Про що йдеться? Зварюваність сталі показує, наскільки міцним буде з'єднання і чи можна взагалі використовувати той чи інший спосіб у конкретному випадку. Річ у тім, що деякі домішки збільшують ймовірність дефекту шва і погіршують його міцність.
Як дізнатися? Для визначення цього показника найчастіше використовують таблицю зварюваності, в якій вказані параметри найбільш ходових марок сталі. Однак можна зробити обчислення за кількома формулами, щоб визначити необхідну технологію зварювання.
Зварюваністю сталі заведено називати ступінь, у якій вона здатна формувати якісне і міцне зварне з'єднання. Шов при цьому повинен забезпечувати необхідні експлуатаційні якості готового виробу - металоконструкції, механізму, трубопроводу тощо. Інакше кажучи, характеристики міцності, щільність металу та інші властивості мають бути максимально близькими до таких у матеріалу деталей, що з'єднуються.
Зварюваність може бути двох видів: фізична і технологічна. Перша стосується чистих металів і технічних сплавів, які утворюють хімічні зв'язки в зварному шві. Технологічна зварюваність - це сукупність характеристик металу в місцях з'єднання, включно з навколошовною зоною, які повинні забезпечувати необхідну надійність і довговічність під час експлуатації.
Розрізняють чотири групи зварюваності сталі за сукупністю характеристик: добре, задовільно, обмежено і марки, що погано піддаються зварюванню. Під час зварювання металевих елементів також величезну роль відіграє кваліфікація фахівця - у досвідченого зварника якість швів завжди краща, ніж у стажера.
Група за зварюваністю / Вміст вуглецю, % / Вміст легуючих елементів, % / Марка сталі / Особливості проведення зварювального процесу
Користуючись даними цієї таблиці, можна уникнути помилок під час підбору режиму і способу зварювання для конкретного металу. Додаткові умови під час формування зварних з'єднань потрібні, як правило, під час роботи з вуглецевими і середньо- або високолегованими типами сталі. Для зварювання елементів з низьковуглецевих і низьколегованих марок металу особливих обмежень не існує.
На відміну від вуглецевих типів сталі, які містять мінімум домішок, легування істотно змінює картину. Шкідливі добавки містять тією чи іншою мірою всі сталеві сплави. До числа компонентів, що негативно впливають на зварюваність сталі, відносяться: сірка, яка в концентрації понад 0,06 % призводить до утворення гарячих тріщин, і фосфор, який за обсягу понад 0,08 % сприяє холодному розтріскуванню.
Перелічимо легувальні добавки, що впливають на зварюваність сталі:
Зі зростанням процентної частки добавок зварюваність легованої сталі стає все менш прогнозованою.
Для того щоб зрозуміти, як здатність конкретного сталевого сплаву залежить від хімічного складу, для підвищення загартовуваності необхідно враховувати і легуючі добавки. Вміст кожної з них перераховується в еквівалентну за впливом на здатність до загартовування кількість вуглецю з використанням емпіричних коефіцієнтів. Для сумарної кількості в металі вуглецю та еквівалентних йому легувальних добавок використовують термін "вуглецевий еквівалент".
Формули для його розрахунку складено за низкою методик, що дають змогу визначити, як хімічний склад низьколегованої сталі позначається на її зварюваності:
Цифрами тут вказано процентний вміст (у масових частках) відповідного хімічного елемента.
Розрахунок для певних типів сталі проводиться за відповідною формулою. На практиці для розроблення технології зварювання можна використовувати вуглецевий еквівалент. Метод Сеферіана часто застосовують, розраховуючи вуглецеві еквіваленти для вуглецевих і низьколегованих перлітних сталей.
Вуглецеві типи сталі
Зварюваність вуглецевих марок сталі має низку особливостей, тому зварювальні роботи вимагають виконання деяких умов. Наприклад, з'єднуючи два елементи, слід розташувати їх таким чином, щоб шов розташовувався "у висячому положенні", використовуючи скоби, струбцини та інші подібні фіксатори. Для роботи з конструкцією потрібно застосовувати спеціальний робочий стіл.
Під час зварювання товстих деталей або в кілька шарів допустимо прихоплювати елементи з лицьового боку швів. Для того щоб сформувати якісне з'єднання, необхідно, щоб метал шва і навколошовної зони був за міцністю максимально близький до міцності матеріалу деталей, що зварюються.
Низьковуглецеві типи сталі
Зварювання деталей з таких марок сталі, що містять, крім вуглецю, легувальні елементи, може здійснюватися будь-якими методами і не вимагає від зварника особливої майстерності.
Середньовуглецеві типи сталі
Вуглець, що міститься в сталі цієї групи в досить високій концентрації, ускладнює зварювання. Проблема полягає в тому, що характеристики міцності металу деталей, що з'єднуються, і зварного шва різняться. Крім того, по краях місць з'єднань часто відбувається розтріскування. Також можливе формування вогнищ підвищеної крихкості.
Для того щоб уникнути цих неприємностей, зварювання проводять електродами, стрижні яких виконані з низьковуглецевого металу.
Від проплавлення метал деталей, що з'єднуються, можна убезпечити, зробивши оброблення їхніх крайок.
Під час зварювання сплаву із вмістом вуглецю, що наближається до цього показника у високовуглецевих сталей, рекомендується користуватися спеціальним флюсом.
Високовуглецеві типи сталі
Зварювання заготовок зі сталі з високим вмістом вуглецю пов'язане з серйозними проблемами. Для зварювальних робіт з деталями з таких сплавів доводиться вдаватися до альтернативних методів.
Один з них полягає в зварюванні ацетиленовими пальниками, які повинні мати потужність горіння, що вимагає витрати ацетилену від 75 до 90 дм3/год на 1 мм товщини швів.
Аустенітні типи сталі
Сталеві сплави цієї групи містять гранецентровану високотемпературну модифікацію металу або аустеніт. Хромонікелеві види сталі з такою первинною кристалічною структурою застосовуються для виготовлення деталей, експлуатація яких пов'язана з впливом агресивного середовища та екстремальної температури.
Для зварювання деталей з аустенітної хромонікелевої сталі використовують електроди зі стрижнями з низьковуглецевого металу, що дає можливість уникнути міжкристалічної корозії в пришовній зоні та корозійних тріщин.
Нержавіюча сталь
Для надання сталевим сплавам стійкості до корозії до їхнього складу вводять хром і нікель.
Особливості зварюваності хромованих типів сталі призводять до високого ризику окислення металу на крайках деталей, що з'єднуються, при високій (до +500 °С) температурі.
Для того щоб уникнути можливого окислення сталі на стиках, вдаються до дугового зварювання неплавкими електродами в захисній атмосфері аргону або TIG-зварювання, які виключають присутність кисню в робочій зоні.
Інструментальні типи сталі
Особлива твердість і високі механічні характеристики сталевих сплавів цієї групи дають змогу використовувати їх для виготовлення робочих частин ріжучих інструментів, оснащення, штампів і виробів, що добре тримають кромку за високої температури.
Зварні шви в даному випадку повинні відповідати дуже високим вимогам. У таких з'єднаннях неприпустима концентрація напружень навіть у найекстремальніших умовах експлуатації.
Зварювання елементів зі сталевих сплавів цієї групи проводять спеціальними електродами, такими як УОНИ-13/НЖ/20Ж13.
Для зварювання деталей спеціального призначення з вуглецевої сталі застосовують електроди, точно підібрані відповідно до особливостей зварюваності конкретного сплаву.
Якість зварних з'єднань визначає зварюваність різних марок сталі. У наш час існує безліч різних сплавів, які добре піддаються зварюванню і мають високі експлуатаційні характеристики. Для того щоб отримати міцні та довговічні вироби, важливо підібрати метал, що відповідає конкретним вимогам.
