Zavarljivost čelika: klasifikacija. Skupine zavarljivosti čelika

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Čelik je glavni konstrukcijski materijal. To je legura željeza i ugljika koja sadrži razne nečistoće. Sve komponente uključene u njegov sastav utječu na svojstva ingota. Jedna od tehnoloških karakteristika metala je sposobnost formiranja visokokvalitetnih zavarenih spojeva.

Čimbenici koji određuju zavarljivost čelika

Procjena zavarljivosti čelika vrši se prema vrijednosti glavnog pokazatelja - ugljičnog ekvivalenta S_{ekviv.. Ovo je uvjetni koeficijent koji uzima u obzir stupanj utjecaja sadržaja ugljika i glavnih legirajućih elemenata na karakteristike zavara.}

Sljedeći čimbenici utječu na zavarljivost čelika:

1. Sadržaj ugljika.
2. Prisutnost štetnih nečistoća.
3. Stupanj dopinga.
4. Prikaz mikrostrukture.
5. Uvjeti okoline.
6. Debljina metala.

Najinformativniji parametar je kemijski sastav.

Distribucija čelika po grupama zavarljivosti

Podložnosvi ovi čimbenici, zavarljivost čelika ima različite karakteristike.

Klasifikacija čelika prema zavarljivosti.

• Dobar (kada je S_{eq≧0, 25%): za dijelove od niskougljičnog čelika; ne ovisi o debljini proizvoda, vremenskim uvjetima, dostupnosti pripremnih radova.}
• Zadovoljavajući (0,25%≦S_{eq≦0,35%): postoje ograničenja u pogledu uvjeta okoline i promjera zavarene konstrukcije (temperatura zraka do -5, u mirnom vrijeme, debljina do 20 mm).}
• Limited (0,35%≦C_{eq≦0,45%): Za stvaranje kvalitetnog šava potrebno je prethodno zagrijavanje. Pospješuje "glatke" austenitne transformacije, stvaranje stabilnih struktura (feritno-perlitne, bainitne).}
• Loše (S_{eq≧0, 45%): stvaranje mehanički stabilnog zavarenog spoja nemoguće je bez prethodne temperaturne pripreme metalnih rubova, kao i naknadne toplinske obrade zavarene konstrukcije. Potrebno je dodatno zagrijavanje i glatko hlađenje kako bi se formirala željena mikrostruktura.}

Grupe zavarljivosti čelika olakšavaju navigaciju tehnološkim značajkama zavarivanja specifičnih razreda legura željeza i ugljika.

toplinska obrada

Ovisno o skupini zavarivosti čelika i odgovarajućim tehnološkim značajkama, karakteristike zavarenog spoja mogu se prilagoditi uzastopnim temperaturnim efektima. Postoje 4 glavne metode toplinske obrade: kaljenje, kaljenje,žarenje i normalizacija.

Najčešći su kaljenje i kaljenje za tvrdoću i istovremenu čvrstoću vara, ublažavanje naprezanja, sprječavanje pucanja. Stupanj kaljenja ovisi o materijalu i željenim svojstvima.

Provodi se toplinska obrada metalnih konstrukcija tijekom pripremnih radova:

• žarenje - za ublažavanje naprezanja unutar metala, osiguravajući njegovu mekoću i savitljivost;
• predgrijano radi smanjenja temperaturne razlike.

Racionalno upravljanje temperaturnim utjecajima omogućuje:

• pripremite dio za rad (oslobodite sva unutarnja naprezanja mljevenjem zrna);
• smanjite temperaturne razlike na hladnom metalu;
• poboljšajte kvalitetu zavarenog predmeta termičkom korekcijom mikrostrukture.

Korekcija svojstava prema temperaturnim razlikama može biti lokalna ili opća. Grijanje rubova provodi se pomoću plinske ili električne opreme. Za zagrijavanje cijelog dijela i glatko njegovo hlađenje koriste se posebne peći.

Utjecaj mikrostrukture na svojstva

Suština procesa toplinske obrade temelji se na strukturnim transformacijama unutar ingota i njihovom učinku na skrućivani metal. Dakle, kada se zagrije na temperaturu od 727 ˚C, to je mješovita zrnasta austenitna struktura. Metoda hlađenja određuje opcije transformacije:

1. Unutar pećnice (brzina 1˚C/min) - perlitne strukture se formiraju s tvrdoćom od oko 200 HB (tvrdoća po Brinellu).
2. Uključenozrak (10˚S/min) – sorbitol (feritno-perlitna zrna), tvrdoća 300 HB.
3. Ulje (100˚C/min) – troostit (feritno-cementitna mikrostruktura), 400 HB.
4. Voda (1000˚C/min) – martenzit: tvrda (600 HB) ali krhka iglasta struktura.

Zavareni spoj mora imati dovoljnu tvrdoću, čvrstoću, pokazatelje kvalitete plastičnosti, tako da martenzitne karakteristike šava nisu prihvatljive. Legure s niskim udjelom ugljika imaju feritnu, feritno-perlitnu, feritno-austenitnu strukturu. Srednje ugljični i srednje legirani čelici - perlitni. Visokougljični i visokolegirani - martenzit ili troostit, što je važno dovesti do feritno-austenitnog oblika.

Zavarivanje blagog čelika

Zavarljivost ugljičnih čelika određena je količinom ugljika i nečistoća. Oni su u stanju izgorjeti, pretvarajući se u plinovite oblike i dajući poroznost šava niske kvalitete. Sumpor i fosfor mogu se koncentrirati na rubovima zrna, povećavajući krhkost strukture. Zavarivanje je najjednostavnije, međutim, zahtijeva individualni pristup.

Ugljični čelik uobičajene kvalitete podijeljen je u tri grupe: A, B i C. Radovi zavarivanja se izvode s metalom grupe C.

Zavarljivost čelika razreda VST1 - VST4, u skladu s GOST 380-94, karakterizira odsutnost ograničenja i dodatnih zahtjeva. Zavarivanje dijelova promjera do 40 mm odvija se bez zagrijavanja. Mogući pokazatelji u razredima: G - visok sadržaj mangana; kp, ps, cn - “kipuće”, “polu-mirno”, “smireno”odnosno.

Niskougljični kvalitetni čelik predstavljen je razredima s oznakom stotinke ugljika, što ukazuje na stupanj deoksidacije i sadržaj mangana (GOST 1050-88): čelik 10 (također 10kp, 10ps, 10G), 15 (također 15kp, 15ps, 15G), 20 (također 20kp, 20ps, 20G).

Da bi se osigurao kvalitetan zavar, potrebno je provesti proces zasićenja zavarenog bazena ugljikom C i manganom Mn.

Metode zavarivanja:

1. Ručni luk pomoću posebnih, inicijalno kalciniranih elektroda, promjera 2 do 5 mm. Vrste: E38 (za srednju čvrstoću), E42, E46 (za dobru čvrstoću do 420 MPa), E42A, E46A (za visoku čvrstoću složenih konstrukcija i njihov rad u posebnim uvjetima). Zavarivanje šipkama OMM-5 i UONI 13/45 izvodi se pod djelovanjem istosmjerne struje. Rad s elektrodama TsM-7, OMA-2, SM-11 izvodi se strujom bilo koje karakteristike.
2. Plinsko zavarivanje. Najčešće nepoželjno, ali moguće. Izvodi se pomoću žice za punjenje Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Tanki niskougljični metal (d 8mm) zavaren je na lijevi način, debeli (d 8mm) - na pravi način. Nedostaci u svojstvima šava mogu se ukloniti normalizacijom ili žarenjem.

Zavarivanje niskougljičnih čelika izvodi se bez dodatnog zagrijavanja. Za pojedinosti jednostavnog obrasca nema ograničenja. Važno je zaštititi volumetrijske i rešetkaste strukture od vjetra. Poželjno je zavarivati složene objekte u radionici na temperaturi ne nižoj od 5˚S.

Dakle, za razrede VST1 - VST4, čelik 10 - čelik 20 - zavarljivost je dobra, praktičkibez ograničenja, zahtijeva standardni individualni odabir metode zavarivanja, vrste elektrode i strujnih karakteristika.

Srednji i visokougljični konstrukcijski čelici

Zasićenost legure ugljikom smanjuje njezinu sposobnost stvaranja dobrih spojeva. U procesu toplinskog djelovanja luka ili plinskog plamena, sumpor se nakuplja uz rubove zrna, što dovodi do crvene lomljivosti, fosfor do hladnokrhkosti. Najčešće se zavaruju materijali legirani manganom.

Ovo uključuje konstrukcijske čelike obične kvalitete VSt4, VSt5 (GOST 380-94), visokokvalitetne 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) različite metalurške proizvodnje.

Suština rada je smanjiti količinu ugljika u bazenu za zavarivanje, zasićiti metal u njemu silicijem i manganom te osigurati optimalnu tehnologiju. Istodobno, važno je spriječiti prekomjerne gubitke ugljika, koji mogu dovesti do destabilizacije mehaničkih svojstava.

Značajke zavarivanja sa srednje i visokougljičnim čelicima:

1. Početno grijanje ruba do 100-200˚S za širinu do 150 mm. Bez dodatnog zagrijavanja zavaruju se samo Vst4 i čelik 25. Za srednje ugljične čelike sa zadovoljavajućom zavarljivošću provodi se puna normalizacija prije početka rada. Za čelike s visokim udjelom ugljika potrebno je prethodno žarenje.
2. Lučno zavarivanje se izvodi obloženim kalciniranim elektrodama, veličine od 3 do 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), pod istosmjernom strujom. moguće raditi ufluks ili zaštitni plinovi (CO_{2, argon).}
3. Plinsko zavarivanje se izvodi plamenom za naugljičenje, lijevom metodom, uz predgrijavanje na temperaturu od 200˚C, uz ravnomjerno nisko napajanje acetilena.
4. Obavezna toplinska obrada dijelova: stvrdnjavanje i kaljenje ili zasebno kaljenje kako bi se smanjila unutarnja naprezanja, spriječila pucanje, omekšale očvrsnute martenzitne i troostitne strukture.
5. Kontaktno točkasto zavarivanje izvodi se bez ograničenja.

Tako se srednje i visokougljični konstrukcijski čelici zavaruju praktički bez ograničenja, na vanjskoj temperaturi od najmanje 5˚S. Na nižim temperaturama obavezno je početno predgrijavanje i visokokvalitetna toplinska obrada.

Zavarivanje niskolegiranih čelika

Legirani čelici su čelici koji su zasićeni raznim metalima tijekom taljenja kako bi dobili željena svojstva. Gotovo svi imaju pozitivan učinak na tvrdoću i čvrstoću. Krom i nikal dio su toplinski otpornih i nehrđajućih legura. Vanadij i silicij daju elastičnost, koriste se kao materijal za proizvodnju opruga i opruga. Molibden, mangan, titan povećavaju otpornost na habanje, volfram - crvenu tvrdoću. Istodobno, pozitivno utječući na svojstva dijelova, pogoršavaju zavarljivost čelika. Osim toga, povećava se stupanj stvrdnjavanja i stvaranje martenzitnih struktura, unutarnja naprezanja i opasnost od pucanja u šavovima.

Zavarljivost legiranih čelika također je određena njihovimkemijski sastav.

Niskolegirani niskougljični čelici 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) dobro su zavareni. U standardnim uvjetima ne zahtijevaju dodatno zagrijavanje i toplinsku obradu na kraju procesa. Međutim, neka ograničenja i dalje postoje:

• Uski raspon dopuštenih toplinskih uvjeta.
• Radove treba izvoditi na temperaturi ne nižoj od -10˚S (u uvjetima nižih atmosferskih temperatura, ali ne nižih od -25˚S, primijeniti predgrijavanje do 200˚S).

Mogući načini:

• Elektrolučno zavarivanje istosmjernom strujom 40 do 50 A, elektrode E55, E50A, E44A.
• Automatsko zavarivanje pod vodom pomoću žice za punjenje Sv-08GA, Sv-10GA.

Zavarljivost čelika 09G2S, 10G2S1 je također dobra, zahtjevi i mogući načini implementacije su isti kao i za legure 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Važna karakteristika legura 09G2S, 10G2S1 je nepostojanje potrebe za pripremom rubova za dijelove promjera do 4 cm.

Zavarivanje srednje legiranih čelika

Srednje legirani čelici 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) daju značajniju otpornost na stvaranje labavih šavova. Spadaju u grupu sa zadovoljavajućom zavarljivošću. Zahtijeva predgrijavanje na temperature od 150-200˚S, višeslojne zavare, stvrdnjavanje i kaljenje po završetku zavarivanja. Opcije:

• Struja i promjer elektrode kod zavarivanja električnim lukomodabire se strogo ovisno o debljini metala, uzimajući u obzir činjenicu da su tanji rubovi više stvrdnuti tijekom rada. Dakle, s promjerom proizvoda od 2-3 mm, trenutna vrijednost treba biti unutar 50-90 A. Uz debljinu ruba od 7-10 mm, istosmjerna struja obrnutog polariteta povećava se na 200 A pomoću elektroda 4-6 mm. Koriste se šipke sa zaštitnim premazima od celuloze ili kalcijevog fluorida (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Pri radu u zaštitnom plinskom okruženju CO_{2 potrebno je koristiti žicu Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM promjera do do 2 mm.}

Metoda argonskog luka ili zavarivanje pod vodom često se koristi za ove materijale.

Čelici otporni na toplinu i visoke čvrstoće

Zavarivanje legurama željezo-ugljik otpornim na toplinu 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF mora se izvesti uz predgrijavanje na temperature od 300-450˚S, uz konačno stvrdnjavanje i visoko kaljenje..

• Električno lučno zavarivanje na kaskadni način za oblikovanje višeslojnog šava, korištenjem kalciniranih obloženih elektroda UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Plinsko zavarivanje s dovodom acetilena 100 dm3/mm pomoću materijala za punjenje Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Priključak cijevi se izvodi uz prethodno plinsko grijanje cijelog spoja.

Prilikom zavarivanja srednje legiranih materijala visoke čvrstoće 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, važno je pridržavati se istih pravila kao i za čelike otporne na toplinu, uzimajući u obzir neke nijanse:

• Temeljito čišćenjerubovi i korištenje kvačica.
• Žarenje elektrode na visokim temperaturama (do 450˚C).
• Zagrijte do 150˚C za dijelove debljine preko 2 cm.
• Sporo hlađenje šavova.

Visoko legirani čelici

Pri zavarivanju visokolegiranih čelika neophodna je upotreba posebne tehnologije. To uključuje ogroman raspon nehrđajućih legura otpornih na toplinu i toplinu, neke od njih: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZK17, 03Kh16N15MZK17. Zavarljivost čelika (GOST 5632-72) pripada 4. skupini.

Karakteristike zavarljivosti visokog ugljičnog visoko legiranog čelika:

1. Neophodno je smanjiti jačinu struje u prosjeku za 10-20% zbog njihove niske toplinske vodljivosti.
2. Zavarivanje treba izvesti s razmakom, elektrodama veličine do 2 mm.
3. Smanjite sadržaj fosfora, olova, sumpora, antimona, povećajte obilje molibdena, vanadija, volframa korištenjem posebnih obloženih šipki.
4. Potreba za formiranjem mješovite mikrostrukture zavara (austenit + ferit). To osigurava duktilnost nanesenog metala i minimiziranje unutarnjih naprezanja.
5. Obavezno grijanje rubova uoči zavarivanja. Temperatura se bira u rasponu od 100 do 300˚S, ovisno o mikrostrukturi struktura.
6. Izbor obloženih elektroda u elektrolučnom zavarivanju određen je vrstom zrna, svojstvima i radnim uvjetima dijelova: za austenitni čelik 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 sa Sv-06Kh19N9T premazi,Sv-02X19H9; za martenzitni čelik 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 presvučen Sv-08Kh17T; za austenitno-feritni čelik 12Kh21N5T: TsL-33 presvučen Sv-08Kh11V2MF.
7. Kod plinskog zavarivanja, dovod acetilena treba odgovarati vrijednosti od 70-75 dm3/mm, žica za punjenje je Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Operacije pod potopljenim lukom moguće su pomoću NZh-8.

Zavarljivost čelika je relativan parametar. Ovisi o kemijskom sastavu metala, njegovoj mikrostrukturi i fizikalnim svojstvima. Istovremeno, sposobnost formiranja visokokvalitetnih spojeva može se prilagoditi uz pomoć promišljenog tehnološkog pristupa, posebne opreme i radnih uvjeta.