Pod względem struktury stale niskostopowe należą zwykle do klasy perlitycznej. Duża różnorodność składu chemicznego stali niskostopowych sprawia, że bardzo trudno jest uzyskać taki sam skład metali stopionych i nieszlachetnych podczas spawania, co wymaga dużej różnorodności materiałów wypełniających. Dlatego też, poza pewnymi szczególnymi przypadkami, gdy wymagane jest dopasowanie składu chemicznego metalu podstawowego i napoiwanego (np. uzyskanie odporności na korozję, odporność na pełzanie itp.), zwykle ograniczają się one do uzyskania niezbędnych właściwości mechanicznych napawanego metalu. metalu, bez uwzględnienia jego składu chemicznego. Pozwala to na zastosowanie kilku rodzajów materiałów dodatkowych przy spawaniu wielu gatunków stali, co jest istotną zaletą praktyczną. Przykładowo elektrody UONI-13 z powodzeniem spawają dziesiątki gatunków stali węglowych i niskostopowych. W konstrukcjach spawanych zwykle preferuje się stale niskostopowe zamiast stali węglowych o tej samej wytrzymałości. Aby określić potrzebę lekkiego podgrzewania i późniejszego odpuszczania, często bierze się pod uwagę maksymalną twardość metalu w dotkniętej strefie. Jeżeli twardość nie przekracza HB 200-250, to nie jest wymagane ogrzewanie i odpuszczanie; przy twardości HB 250-300 pożądane jest ogrzewanie lub odpuszczanie, jeśli twardość przekracza HB 300-350, jest to wymagane.

Stale wysokostopowe charakteryzują się dobrą spawalnością i są szeroko stosowane w konstrukcjach spawanych ze stali austenitycznej. Najpowszechniej stosowane są stale austenityczne chromowo-niklowe, na przykład dobrze znane Stal nierdzewna 18-8 (18% Cr i 8% Ni). Stale austenityczne chromowo-niklowe stosowane są jako stale nierdzewne, a przy wyższym zawartości stopu, np. zawierającego 25% Cr i 20% Ni, są także stalami żaroodpornymi. Zawartość węgla w stalach austenitycznych chromowo-niklowych powinna być minimalna, nie przekraczająca 0,10-0,15%, w przeciwnym razie mogą wytrącać się węgliki chromu, gwałtownie zmniejszając cenne właściwości stali austenitycznej.

Spawanie stali austenitycznych powinno z reguły zachować strukturę austenitu w złączu spawanym i związane z nią cenne właściwości: wysoką odporność na korozję, wysoką ciągliwość itp. Rozkładowi austenitu towarzyszy wytrącanie się węglików powstałych w wyniku nadmiaru węgiel uwolniony z roztworu. Rozkładowi austenitu sprzyja ogrzewanie metalu do temperatur poniżej punktu przemiany austenitycznej, zmniejszenie zawartości pierwiastków tworzących austenit, zwiększenie zawartości węgla w niskowęglowych stalach austenitycznych, zanieczyszczenie metalu zanieczyszczeniami itp. Dlatego też, gdy przy spawaniu stali austenitycznych czas nagrzewania i ilość ciepła wejściowego należy ograniczyć do minimum i ewentualnie intensywniej odprowadzać ciepło z miejsca spawania - poprzez podkładki miedziane, chłodzenie wodne itp.

Stal austenityczna przeznaczona do produkcji wyrobów spawanych musi być najwyższej jakości, przy minimalnej ilości zanieczyszczeń. Ponieważ rozkład austenitu chromowo-niklowego jest spowodowany tworzeniem się i wytrącaniem węglików chromu, odporność austenitu można zwiększyć poprzez wprowadzenie do metalu środków tworzących węgliki silniejszych niż chrom. Nadają się do tego tytan i niob, zwłaszcza pierwszy pierwiastek, którego też nie brakuje. Tytan bardzo mocno wiąże uwolniony węgiel, zapobiegając tworzeniu się węglików chromu, a tym samym zapobiega rozkładowi austenitu. Do spawania zaleca się stosowanie stali austenitycznej z niewielką zawartością tytanu. Na przykład nierdzewna austenityczna stal chromowo-niklowa X18N9T typ 18-8 z niewielką ilością tytanu (nie więcej niż 0,8%) ma dobrą spawalność.

Bardziej rygorystyczne wymagania są oczywiście nałożone na metal wypełniający, który musi być austenityczny, najlepiej z pewnym nadmiarem pierwiastków stopowych, biorąc pod uwagę ich możliwe wypalenie podczas spawania oraz z dodatkami stabilizującymi - tytanem lub niobem. GOST 2246-60 przewiduje austenityczny drut dodatkowy do spawania stali nierdzewnych i żaroodpornych. Drut austenityczny jest czasami używany do spawania stali martenzytycznych. Niedobór i wysoki koszt austenitycznego drutu chromowo-niklowego wymuszają rozwój tańszych zamienników.

Stale martenzytyczne, charakteryzujące się dużą wytrzymałością i twardością, znajdują zastosowanie jako stale narzędziowe, stale pancerne itp. Ich spawanie wiąże się ze znanymi trudnościami. Stale łatwo i głęboko hartują się, dlatego po spawaniu zwykle konieczna jest późniejsza obróbka cieplna, polegająca na odpuszczaniu niskim lub wysokim. Często konieczne jest również wstępne podgrzanie produktu. Niezbędna może być wcześniejsza obróbka cieplna produktu przed spawaniem; Pożądane jest możliwie równomierne, drobno rozproszone rozmieszczenie elementów konstrukcyjnych. Podczas spawania często rezygnuje się z podobieństwa stopiwa do metalu nieszlachetnego nie tylko pod względem składu chemicznego, ale także właściwości mechanicznych, starając się przede wszystkim zapewnić zwiększoną plastyczność stopiwa i wyeliminować powstawanie pęknięć w To. W tym celu przy spawaniu łukowym często wykorzystuje się elektrody wykonane np. ze stali austenitycznej.

Stale ferrytyczne wyróżniają się tym, że powstawanie austenitu w wysokich temperaturach jest całkowicie stłumione lub osłabione na skutek wprowadzenia dużych ilości stabilizatorów ferrytowych. Duże znaczenie praktyczne mają stale chromowo-żelazowe zawierające 16-30% Cr i nie więcej niż 0,1-0,2% C, które charakteryzują się kwasoodpornością i wyjątkową żaroodpornością. Stale można spawać z materiałem dodatkowym o tym samym składzie lub austenitycznym. Wymagane jest wstępne podgrzanie; Na koniec spawania przeprowadza się długotrwałe wyżarzanie przez kilka godzin, a następnie szybkie chłodzenie.

W przypadku automatycznego spawania łukowego stali stopowych zastosowanie topników ceramicznych otwiera nowe możliwości.

Spawalność stali zależy od stopnia domieszkowania, struktury i zawartości zanieczyszczeń. Węgiel ma największy wpływ na spawalność stali. Wraz ze wzrostem zawartości węgla, a także szeregu innych pierwiastków stopowych, spawalność stali ulega pogorszeniu. Do spawania konstrukcji stosuje się głównie stale konstrukcyjne niskowęglowe, niskostopowe i średniostopowe.

Główne trudności w spawaniu tych stali to:
- wrażliwość na hartowanie i pękanie na zimno;
- tendencja do tworzenia pęknięć na gorąco;
- zapewnienie jednolitej wytrzymałości złącza spawanego.

W zależności od równoważnej zawartości węgla i związanej z tym tendencji do utwardzania i powstawania pęknięć na zimno, stale dzieli się na cztery grupy ze względu na ich spawalność: stale dobre, zadowalające, ograniczone i słabo spawalne.

Spawalność to zdolność stali do tworzenia złącza spawanego bez wad, mającego właściwości fizyczne i mechaniczne zbliżone do właściwości metalu nieszlachetnego. Spawalność odnosi się do stosunku stali do określonej metody i trybu spawania.

Złącze spawane oznacza metal spoiny i strefę wpływu ciepła metalu nieszlachetnego. Strefa wpływu ciepła to wąski odcinek metalu rodzimego wzdłuż spoiny, który nie uległ stopieniu podczas procesu spawania, ale został wystawiony na działanie wysokich temperatur. W niektórych stalach, w strefie wpływu ciepła, po nagrzaniu do temperatury krytycznej (723°C) i wyższej, zachodzą strukturalne przemiany fazowe (zmiany kształtu i wielkości ziaren). Zjawisko to nazywa się krystalizacją wtórną. Odcinek strefy wpływu ciepła takich stali, w którym nastąpiła wtórna krystalizacja, nazywany jest strefą wpływu ciepła. Podczas ręcznego spawania łukowego elektrodami otulonymi szerokość strefy wpływu ciepła może wynosić 3-6 mm. W metalu spoiny mogą wystąpić defekty - pęknięcia i pory. Pęknięcia mogą również pojawić się w obszarze strefy wpływu ciepła.

Ocena stopnia spawalności. Im wyższy stopień spawalności danej stali, tym więcej metod spawania można do niej zastosować i tym szersze są granice modów każdej metody.

Spawalność stali ocenia się według następujących, najbardziej charakterystycznych wskaźników:
1) Odporność metalu spoiny na powstawanie pęknięć na gorąco;
2) Odporność złącza spawanego na powstawanie pęknięć zimnych;
3) Struktura szwu i strefy wpływu ciepła, ich twardość;
4) Wytrzymałość, ciągliwość i udarność złącza spawanego;
5) Właściwości złącza spawanego określone wymaganiami eksploatacyjnymi (odporność cieplna, odporność na korozja chemiczna itp.).

Z wymienionych wskaźników w każdym konkretny przypadek nie determinują wszystkiego, a jedynie te, które są decydujące dla danego projektu. W zależności od warunków pracy można określić inne wskaźniki spawalności. Jednak we wszystkich przypadkach głównym wskaźnikiem spawalności stali jest odporność złącza spawanego na powstawanie pęknięć na gorąco i na zimno.

Pęknięcia gorące i zimne. Pęknięcia są najpoważniejszą wadą spawalniczą, często prowadzącą do nieodwracalnych wad. Istnieją pęknięcia gorące i zimne.

Pęknięcia gorące powstają w złączach spawanych w temperaturach powyżej 1000°C w okresie krystalizacji. W większości przypadków występują one wzdłuż granic ziaren metalu.

Przyczyny powstawania pęknięć na gorąco:
a) nieprawidłowe, sztywne mocowanie spawanych części, w wyniku czego w metalu pojawiają się siły rozciągające;
b) zmniejszenie objętości metalu podczas krzepnięcia, powodujące powstawanie wnęk skurczowych i występowanie wewnętrznych naprężeń własnych.

Wraz ze wzrostem zawartości w stali pierwiastków tworzących związki chemiczne o niskiej temperaturze topnienia (siarka, chrom, molibden) wzrasta prawdopodobieństwo pękania na gorąco.

Pęknięcia zimne powstają w złączach spawanych w temperaturach poniżej 1000°C podczas schładzania do temperatury otoczenia, pojawiają się także w warunkach eksploatacyjnych. Powstają z reguły wzdłuż kryształów (ziarn).

Powstawanie pęknięć zimnych podczas spawania spowodowane jest nagłymi zmianami właściwości mechanicznych i charakteru stanu naprężenia podczas procesu przemian strukturalnych (krystalizacja wtórna).

Przyczyny powstawania zimnych pęknięć:
a) zwiększona zawartość węgla i pierwiastków stopowych w stali, powodująca hartowanie i lokalne naprężenia strukturalne;
b) naprężenia rozciągające spowodowane nierównomiernym nagrzewaniem i chłodzeniem podczas spawania.

Zanieczyszczenie metalu rodzimego fosforem i nasycenie metalu spoiny wodorem podczas procesu spawania zwiększa skłonność do powstawania pęknięć zimnych.

Wpływ składu chemicznego stali na spawalność. Skład chemiczny ma decydujący wpływ na spawalność stali. Od niej zależą właściwości fizyczne stali i konstrukcji, które mogą zmieniać się pod wpływem nagrzewania i chłodzenia podczas procesu spawania.

Zwiększona zawartość węgla, manganu (G), krzemu (C), chromu (X), wanadu (F), wolframu (V) w stali poprawia właściwości użytkowe stali, ale utrudnia spawanie konstrukcji wykonanych z takich stali .

Obecność miedzi (D), tytanu (T) i niobu (B) w stali zwiększa właściwości użytkowe stali, jednocześnie pozytywnie wpływając na jej spawalność.

Nikiel (N) nie wpływa na spawalność stali. Jego obecność zwiększa wytrzymałość i ciągliwość stali oraz pomaga uzyskać drobnoziarnistą strukturę.

Klasyfikacja stali ze względu na stopień spawalności. Ze względu na stopień spawalności wszystkie stale dzieli się umownie na cztery grupy: dobrą, zadowalającą, ograniczoną i słabo spawalną.

Stale dobrze spawalne można spawać dowolnymi metodami, bez stosowania skomplikowanych technologii. Do tej grupy zaliczają się stale niskowęglowe o normalnej zawartości manganu, krzemu, chromu oraz stale niskostopowe o zawartości węgla do 0,2%. Takie stale spawa się zazwyczaj bez wstępnego podgrzewania. Spawanie w ujemnych temperaturach, zwłaszcza konstrukcji wykonanych z grubego metalu, czasami wymaga podgrzania do temperatury 100-160°C. Potrzebę wstępnego podgrzewania określa się w każdym konkretnym przypadku. Przykładami takich stali są: stale węglowe zwykłej jakości (St 2pe, St 2sp, St Zps, St Zsp, St 4ps, St 4sp); węglowe wysokiej jakości konstrukcyjne (10, 15, 20); niskostopowe konstrukcyjne (09G2S, 09G2, 10G2S1, 12GS, 16GS, 14KhGS, 10HSND).

Stale o zadowalającej spawalności wymagają ścisłego przestrzegania reżimu spawania, dokładnego oczyszczenia spawanych krawędzi i normalnych warunków temperaturowych (temperatura powyżej zera, brak wiatru). Do tej grupy zaliczają się stale średniowęglowe o zawartości węgla do 0,35% oraz stale niskostopowe o zawartości węgla do 0,3%. Takie stale wymagają podgrzania do temperatury 150-250°C podczas spawania w ujemnych temperaturach. Niektóre z tych stali, w zależności od warunków pracy i odpowiedzialności konstrukcji po spawaniu, wymagają późniejszej obróbki cieplnej (wyżarzanie, wysokie odpuszczanie). Przykładem takich stali są stale węglowe zwykłej jakości (St 5ps, St 5sp, St 5Gps); węglowe wysokiej jakości konstrukcyjne (30, 35); niskostopowe konstrukcyjne (15ХСНД, 25Г2С, 20ХГ2С).

Stale o ograniczonej spawalności są podatne na pękanie podczas spawania w normalnych, normalnych warunkach. Stale takie spawa się z wygrzaniem do temperatury 250-350°C. Do tej grupy zaliczają się stale średniowęglowe o zawartości węgla do 0,5%, stale niskostopowe o dużej zawartości pierwiastków stopowych oraz niektóre stale stopowe. Po spawaniu takich stali zaleca się wyżarzanie lub wysokie odpuszczanie, a przy spawaniu konstrukcji krytycznych wymagane jest wyżarzanie i odpuszczanie. Przykłady takich stali: stale węglowe zwykłej jakości (St bps); węglowe wysokiej jakości konstrukcyjne (40, 45, 50); konstrukcyjne niskostopowe i stopowe (ZO-.KhMA, 30 KhGS, 35 KhM, 35 KhGSA).

Stale słabo spawalne tworzą pęknięcia podczas spawania w normalnych warunkach. Takie stale są spawane z pewnymi zdolnościami przy wstępnym i jednoczesnym nagrzewaniu do temperatury 300-450 ° C i późniejszej obróbce cieplnej. Do tej grupy zaliczają się stale węglowe o zawartości węgla powyżej 0,5%, stale niskostopowe o wysokiej zawartości manganu, krzemu oraz większość stopowych stali specjalnych. Przykładami takich stali są: wysokogatunkowe stale konstrukcyjne węglowe (60, 65, 70); konstrukcyjne niskostopowe i stopowe (40G2, 50G2, 40KhG, 40KhGR, 40KhFA, 40KhS).

Oznaczanie stopnia spawalności. Znajomość wskaźników spawalności różnych stali ułatwia wybór przybliżonej technologii spawania, którą należy sprawdzić na próbkach (badania technologiczne).

Aby określić stopień spawalności stali, istnieje wiele różnych praktyczne sposoby w zależności od wymagań stawianych złączom spawanym i warunków ich pracy.

Jedną z powszechnych metod określania spawalności jest test technologiczny zgodnie z metodą zakładu Kirowa (Leningrad). Z badanej stali wykonywana jest płyta o wymiarach 130X130X12 mm. Wykonane jest w nim wgłębienie o średnicy 80 mm, w którym na średnicy przyspawany jest ścieg. Dolna część płyty (dół ze ściegiem spoiny) jest chłodzona powietrzem, wodą lub podgrzewana. Po napawaniu stopki płytkę trzyma się przez dwa dni, następnie wycina, szlifuje i trawi kwasem w celu identyfikacji pęknięć.

Jeżeli płyta nie pęka po schłodzeniu wodą, wówczas stal uważa się za dobrze spawalną.

Stal spawalna pęka po ochłodzeniu wodą i nie pęka po ochłodzeniu na powietrzu.

Ryż. 1. Test technologiczny zakładu w Kirowie

Ryż. 2. Test technologiczny MVTU

Jeżeli płyta pęka po ochłodzeniu na powietrzu i nie pęka po podgrzaniu do 150°C, wówczas uważa się, że stal ma ograniczoną spawalność.

Technologiczny test liści MVTU daje ocena jakościowa odporność szwu na powstawanie pęknięć na gorąco. Płyty o różnych szerokościach łączone są za pomocą haków. Na płytki wtapia się koralik w kierunku od płytek wąskich do szerszych. Pęknięcia powstają w miejscu, gdzie ścieg spoiny przecina złącze płytowe. Wskaźnikiem trwałości jest najmniejsza szerokość płyty, przy której nie powstają pęknięcia gorące.

Charakterystycznym przybliżonym wskaźnikiem spawalności stali jest twardość strefy wpływu ciepła. Jeśli twardość nie przekracza 300 jednostek Brinella, wówczas taką stal można spawać bez ogrzewania. Przy wyższych wartościach twardości wymagane jest wstępne podgrzanie metalu nieszlachetnego.

Przy ocenie spawalności dominującą rolę odgrywa skład chemiczny stali. Za pomocą tego wskaźnika w pierwszym przybliżeniu ocenia się spawalność.

Poniżej podano wpływ głównych zanieczyszczeń stopowych.

Węgiel (C) jest jednym z najważniejszych zanieczyszczeń, które decydują o wytrzymałości, ciągliwości, hartowności i innych właściwościach stali. Zawartość węgla w stalach do 0,25% nie powoduje zmniejszenia spawalności. Więcej wysoka zawartość„C” prowadzi do powstawania struktur hartowniczych w metalu strefy wpływu ciepła (zwanej dalej SWC) i pojawienia się pęknięć.

Siarka (S) i fosfor (P) są szkodliwymi zanieczyszczeniami. Zwiększona zawartość „S” prowadzi do czerwonej kruchości, a „P” powoduje kruchość na zimno. Dlatego zawartość „S” i „P” w stalach niskowęglowych jest ograniczona do 0,4-0,5%.

Krzem (Si) występuje w stalach jako zanieczyszczenie w ilościach do 0,3% jako środek odtleniający. Przy tej zawartości „Si” spawalność stali nie ulega pogorszeniu. Jako pierwiastek stopowy, gdy zawartość „Si” wynosi do 0,8-1,0% (zwłaszcza do 1,5%), możliwe jest tworzenie się ogniotrwałych tlenków „Si”, co pogarsza spawalność stali.

Zawartość manganu (Mn) w stali sięga 1,0% - proces spawania nie jest trudny. Podczas spawania stali o zawartości Mn 1,8-2,5% w metalu SWC mogą pojawić się struktury utwardzające i pęknięcia.

Zawartość chromu (Cr) w stalach niskowęglowych jako zanieczyszczenie jest ograniczona do 0,3%. W stalach niskostopowych możliwa jest zawartość chromu w przedziale 0,7-3,5%. W stalach stopowych jego zawartość waha się od 12% do 18%, a w stalach wysokostopowych sięga 35%. Podczas spawania chrom tworzy węgliki, które pogarszają odporność stali na korozję. Chrom sprzyja tworzeniu się ogniotrwałych tlenków, które komplikują proces spawania.

Nikiel (Ni), podobnie jak chrom, występuje w stalach niskowęglowych w ilościach do 0,3%. W stalach niskostopowych jego zawartość wzrasta do 5%, a w stalach wysokostopowych – do 35%. W stopach na bazie niklu jego zawartość jest przeważająca. Nikiel zwiększa wytrzymałość i właściwości plastyczne stali oraz korzystnie wpływa na spawalność.

Wanad (V) w stalach stopowych występuje w ilości 0,2-0,8%. Zwiększa wytrzymałość i ciągliwość stali, poprawia jej strukturę i pomaga zwiększyć hartowność.

Zawartość molibdenu (Mo) w stali jest ograniczona do 0,8%. W tej zawartości korzystnie wpływa na właściwości wytrzymałościowe stali oraz uszlachetnia jej strukturę. Jednak podczas spawania wypala się i przyczynia się do powstawania pęknięć w osadzanym metalu.

Tytan i niob (Ti i Nb) w stalach odpornych na korozję i żaroodpornych występują w ilościach do 1%. Zmniejszają wrażliwość stali na korozję międzykrystaliczną, jednak niob w stalach typu 18-8 sprzyja powstawaniu pęknięć na gorąco.

Miedź (Cu) występuje w stalach jako zanieczyszczenie (w ilościach do 0,3% włącznie), jako dodatek do stali niskostopowych (0,15 do 0,5%) oraz jako pierwiastek stopowy (do 0,8-1%). Zwiększa właściwości korozyjne stali bez pogarszania spawalności.

Oceniając wpływ składu chemicznego na Oprócz zawartości węgla brana jest pod uwagę zawartość innych pierwiastków stopowych, które zwiększają podatność stali na hartowanie. Osiąga się to poprzez przeliczenie zawartości każdego pierwiastka stopowego stali o równoważnym wpływie na jej hartowność przy użyciu ustalonych doświadczalnie współczynników przeliczeniowych. Całkowita zawartość węgla i przeliczone równoważne ilości pierwiastków stopowych w stali nazywa się ekwiwalentem węgla. Aby to obliczyć, istnieje szereg wzorów opracowanych przy użyciu różnych metod, które pozwalają ocenić wpływ składu chemicznego stali niskostopowych na ich spawalność:

SEKV = C + Mn/6 + Cr/5 + Mo/5 + V/5 + Ni/15 + Cu/15 (metoda MIS);

SEKV = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 (metoda japońska);

[C]X = C + Mn/9 + Cr/9 + Ni/18 + 7Mo/90 (metoda Seferiana),

gdzie liczby wskazują zawartość stali w ułamkach masowych procent odpowiednich pierwiastków.

Każdy z tych wzorów jest dopuszczalny tylko dla określonej grupy stali, przy czym przy podejmowaniu decyzji można kierować się wartością równoważnika węgla problemy praktyczne związane z rozwojem. Dość często obliczenia chemicznego równoważnika węgla dla węglowych i niskostopowych stali konstrukcyjnych klasy perlitycznej przeprowadza się za pomocą wzoru Sefera.

Ze względu na spawalność stale dzieli się na cztery grupy: dobrze spawalne, zadowalająco spawalne, słabo spawalne i słabo spawalne (tabela 1.1).

Do pierwszej grupy zaliczają się najczęściej spotykane gatunki stali niskowęglowych i stopowych ([C]X≤0,38), których spawanie można wykonać według konwencjonalna technologia, tj. bez ogrzewania przed spawaniem i w trakcie procesu spawania, a także bez późniejszej obróbki cieplnej. Zaleca się spawanie części odlewanych z dużą ilością stopiwa z pośrednią obróbką cieplną. W przypadku konstrukcji pracujących pod obciążeniami statycznymi nie wykonuje się obróbki cieplnej po spawaniu. W przypadku konstrukcji krytycznych pracujących pod obciążeniami dynamicznymi lub w wysokich temperaturach zaleca się obróbkę cieplną

Druga grupa obejmuje stale węglowe i stopowe ([C]x = 0,39-0,45), podczas spawania w normalnych warunkach produkcyjnych nie tworzą się pęknięcia. Do tej grupy należą stale, które należy podgrzać, aby zapobiec powstawaniu pęknięć, a także poddać późniejszej obróbce cieplnej. Obróbka cieplna przed spawaniem jest inna i zależy od gatunku stali i konstrukcji części. W przypadku odlewów wykonanych ze stali 30L wymagane jest wyżarzanie. Części maszyn wykonane z wyrobów walcowanych lub odkuwek nieposiadających sztywnych konturów można spawać w stanie poddanym obróbce cieplnej (hartowanie i odpuszczanie). Nie zaleca się spawania w temperaturze otoczenia poniżej 0°C. Zaleca się, aby spawanie części z dużą ilością napawanego metalu odbywało się z pośrednią obróbką cieplną (wyżarzanie lub wysokie odpuszczanie)

Tabela 1. Klasyfikacja stali ze względu na spawalność.

Grupa spawalności		gatunek stali
Dobrze spawalne		Niskoemisyjny St1-St4 (kp, ps, sp)
		08-25 (kp, ps)


Dobrze spawalne		15 tys., 16 tys., 18 tys., 20 tys., 22 tys
		A, A32, A36, A40, B, D, D32, D36, D40, E, E32, E36, E40

		15L, 20L, 25L
		Niskostopowe 15G, 20G, 25G, 10G2, 12ХН, 12ХН2, 15Н2М, 15Х, 15ХА, 20Х, 15ХФ, 20Н2М
		09g2, 09G2S, 09G2D, 10G2B, 10G2BD, 12GS, 16GS, 17GS, 17G1C, 10G2S1.09G2SD, 10G2S1D, yukhsnd, Yukhndp, 14G2AF, 14G2AFD, 15GFD, 15XND, 15X ND, 15XN
		08GDNFL, 12DN2FL, 13ХДНФТЛ
Zadowalająco spawalna


		Stopowe 16KhG, 18KhGT, 14KhGN, 19KhGN, 20KhGSA, 20KhGR, 20KhN, 20KhNR, 12KhN3A, 20KhN2M
		15G2AFDps, 16G2AFD, 15G2SF, 15G2SFD

		18G2S, 25G2S
		20GL, 20GSL, 20FL, 20G1FL, 20DHL, 12DHN1MFL
Ograniczona spawalność		Stal węglowa St5 (ps, sp), St5Gps


		Stopowe 25ХГСА, 29ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 20ХН4А, 25ХГМ, 35Г, 35Г2, 35Х, 40Х, 33ХС, 38ХС, 30ХГТ, 3 0ХРА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 25ХГН, MT, 30ХGNZA, 20Х2Н4А

		35GL, 32H06L, 45FL, 40HL, 35HGSL, 35NGML, 20HGSNDML, 30HGSFL, 23HGS2MFL
Źle spawane		Węgiel 50, 55

		Stopowe 50G, 45G2, 50G2, 45Х, 40ХС, 50ХГ, 50ХГА, 50ХН, 55С2, 55С2А, 30ХГСН2А itp.



		30ХНМЛ, 25Х2Г2ФЛ

DSTU 2651-94 (GOST 380-94). * Anulowane na Ukrainie.

W przypadkach, gdy późniejsze odpuszczanie nie jest możliwe, część spawaną poddaje się miejscowemu nagrzewaniu. Obróbka cieplna po spawaniu jest różna dla różnych gatunków stali. Podczas spawania małych defektów w stali zawierającej więcej niż 0,35% węgla, konieczna jest obróbka cieplna (wyżarzanie lub odpuszczanie w wysokiej temperaturze dla tej stali) w celu poprawy właściwości mechanicznych i urabialności.

Do trzeciej grupy zaliczają się stale węglowe i stopowe ([C]X = 0,46-0,59) klasy perlitycznej, które w normalnych warunkach spawania są podatne na pękanie. Spawalność stali Grupę tę zapewnia się stosując specjalne środki technologiczne, polegające na ich wstępnej obróbce cieplnej i wygrzewaniu. Dodatkowo większość wyrobów z tej grupy stali po spawaniu poddawana jest obróbce cieplnej. W przypadku części i odlewów wykonanych z wyrobów walcowanych lub odkuwek, które nie mają szczególnie sztywnych konturów i sztywnych elementów, dopuszczalne jest spawanie w stanie ulepszonym cieplnie (hartowanie i odpuszczanie).

Bez podgrzewania takie stale można spawać w przypadkach, gdy złącza nie mają sztywnych konturów, grubość metalu nie przekracza 14 mm, temperatura otoczenia nie jest niższa niż +5 ° C, a spawane złącza mają charakter pomocniczy . We wszystkich pozostałych przypadkach wymagane jest wstępne podgrzanie do temperatury 200°C.

Obróbkę cieplną tej grupy stali przypisuje się zgodnie z trybem wybranym dla konkretnej stali.

Do czwartej grupy zaliczają się stale węglowe i stopowe ([C]x≥0,60) klasy perlitycznej, które są najtrudniejsze do spawania i podatne na pękanie. Podczas spawania tej grupy stali przy użyciu racjonalnych technologii nie zawsze osiągane są wymagane właściwości użytkowe złączy spawanych. Stale te są spawalne w ograniczonym stopniu, dlatego ich spawanie odbywa się z obowiązkową wstępną obróbką cieplną, z nagrzewaniem w trakcie procesu spawania i późniejszą obróbką cieplną. Przed spawaniem taką stal należy wyżarzać. Niezależnie od grubości i rodzaju połączenia stal należy podgrzać do temperatury co najmniej 200°C. Obróbkę cieplną produktu po spawaniu przeprowadza się w zależności od gatunku stali i jej przeznaczenia.

Niezawodność eksploatacyjna i trwałość konstrukcji spawanych wykonanych ze stali żaroodpornych niskostopowych zależy od najwyższej jakości dopuszczalna temperatura pracy i długotrwałej wytrzymałości złączy spawanych w tej temperaturze. Wskaźniki te są określone przez system stopowy stali żaroodpornych. Ze względu na system stopowy stale można podzielić na chromowo-molibdenowe, chromowo-molibdenowo-wanadowe i chromowo-molibdenowo-wolframowe (tabela 1.2). W tych stalach wartość równoważnika węgla waha się w szerokich granicach i ocena spawalności stali na podstawie jej wartości jest niepraktyczna. Obliczenia temperatury podgrzewania wstępnego przeprowadza się dla każdego konkretnego gatunku stali.

Podział stali wysokostopowych na grupy (nierdzewne, kwasoodporne, żaroodporne i żaroodporne) w ramach GOST 5632-72 dokonywany jest warunkowo zgodnie z ich głównymi cechami użytkowymi, ponieważ żaroodporne i żaroodporne stale kwasoodporne są jednocześnie kwasoodporne w niektórych agresywnych środowiskach, a stale kwasoodporne są zarówno żaroodporne, jak i żaroodporne w określonych temperaturach.

W przypadku wysoce spawalnych stali wysokostopowych nie przeprowadza się obróbki cieplnej przed i po spawaniu. Przy znacznym utwardzeniu metal należy utwardzać w temperaturze 1050-1100°C. Termika w normie. Do tej grupy stali zalicza się szereg stali kwasoodpornych i żaroodpornych o strukturze austenitycznej i austenityczno-ferrytycznej.

W przypadku zadowalająco spawalnych stali wysokostopowych jest to zalecane wstępne wakacje w temperaturze 650-710°C z chłodzeniem powietrzem. Warunki termiczne spawania są normalne. W temperaturach ujemnych spawanie jest niedozwolone. Przy spawaniu elementów konstrukcyjnych o grubości ścianki większej niż 10 mm konieczne jest rozgrzanie do temperatury 150-200°C. Po spawaniu zaleca się odpuszczanie w temperaturze 650-710°C w celu złagodzenia naprężeń. Do tej grupy zalicza się przede wszystkim większość i niektóre stale chromowo-niklowe.

Tabela 2. Gatunki stali żaroodpornych i wysokostopowych oraz stopów na bazie żelaza, niklu i niklu.

	GOST lub TU	gatunek stali
Perlityczny lub martenzytyczny		Żaroodporny chrom-molibden 15ХМ, 20ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 35ХМ, 38ХМ, 38Х2МУА

	GOST20072-74	12МХ, 15Х5М, 15X5
		12ХМ, 10Х2М, 10Х2М-ВД

	TU5.961-11.151-80
		Żaroodporny chrom-molibden-wanad i chrom-molibden-wolfram 40ХМФА, 30ХЗМФ
	GOST20072-74	20Х1М1Ф1БР, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20Х1М1Ф1ТР, 18ХЗМВ, 20ХЗИВФ, 15Х5ВФ
	TU14-1-1529-76	15Х1М1Ф TU14-1-3238-81, 35ХМФА
		12X2MFA, 18X2MFA, 25X2MFA
	TU14-1-1703-76
	TU5.961-11151-80	20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ
Ferrytyczny, martenzytyczno-ferrytyczny i martenzytyczny		Stal nierdzewna wysokochromowa 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 25X13H2

		Kwasoodporne i żaroodporne o wysokiej zawartości chromu 12X17, 08X17Т, 09Х16Н4Б, 30Х13Н7С2, 08Х18Т1, 15Х18СУ, 15Х25Т, 15Х28, 14Х17Н2, 20Х17Н2, 10Х1 3СУ, 40Х9С2, M
	TU 14-1-2889-80
	TU14-1-1958-77
	TU14-1-2533-78
		Wysokochromowe żaroodporne 15Х11МФ, 18Х11МНФБ, 20Х12ВНМФ, 11Х11Н2В2МФ, 13Х11Н2В2МФ, 13Х14НЗВ2ФР, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР

Austenityczne i austenityczno-ferrytyczne		Kwasowo-odporne na 04х18н10, 08х18н10, 08х18н10, 12х18н9, 12х18н9, 17х10, 12х18н1 Зз, 08х17н15зз, 08х18н12т, 08х10н20т2, 10х14г14нз, 10х14г14н4т, 10х14AG15, 15х17AG14, 07х21г7 AFT, 03x21n21m4GB, 12X17G9AN4, 08X18G8N2T, 15Х18Н12С4ТУ
Austenityczne i austenityczno-ferrytyczne	TU108.11.595-87
Austenityczno-martenzytyczny		07Х16Н6, 09Х17Н7У, 09Х17Н7УТ, 08Х17Н5МЗ, 08Х17Н6Т, 09Х15Н8У, 20Х13Н4Г9

Ferrytyczno-austenityczny		Kwasoodporny o wysokiej wytrzymałości 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т.08Х21Н6
Ferrytyczno-austenityczny	TU14-1-1958-77	10Х25Н6АТМФ
Ferrytyczno-austenityczny		12Х25Н5ТМФЛ
Ferrytyczno-austenityczny	TU14-1-1541-75	03Х23Н6, 03Х22Н6М2
Austenityczny		Żaroodporne 20Х23Н13, 10Х23Н18, 20Х23Н18, 08Х20Н14С2, 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, 12Х25Н16G7AR, 36Х18Н25С2, 45Х22Н 4МЗ, 55Х20Г9AN4
		KhN38VT, KhN60Yu, KhN70Yu, KhN78T
Austenityczny		Żaroodporne 10Х11Н20ТЗР, 10Х11Н23ТЗМР, 08Х16Н13М2Б, 09Х16Н15МЗБ, 08Х15Н24В4ТР, 31Х19Н9МВБТ, 10Х11Н 20ТЗР, 37Х12Н8Г8МФБ, 45Х14Н14В2М, 09X14N19V2BR, 09X14N19V2BR1, 40X15N7G7F2MS, 09X14N16B
Stopy żelaza z niklem i na bazie niklu		KhN35VT, KhN35VTYu, KhN32T, KhN38VT, KhN80TBYu, KhN67MVTYu

W przypadku stali wysokostopowych o ograniczonej spawalności obróbka cieplna przed spawaniem jest inna (odpuszczanie w temperaturze 650-710°C z chłodzeniem powietrzem lub hartowanie w wodzie od 1050-1100°C). Podczas spawania większości stali z tej grupy wymagane jest podgrzanie do temperatury 200-300°C.

Po spawaniu, w celu odciążenia i zmniejszenia twardości, części są odpuszczane w temperaturze 650-710°C. Do spawania wielu stali austenitycznych wymagane jest hartowanie w wodzie o temperaturze 1050-1100°C.

W przypadku słabo spawalnych stali wysokostopowych przed spawaniem zaleca się odpuszczanie różnych stali w określonych warunkach.

Dla całej grupy stali wymagane jest podgrzanie do temperatury 200-300°C. Spawanie stali 110G13L w stanie hartowanym odbywa się bez podgrzewania. Obróbkę cieplną po spawaniu przeprowadza się według specjalnych instrukcji, w zależności od gatunku stali i przeznaczenia. W przypadku stali 110G13L obróbka cieplna nie jest wymagana.