Глава 7. Свариваемость металлов и сплавов

Под свариваемостью понимают способность металлов и сплавов обеспечивать получение качественного сварного соединения. Свариваемость зависит от технологических свойств материала, его химического состава, способа и режима сварки, конструкции сварных узлов и условий эксплуатации.

Неоднородность свойств сварного шва, зоны термического влияния и основного металла обусловлена разницей в структуре, размере зерна и другими факторами.

Свариваемость углеродистых сталей зависит, в первую очередь, от содержания углерода. Чем больше углерода, тем хуже свариваемость. Это связано с тем, что большие скорости охлаждения при сварке приводят к образованию твердой и хрупкой структуры, которая увеличивает вероятность образования трещин. При этом, чем больше углерода, тем выше твердость и хрупкость сварного шва. Чтобы уменьшить скорость охлаждения при сварке, свариваемые изделия подогревают.

По свариваемости углеродистые стали делятся на:

- хорошо свариваемые (С< 0, 25 %) - стали не требуют дополнительного нагрева и обеспечивают получение качественного шва;

- удовлетворительно свариваемые (С=0, 25…0, 35 %). Если сварка проводится при температуре ниже 10°С, то необходим подогрев до 100°С;

- ограниченно свариваемые (С=0, 35…0, 45 %) требуют подогрева до температуры 250…300 °С;

- плохо свариваемые (С> 0, 45 %) требуют подогрева до температуры выше 400°С.

Все легирующие элементы повышают склонность стали к образованию трещин. Поэтому большинство легированных сталей необходимо в процессе сварки подогревать.

Для чугуна, который содержит больше углерода (2, 5…3, 5 %), кремния (1, 0…4, 5 %), серы (до 0, 2 %) и фосфора (до 0, 2 %) по сравнению со сталью, характерна плохая свариваемость. При быстром охлаждении образуется белый чугун, в котором присутствуют включения Fe₃C, что делает его твердым и хрупким. Поэтому чугун рекомендуется сваривать, используя предварительный подогрев.

В зависимости от температуры подогрева различают:

- холодную сварку чугуна (t_под < 200 °С);

- полу горячую сварку чугуна (t_под = 250…450°С);

- горячую сварку чугуна (t_под = 600…700°С).

Существуют такие виды холодной сварки:

1. Сварка с простановкой шпилек, которая используется при сварке крупных изделий толщиной более 8 мм. Вначале разделывают кромки деталей (угол разделки 90°), затем в шахматном порядке насверливают отверстия, нарезают в них резьбу и ввертывают шпильки. В начале обваривают шпильки кольцевыми швами, затем сваривают кольцевые швы между собой. Простановка шпилек позволяет усилить связь металла шва с основным металлом.

2. Сварка пучком электродов (один или два стальных электрода и один медный). В этом случае образуется столько дуг, сколько электродов, имеет место блуждающая дуга, что приводит к рассредоточению тепла по всему объёму.

3. Сварка железно-никелевыми электродами (в этом случае в шве образуется сплав железа с никелем) применяется тогда, когда после сварки требуется механическая обработка.

Холодную сварку применяют в тех случаях, когда затруднительно или экономически нецелесообразно производить предварительно нагрев, или для изделий неответственного назначения, так как избежать закалки, появления хрупких участков в зоне плавления при сварке без подогрева не удаётся.

Полугорячую сварку используют для деталей небольшой толщины и при небольшом объёме наплавленного металла. Свариваемые детали засыпают сухим песком или шлаком, чтобы снизить скорость их охлаждения. Сварку выполняют в основном ацетиленокислородным пламенем.

Для проведения горячей сварки используют чугунные электроды с покрытием, которое содержит 50% графита. Горячая сварка обеспечивает высокое качество сварного соединения и устраняет образование трещин. Применяется для наиболее ответственных деталей, которые имеют сложную форму. Наиболее часто сварку осуществляют ацетиленокислородным пламенем.

Контрольные вопросы

1. Что такое свариваемость?

2. От каких факторов зависит свариваемость стали?

3. На какие группы делятся углеродистые стали по сваривае­мости?

4. Как можно избежать появления трещин в процессе сварки большинства легированных сталей?

5. Объясните причину плохой свариваемости чугуна.

6. Какие Вам известны виды сварки чугуна?