Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

1. Материалы для изготовления сварных конструкций и их свариваемость.

О. Г. Быковский, В. В. Пешков

Справочник сварщика
АННОТАЦИЯ

В справочнике систематизирована информация о свариваемости всех конструкционных сплавов, об электродных материалах и технических возможностях известных способов электрической и газовой сварки, резки, наплавки и напыления сталей и сплавов. Приведены параметры режима этих технологических процессов, технические характеристики современного оборудования для ручных и механизированных способов сварки, резки, наплавки и напыления при изготовлении металлоконструкций.

Рассчитан на инженерно-технических работников, работающих в области сборочно-сварочного производства, будет полезен студентам, обучающимся по специальности «Оборудование и технология сварочного производства» в учебных заведениях всех уровней аккредитации.

Предисловие

Предлагаемое издание рассчитано на пользователя, в достаточной мере владеющего необходимыми знаниями в области сварки, наплавки и резки металлов. В справочнике содержатся обобщенные сведения, полученные на основании анализа опубликованной за последние годы справочной литературы. Сжатая форма подачи материала сопровождается короткими комментариями относительно преимуществ и недостатков практического использования тех или иных сварочных материалов, способов сварки и резки, технологии и оборудования, способов контроля качества сварных изделий. Тем не менее приведенных сведений вполне достаточно, чтобы в первом приближении сформулировать последовательность технологического процесса изготовления сварной конструкции: свойства основного металла, трудности, обусловленные его свариваемостью, и пути их преодоления; в зависимости от степени ответственности изделия выбор способа сварки и сварочных материалов, назначение параметров режима сварки, определение элементов технологии и техники сварки, выбор необходимого сварочного оборудования, методов и аппаратуры для контроля качества сварных соединений, мероприятия по безопасному выполнению сварочных и газорезальных работ и охране труда. Таким же образом может быть обозначена и последовательность действий при разработке технологии наплавочных работ, напыления и металлизации.

Такой справочник сделает его весьма полезным карманным пособием и для специалиста, занятого повседневной работой по проектированию и изготовлению сварных конструкций, и рабочего - сварщика, и учащегося любого уровня обучения по специальности «Оборудование и технология сварочного производства».

Правда, в этот переходный период очень трудно проследить, вся ли номенклатура электродных материалов и оборудования, приведенных в справочнике, изготавливается предприятиями России и стран СНГ, все ли бывшие предприятия - поставщики этой продукции работают в полной мере.

Поэтому авторы адресует заинтересованного клиента к специализированным фирмам-посредникам, которые могут удовлетворить любые пожелания относительно приобретения материалов и оборудования как отечественного производства, так и других стран мира. В этих фирмах работают квалифицированные специалисты в области сварочного производства, и их советам можно доверять в полной мере.

Авторы в полной мере понимают, что попытка создания такого справочника не свободна от недостатков и заранее благодарны пользователям за конструктивную критику и пожелания, которые будут учтены в дальнейшей работе.

1. Материалы для изготовления сварных конструкций и их свариваемость.

Передтем, как выбрать способ сварки, электродные материалы и разработать технологию сварки металлоконструкции, необходимо иметь четкое представление не только о марке материала, его химическом составе и механических свойствах, но и такой важной характеристике, как его свариваемость.

1. 1. Маркировка и свариваемость углеродистых сталей

Углеродистую сталь обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005 изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры - условный номер марки в зависимости от химического состава, буква «Г» - марганец при его массовой доле в стали 0, 80% и более, буквы «кп», «пс», «сп» - степень раскисления стали: «кп» - кипящая, «пс» - полуспокойная, «сп» - спокойная.

Химический состав стали должен соответствовать нормам указанным в таблице 1. 1.

Марка стали	Массовая доля химических элементов, %
Марка стали	углерода	марганца	кремния
Ст0 Ст1кп Ст1пс Ст1сп Ст2кп Ст2пс Ст2сп Ст3кп Ст3пс Ст3сп Ст3Гпс Ст3Гсп Ст4кп Ст4пс Ст4сп Ст5пс Ст5сп Ст5Гпс Ст6пс Ст6сп	не более 0, 23 0, 06 - 0, 12 0, 06 - 0, 12 0, 06 - 0, 12 0, 09 - 0, 15 0, 09 - 0, 15 0, 09 - 0, 15 0, 14 - 0, 22 0, 14 - 0, 22 0, 14 - 0, 22 0, 14 - 0, 22 0, 14 - 0, 20 0, 18 - 0, 27 0, 18 - 0, 27 0, 18 - 0, 27 0, 28 - 0, 37 0, 28 - 0, 37 0, 22 - 0, 30 0, 38 - 0, 49 0, 38 - 0, 49	- 0, 25 - 0, 50 0, 25 - 0, 50 0, 25 - 0, 50 0, 25 - 0, 50 0, 25 - 0, 50 0, 25 - 0, 50 0, 30 - 0, 60 0, 40 - 0, 65 0, 40 - 0, 65 0, 80 – 1, 10 0, 80 – 1, 10 0, 40 - 0, 70 0, 40 - 0, 70 0, 40 - 0, 70 0, 50 - 0, 80 0, 50 - 0, 80 0, 80 - 1, 20 0, 50 - 0, 80 0, 50 - 0, 80	- не более 0, 05 0, 05 - 0, 15 0, 15 - 0, 30 не более 0, 05 0, 05 - 0, 15 0, 15 - 0, 30 не более 0, 05 0, 05 - 0, 15 0, 15 - 0, 30 не более 0, 15 0, 15 - 0, 30 не более 0, 05 0, 05 - 0, 15 0, 15 - 0, 30 0, 05 - 0, 15 0, 15 - 0, 30 не более 0, 15 0, 05 - 0, 15 0, 15 - 0, 30

Массовая доля хрома, никеля, меди в стали всех марок, кроме Ст0, должна быть не более 0, 30% каждого. В стали марки Ст0 массовая доля хрома, никеля, меди не нормируется.

Массовая доля серы в стали всех марок, кроме Ст0, должна быть не более 0, 050%, фосфора – не более 0, 040%. В стали марки Ст0 массовая доля серы должна быть не более 0, 060%, фосфора – не более 0, 070%.

Стали марок Ст1, Ст2, Ст3 всех категорий и степеней раскисления как с нормальным, так и с повышенным содержанием марганца, выпускаются с гарантированной свариваемостью.

Качественную углеродистую конструкционную сталь маркируют по номинальному содержанию углерода. Наименование марки — содержание углерода в сотых процента, например, в стали 45 содержится 0, 45% углерода. Допустимое отклонение по углероду 0, 03—0, 04%. Стали с номинальным содержанием углерода до 0, 20 % включительно могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными. Остальные стали — только спокойные. В обозначении кипящих и полуспокойных сталей после цифр ставят буквы «кп» или «пс». Если букв нет — сталь спокойная. По требованиям, предъявляемым к механическим свойствам, качественная сталь делится на пять категорий. Она может изготовляться без термообработки, термообработанной (шифр—Т) и нагартованной (шифр—Н). Нагартованной выпускают только калиброванную сталь и серебрянку. По назначению сталь делится на подгруппы: а — для горячей обработки давлением, б — для холодной механической обработки, в — для холодного волочения. Например: сталь 35-2-а, т. е. сталь с 0, 35% С, 2-ой категории, подгруппы а, нетермообработанная.

В качественных конструкционных сталях жестче ограничения по содержанию вредных примесей, чем в сталях обыкновенного качества.

Стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием (автоматные стали) содержат либо 0, 15—0, 30% S или Рb, либо около 0, 1 % S и до 0, 1 % Se. Маркируют их аналогично качественным сталям, но перед цифрами содержания углерода ставят буквы А для сернистых или АС для свинецсодержащих сталей. Если сталь содержит селен, то в конце марки ставится буква Е. Примеры марок: А12, А20, АС14, А35Е.

Углеродистую инструментальную сталь выпускают 16 марок: У7, У7А, У8, У8А, У9, У9А, У10, У10А, У11, У11А, У12, У12А, У13, У13А, У8Г, У8ГА. Буква «У» означает — сталь углеродистая инструментальная, цифры — содержание углерода в десятых долях процента, буква «Г» — сталь с повышенным содержанием марганца (около 0, 5%). Буква «А» означает, что сталь высококачественная, т. е. более чистая по сере, фосфору и содержанию случайных примесей.

Стали для отливок маркируют по содержанию углерода так же, как качественные конструкционные, но в конце марки добавляют букву «Л». Например, сталь 45Л.

Они характеризуются худшей свариваемостью по сравнению с аналогичными по составу конструкционными сталями, полученными прокаткой. В целом же относительно технологической свариваемости можно судить по данным табл. 1. 2.

1. 2 Группы технологической свариваемости сталей

Группа	Оценка свариваемости	Характеристика свариваемости
І ІІ	Хорошая Удовлетворительная	Сварные соединения высокого качества получают без применения особых приемов Для получения высококачественных сварных соединений необходимы строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, нормальные температурные условия, в некоторых случаях — подогрев, проковка швов, термообработка
ІІІ IV	Ограниченная Плохая	Для получения высококачественного сварного соединения необходимы дополнительные операции: подогрев, предварительная или последующая термообработка, проковка швов и др. Швы склонны к образованию трещин и при сварке необходим подогрев. Последующая термообработка обязательна. Качество сварных соединений пониженное. Стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций

С учетом этого фактора нужно следовать рекомендациям относительно использования тех или иных способов сварки согласно табл. 1. 3.

1. 3. Технологическая свариваемость и прочность при растяжении углеродистых сталей

Марка	σ _В, МПа	δ, %	Группа свариваемости		Рекомендуемые способы сварки ^*2
Марка	не менее ^*1		сварка плавлением	контактная сварка	Рекомендуемые способы сварки ^*2
СтО					Р, ПФ, ПЗ, ЭШ, К, Г
Ст 1					Р^3, ПФ^3, П3^*3, ЭШ, К, Г
Ст2, Ст2Г					То же
СгЗ, СтЗГ					»
Ст5, Ст5Г			II	І	Р^4, ПФ^4, ПЗ^*4, ЭШ, К
Ст6, Ст6Г			ІІ	-	Р⁴, ПФ^4, ПЗ^*4, ЭШ
08, 08кп			І	І	Р, ПФ. ПЗ, К, Г
10, 10кп			I	І	То же
15, 15кп			І	І	»
20, 20кп			I	І	»
			І	І	»
			ІІ	І	Р, ПФ, ПЗ, ЭШ, К, Г^*4
			II	І	Р^4, ПФ^4, ПЗ^4, ЭШ, К, Г^4
			ІІ	І	То же
			III	ІІ	Р^5, К, Г⁴
			ІІІ	II	То же
			IV	ІІІ	К^6, Г^4
			IV	III	К^*6
			IV	III	К*⁶
			IV	III	К*⁶
У7, У7А	-	-	IV	III	К*⁶
У8, У8А	-	-	IV	III	К*⁶
У 10, У10А	-	-	IV	III	К*⁶
У12, У12А	-	-	IV	III	К*⁶
15Л			І	-	Р, ПЗ, ЭШ, Г
20Л			I	-	То же
25Л			II	-	Р⁴, ПЗ ⁴, ЭШ, Г
ЗОЛ			II	-	То же
35Л			ІІ	-	»
40Л			III	-	Р^*5, Г
45Л			III	-	Р^*5, Г
50Л			III	-	Р^*5
55Л			III	-	—

^*¹ После нормализации.

^*² Обозначения способов сварки: Р — ручная дуговая, ПЗ — плавящимся электродом в защитном газе, НЗ — неплавящимся электродом в защитном газе, ПФ — под флюсом, ЭШ — электрошлаковая, К — контактная, Г — газовая.

^*3 Для толщины более 36 мм рекомендуются подогрев и последующая термообработка.

^*4 Рекомендуются подогрев и последующая термообработка.

^*5 Необходимы подогрев и последующая термообработка.

^*6 С последующей термообработкой.

1. 2. Маркировка и свариваемость легированных сталей

Основную массу легированных сталей составляют низколегированная (ГОСТ 19281—89), легированная конструкционная (ГОСТ 4543—71), теплоустойчивая (ГОСТ 20072—74) и высоколегированные стали и жаростойкие и жаропрочные железоникелевые сплавы (ГОСТ 5632—72). Маркировка всех перечисленных сталей однотипная. Первые две цифры — содержание углерода в сотых долях процента; буквы — условные обозначения легирующих элементов; цифра после буквы — примерное содержание легирующего элемента, причем единица и меньшие значения не ставятся. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная, т. е. с пониженным содержанием серы и фосфора.

Условные обозначения легирующих элементов следующие:

Элемент…………… N Nb W Mn Cu Se Co Mo

Обозначение………. А* Б В Г Д Е К М

Элемент……………Ni P B Si Ti V Cr Zr Al

Обозначение………Н П Р С Т Ф Х Ц Ю

* Обозначение азота ставится в середине марки.

Все легированные стали спокойные.

В зависимости от набора регламентированных характеристик низколегированные стали делятся на 15 категорий. Для всех категорий сталей регламентирован химический состав. Могут быть регламентированы также механические свойства при растяжении, изгиб в холодном состоянии и ударная вязкость при комнатной температуре, после механического старения и при следующих отрицательных температурах, °С: —20, —40, —50, —60, —70. Прочностные характеристики дифференцированы в зависимости от вида и толщины проката и марки стали.

Стали и сплавы, полученные специальными методами, дополнительно обозначают через дефис в конце наименования марки буквами:

ВД — вакуумно-дуговой переплав;

Ш — электрошлаковый переплав;

ВИ — вакуумно-индукционная выплавка.

Например, — марка 03Х18Н12-ВИ означает, что в стали содержится 0, 03 % С, 18 % Сr, 12 % Ni и сталь получена в вакуумной индукционной печи.

Рекомендации по использованию подходящих способов сварки легированных сталей и сплавов приведены в табл. 1. 4. и 1. 5.

1. 4 Технологическая свариваемость низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Марка	Группа свариваемости	Рекомендуемые способы сварки *¹

09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС	І	Р, ПФ, ПЗ, ЭШ, Г
14ХГС	І	Р, ПФ, ПЗ, Г
15Г2СФ, 15Г2СФД, 14Г2АФ, 15Г2АФДпс, 18Г2АФДпс, 12Г2СМФ, 12ГН2МФАЮ, 12ХГН2МФБАЮ	ІІ	Р, ПФ, ПЗ, ЭШ
15Х, 20Х	І	Р, ПЗ ^*2, Г
35Х	ІІ	Р ^*³, ЭШ

		Продолжение табл. 1. 4

40Х, 45Х, 50Х, 50Г, 45Г2	ІІІ	Р^4^{, 5}, К
20Г	І	Р, ПФ, К, Г
30Г, 40Г	ІІ	Р^⁶, ПФ^⁶
10Г2	І	Р, ПФ, ЭШ, К
18ХГТ	І	Р, К
30ХГТ	ІІ	Р^^{3, }⁶, К
35ХМ	ІІ	Р^4, ^5, ПФ^^4, ^5, ЭШ ^*5
30ХМ, 30ХМА	ІІ	Р^3, ^5, ПФ^3^, ^5, ПЗ^3^{, }⁵
15ХМ	І	Р^^{3, }⁶, ПФ^{3, }⁶, К, Г^4^{, }⁵
20ХМ	ІІ	Р^^{3, }⁶, ПФ^3^{, }⁶, Г^4^{, }⁵
40ХФА	ІІІ	Р^*4^{, 5}, К
40ХН	ІІІ	Р^^{4, }⁵, ПФ^4^{, 5}, ЭШ^*⁵
45ХН, 45ХН2МФА	ІІІ	Р^^{4, 5}
12ХН2, 12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А	ІІ	Р, ПФ
30ХНЗА	ІІІ	Р^{4, 5}, ЭШ^*5
20Х2Н4А	ІІІ	Р^{4, 5}^, ПФ^4^{, 5}, ЭШ ^*5
30ХГС, 30ХГСА	ІІ	Р^6, ПФ ^⁶, ПЗ ^⁶, ЭШ ^⁶, К
35ХГСА	ІІ	Р^⁶, ПФ ^⁶, ПЗ ^*⁶
38ХГН, 40Х2НМА, 40Х2Н2МА	ІІІ	Р^{4, 5}
18Х2Н4МА	ІІІ	Р^{4, }⁵, ПФ^^{4, }⁵, ЭШ ^*5
40ХФА	ІІІ	Р^{4, 5}, К ^*⁵
38ХГН, 30ХГСН2А, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА	ІІІ	Р^{4, 5}
34ХН1М, 34ХНЗМА	ІІ	Р^{4 5}, ЭШ ^*5

^*1 Обозначения способов сварки см. в табл. 1. 3

^*2 При сварке жестких конструкций рекомендуется подогрев.

^*3 Рекомендуется подогрев.

^*4 Необходим подогрев.

^*5 Необходима термообработка.

^*6 Рекомендуется термообработка.

1. 5 Технологическая свариваемость некоторых теплоустойчивых, высоколегированных, коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов

Марка	Группа свариваемости	Рекомендуемые способы сварки ^*1

12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т	І	Р ², НЗ ², ПФ ², ЭШ ², К
04Х18Н10, 03ХН23МДТ	І	Р
08Х18Н10Т, 12Х17Г9АН4	I	Р 2, НЗ ², ПФ ², ЭШ², К
15Х12ВНМФ, 40Х10С2М, 18Х11МНБФ	III	Р *³
15Х11МФ	ІІ	Р *³
08X13, 12X13	ІІ	Р^4,², ПФ⁴^,², ПЗ⁴^,*², К

		Продолжение табл. 1. 5

14Х17Н2, 20Х23Н13, 08Х22Н6Т	ІІ	Р
12X17, 08Х17Т, 15Х25Т	ІІІ	Р ², НЗ ²
31Х19Н9МВБТ, 36Х18Н25С2, ХН35ВТ	ІІІ	Р *⁵
12МХ	І	Р ⁴, ПФ ⁴, ЭШ
12Х1МФ	ІІ	Р ⁴, ПФ ⁴
20X13	II	Р ³, Н3 ³, К³, ⁵
15Х17АГ14	ІІ	Р, Н3
20Х13Н4Г9	ІІ	К
10Х14Г14Н4Т	ІІ	Р, ПФ, Н3, П3, К
09Х15Н8Ю	ІІ	Р^⁵, К^⁵
08Х17Н5МЗ	ІІ	Р⁵, НЗ ⁵, К
07Х16Н6	ІІ	Р *⁵
ХН78ВТ, ХН75М6ТЮ	І	Р, НЗ, К
ХН56МТЮ	ІІ	Н3

^*¹ Обозначения способов сварки см, в табл. 1. 3.

^*2 Рекомендуется термообработка.

^*3 Необходимы подогрев и последующая термообработка.

^*4 Рекомендуется подогрев.

^*5 Необходима термообработка.

Анализируя эти данные, можно сказать, что некоторые стали для улучшения свариваемости требуют предварительного подогрева.

Температура предварительного подогрева обычно находится в пределах 150 - 400°С, ее величина зависит от содержания углерода, легирующих элементов и от толщины изделия (табл. 1. 6).

1. 6 Режим подогрева сталей перед сваркой

Сталь	Рекомендуемый режим подогрева, °С
Низкоуглеродистая (до 0, 22 % С)	120—150 (на многослойных швах, при сварке толщин более 10 мм)
Среднеуглеродистая (0, 23—0, 45 % С)	150—300
Высокоуглеродистая	300—450
Низколегированная	200—250
Легированная конструкционная	До 400
Теплоустойчивая	250—400
Жаропрочная аустенитная	Без подогрева
Коррозионно-стойкая неаустенитного класса	До 400

Подогрев осуществляется в печах, токами промышленной частоты и газопламенными горелками. Температура контролируется с помощью термопар, термоиндикаторных красок по ТУ 133-67, ТУ 6-09-1739-73, ТУ 6-10-1131-71 или карандашей по ТУ6-10-1110-71.

Точность измерений около 10%.

Улучшения качества сварного соединения можно добиться путем термической обработки после окончания сварочных работ (табл. 1. 7), хотя при сварке жаропрочных сплавов трудности намного возрастают (табл. 1. 8).

1. 7 Ориентировочные параметры режима термообработки сталей после сварки

Сталь	Ориентировочный режим термообработки, °С
Углеродистая	Отпуск при 650-670°С для снятия сварочных напряжений, выравнивания структуры и механических свойств. В некоторых случаях (например, после ЭШС) нормализация при 920-940°С с последующим отпуском
Повышенной прочности (низколегированная)	Отпуск при 670-700°С для снятия сварочных напряжений, выравнивания структуры и механических свойств
Легированная конструкционная	Отпуск или закалка с отпуском в зависимости от требований, предъявляемых к сварной конструкции
Теплоустойчивая: 15ХМ, 12Х1МФ, 20ХЗМВФ	Отпуск при 700-740°С
Жаропрочная и коррозионно-стойкая	Сварные соединения сталей аустенитного класса: стабилизация при 780—820°С или аустенитизация при 1000—1100°С (нагрев в интервале 500—900 °С со скоростью менее 100 °С/ч) для снятия напряжений, выравнивания структуры и свойств. Сварные соединения стали мартенситного или ферритного класса — отпуск при 700—800 °С

1. 8 Термообработка и свариваемость деталей из жаропрочных сплавов

Состояние деталей	Склонность к образованию трещин
Непосредственно перед сваркой детали упрочнены старением	В таком термическом состоянии детали не следует сваривать. Это приведет к сильному растрескиванию
Детали, подлежащие сварке, тсрмообработаны на твердый раствор	Детали свариваются без трещин, если они термообработаны на твердый раствор
Перед сваркой детали обработаны термически на твердый раствор при медленном нагреве	После сварки таких деталей наблюдается растрескивание. Медленный нагрев при термообработке на твердый раствор и медленное охлаждение недопустимы
После сварки детали упрочнены старением	Непосредственно после сварки детали упрочнять старением не следует. Это приведет к сильному растрескиванию. Перед старением сварные детали следует термообработать на твердый раствор, а затем упрочнить старением

1. 3 Маркировка и свариваемость чугунов

Специально из чугунов сварные конструкции не изготавливают, но сварка часто используется для ликвидации дефектов литья, а также при ремонте повреждений чугунных деталей выявленных в процессе их эксплуатации.

Чугуны для отливок подразделяют на серые, ноские и высокопрочные в зависимости от формы включений графита и условий его образования. Маркируют их по механическим свойствам. Примеры марок: СЧ 20, КЧ 35-10, ВЧ 60-1, 5. Буквы — шифр вида чугуна: СЧ — серый, КЧ — ковкий. ВЧ — высокопрочный, т. е. с шаровидным графитом. Числа после букв — гарантируемые временное сопротивление в килограммах — сила на квадратный миллиметр и относительное удлинение в процентах (у серых чугунов удлинение но регламентируют). Свариваемость всех чугунов очень плохая.

1. 4 Маркировка и свариваемость цветных металлов

По своим физико-химическим свойствам цветные металлы и их сплавы в значительной мере отличаются от сталей, что необходимо учитывать при выборе сварочных материалов, способа, технологии и техники сварки.

Медь и ее сплавы

Медь маркируется по ГОСТ 859-2001 в зависимости от степени чистоты, причем с повышением цифрового индекса металла количество примесей возрастает. Например, бескослородная медь марки М00б состоит на 99, 99% (Cu+Ag), а М1б – на 99, 95% (Cu+Ag). Наиболее вредной примесью в меди является кислород, содержание которого для изготовления конструкций обычного назначения не должно превышать 0, 03%, ответственного назначения – 0, 01%, особо ответственного назначения – 0, 003%. При реакции кислорода с медью образуется закись меди, создающая с медью эвтектику, снижающую стойкость против горячих трещин. Таким же образом проявляют себя висмут, сурьма и свинец, их количество не должно превышать соответственно 0, 003%, 0, 005%, 0, 03%. Водород является причиной пористости, так как вследствие быстрой кристаллизации он не успевает выделиться из сварочной ванны. Кроме того, он может вступать в реакцию с кислородом закиси меди с созданием водяного пара, не способного диффундировать и диссоциировать, и вследствие большого давления легко разрушает медь. Это явление носит название «водородной болезни» меди. Высокая теплопроводность и коэффициент линейного расширения вынуждают использовать концентрированные источники нагрева, предварительный и сопутствующий подогрев и принимать меры по уменьшению деформации сварной конструкции.

Латуни – это сплавы меди с цинком. Благодаря высоким механическим и технологическим свойствам являются наиболее распространенными из медных сплавов. При содержании цинка до 39% - это однофазные α -латуни, при большем – это двухфазные α +β и β -латуни. В соответстии с ГОСТ 15527-2005 латуни, обрабатываемые давлением, маркируются, например, Л63 (Cu 63%, Zn – ост). Из них изготовляют листы, трубы, полосы. Для изготовления фасонных изделий (арматура, гребные винты, отводы) используют более сложные по составу литейные сплавы по ГОСТ 17711-93, например, ЛЦ40Мц3Ж (Cu 55%, Mn 3%, Fe1%, Zn-ост), ЛЦ23А6Ж3Мц2 (Cu 66%, A l6%, Fe 3%, Mn 2%, Zn-ост). При сварке латуней возникают дополнительные трудности, как, например, повышенное испарение цинка (до 25%) из-за его низкой температуры кипения, что служит причиной пористости и изменения фазового состава сплава. Кроме того, образуется ядовитое соединение ZnO₂. Предварительный подогрев, увеличение скорости сварки, дополнительное введение в сварочную ванну кремния уменьшают это вредное явление.

Бронзы – любые медные сплавы, кроме латуней, маркируются теми же буквами, что и латуни. Так, бронзы безоловянистые, обрабатываемые давлением по ГОСТ 18175-78 маркируются, например, БрКМц 3-1 (Si 3%, Mn 1%, Cu–ост); БрОЦС 4-4-4 (Sn 4%, Zn 4%, Pb 3%, Cu–ост), БрАЖ 9-4 (Al 9%, Fe 4%, Cu–ост), а безоловянистые литейные согласно ГОСТ 493-79 маркируются, например, БрА9Мц2Л (Аl 8, 0–9, 5%, Mn 1, 5–2, 5%, Cu – ост). Наилучшей свариваемостью обладает кремнисто-марганцевая бронза, она же часто используется в качестве присадки для сварки меди и ее сплавов. Изделия из оловянистых бронз обрабатываемых давлением изготавливаются согласно ГОСТ 5017-74 и маркируются так: БрОФ8, 0-0, 3 (Sn 7, 5-8, 5%, P 0, 25-0, 35%, Ni 0, 1-0, 2%, Cu – ост), а также литейные бронзы изготавливаются по ГОСТ 613-79 и маркируются так: Бр03Ц12С5 (Sn 2, 0-3, 5%, Zn 8, 0-15, 0%, Pb 3, 0-6, 0%, Cu – ост).

При сварке оловянисто-цинково-свинцовистых бронз нельзя избежать образования пор, трещин вследствие насыщения металла шва газами и значительно большего, чем у других медных сплавов, интервала температур ликвидус-солидус.

При сварке алюминиевых бронз нужно бороться с образованием оксидной пленки Al₂O₃, которая засоряет сварочную ванну и является причиной появления пор и трещин.

Никель и его сплавы

Полуфабрикатный никель маркируется по ГОСТ 492-73 как НП: металл марки НП-1 содержит 99, 9% (Ni+Co), НП-4 – 99, 0% (Ni+Co).

Наиболее распространенными свариваемыми никелевыми сплавами являются монель-металл НМЖМц 28-2, 5-1, 5 (Cu 28%, Fe 2, 5%, Mn 1, 5%, Ni+Co-ост) и сплавы сопротивления – нихромы по ГОСТ 12766. 1-90, например, марки Х20Н80Н (Cr 20-23%, Si 0, 4-1, 5%, Ni-ост). Свариваемость никеля и его сплавов затруднена вследствие их большой чувствительности к вредным примесям Fe, S, Bi, Pb, P, Zn и растворенных газов (О₂, Н₂, СО). Последние не успевают выделиться из сварочной ванны, создавая поры и трещины («водородная болезнь»). Причиной кристаллизационных трещин является создание низкотемпературных эвтектик Ni-NiS, Ni-NiP. Поэтому содержание серы и фосфора в основном металле не должно превышать 0, 001% и 0, 005% соответственно. Сплавы никеля - монель-металл и нихром имеют большие, по сравнению с никелем, литейную усадку, электрическое сопротивление и меньшую теплопроводность. При сварке нихромов проявляется склонность к образованию оксидной пленки Cr₂O₃, затрудняющей формирование шва.

Свинец – используется только в качестве облицовочного материала, которым плакируют стальные, бетонные и даже деревянные емкости. Маркируется по ГОСТ 3778-98 так: С000 (Pb 99, 99% ), С3 (Pb 99, 9% ). Вредной примесью, ухудшающей свариваемость, является сурьма, охрупчивающая сварной шов; ее содержание не должно превышать 0, 005%.

Титан и его сплавы

Наиболее распространенными являются чистый титан марок ВТ1-00, ВТ1-0 и его легированные сплавы, например, ВТ5 (Al 5%, Mo 0, 8%, Ti-ост), ОТ4-0 (Al 1%, Mo 1%, Ti-ост), ВТ6 (Al 6%, V 5%, Ti-ост) по ГОСТ 19807-91. Вредными примесями в них являются кислород, азот и водород, способствующие охрупчиванию, поэтому их содержание не должно превышать 0. 15%, 0, 15% и 0, 015% соответственно, а содержание углерода не должно превышать 0, 1%. При нагреве свыше 400˚ С титан активно реагирует с газами, поэтому приходится защищать не только плавильное пространство, но и охлаждающиеся участки сварного шва и его корень до температуры 400-500˚ С. Причиной пористости является водород, а холодные трещины возникают вследствие образования и последующего распада химического соединения – гидрида титана. Свариваемость титановых сплавов гораздо хуже, чем у чистого титана.

Алюминий и его сплавы

Деформируемый алюминий и его сплавы маркируются по ГОСТ 4784-97 таким образом: АД0 ( 99, 5%Al), АД1 ( 99, 3%Al), АМг3 (3, 5%Mg, 0, 5%Mn, 0, 6%Si, Al-ост), Д16П (4%Cu, 1, 5%Mg, 0, 6%Mn, Al-ост), литейные сплавы по ГОСТ 1583-93 АК13 (12%Si, 0, 35%Mn, 0, 2%Mg, Al-ост), AK9M2 (9%Si, 0, 35%Mn, 1, 5%Cu, 0, 5%Mg, Al-ост).

Основные трудности при сварке алюминия и его сплавов связаны с необходимостью разрушения оксидной пленки Al₂O₃, которая не растворяется в жидком алюминии, имеет высокую температуру плавления ( 2050˚ С по сравнению с температурой плавления алюминия 660˚ С) и засоряет сварочную ванну. Борьба с ней ведется как мерами предварительной подготовки поверхности под сварку (механическое удаление оксидной пленки и травление в растворе щелочи), так и во время сварки за счет ведения процесса на постоянном токе обратной полярности и на переменном токе, а также путем обработки сварочной ванны специальными флюсами из фтористых и хлористых солей щелочно-земельных металлов.

Пористость сварных швов вязана со скачкообразным падением растворимости водорода при переходе металла из жидкого в твердое состояние.

Для облегчения выхода газовых пузырей применяют предварительный и сопутствующий подогрев. Кристаллизационные трещины образуются за счет совместного действия кремния и железа, содержание которых надо контролировать.

Высокая теплопроводность и коэффициент линейного расширения предполагают использование высококонцентрированного источника нагрева и специальных приемов по уменьшению деформации свариваемых конструкций.

Магниевые сплавы

Вследствие малой прочности и низкой коррозионной стойкости чистый магний для изготовления сварных конструкций не используется. Обрабатываемые сплавы с алюминием, марганцем, цинком маркируются по ГОСТ 14957-76 МА2 (3, 0-4, 0% Al, 0, 15-0, 5% Mn, 0, 2-0, 8% Zn, Mg-ост); литейные сплавы маркируются по ГОСТ 2856-79 так: МЛ3 (2, 5-3, 5% Al, 0, 15-0, 5% Mn, 0, 5-1, 5% Zn, Mg-ост). Основная трудность при сварке – образование оксидной пленки MgО, борьба с ней осуществляется за чет сварки на переменном токе, когда она разрушается в моменты обратной полярности.

Композитные материалы

Композитные материалы (КМ) позволяют реализовать комплекс полезных свойств–высокую прочность и жесткость при растяжении и сжатии, в сочетании с длительной прочностью при низком удельном весе. Эти материалы состоят из металлической матрицы (алюминия, магния, титана, меди, кобальта), упрочненной непрерывными или короткими волнами и нитеобразными кристаллами. Матричный сплав передаст нагрузку на несущие волокнами, перераспределяет ее и препятствует распространению трещин через сечение детали, формирует волокна и защищает их от внешнего воздействия. Среди металлических КМ наибольшее распространение получили алюминиевые и магниевые сплавы, армированные борными волокнами, марок ВКА – 1, ВКА – 2, ВКМ – 1, углеродными волокнами марки ВКУ – 1, стальными проволоками марок КАС – 1, КАС – 1а и т. д.

Специфика КМ создает трудности как при непосредственной их сварке, так и при их сварке с однородными металлами в составе сварной конструкции.

Разница в температурах плавления матрицы и упрочнителя (600-1700º С и 1500-2500º С соответственно) приводит к нарушению целостности последнего, возможности протекания химических реакций, вследствие чего происходит насыщение газами сварного шва и образование хрупких интерметаллидных соединений. Большая разница в коэффициентах теплоемкости, теплопроводности и линейного расширения способствует образованию значительных температурных напряжений, а нарушение беспрерывности волокон по всей площади в направлении поперечном основной оси напряжений приводит к потере механических свойств, КМ.

Применение накладок, или соединений внахлестку снижает механические характеристики и увеличивает вес сварной конструкции. Поэтому следует выбирать способы, обеспечивающие минимальное тепловложение в зону сварки применять присадочные материалы или промежуточные прокладки с легирующими добавками, которые ограничивают растворение упрочняющего компонента, образование хрупких соединений и т. п.

Разнородные сварные соединения из цветных металлов

Вследствие ограниченной взаимной растворимости в твердом состоянии (исключение система Cu–Ni) при сварке образуются хрупкие интерметаллидные соединения, выделяющиеся на границе сплавления в виде диффузионной прослойки различной толщины. Это приводит к самопроизвольному разрушению сварного соединения под действием термических напряжений про охлаждении сварного шва. Поэтому лучше всего такие соединения свариваются в твердофазном состоянии, а при сварке плавлением применяют способ сварко-пайки, при котором мощность источника нагрева направляется в сторону более теплопроводного металла, а более тугоплавкий металл, защищается от расплавления с помощью специального охлаждающего устройства.

Суммарные сведения относительно свариваемости рассмотренных цветных металлов и сплавов, приведенные в табл. 1. 9, свидетельствуют об их удовлетворительной свариваемости и доступности многих способов сварки для их практического воплощения.

1. 9. Технологическая свариваемость цветных конструкционных металлов и сплавов

Марка металла или сплава

Группа сва- риваемости

Рекомендуемые способы сварки

М0, М1, М2, БрМц5 Л63, ЛЦ63А6ЖЗМц2 БрАЖ9-4, БрАМц9-2 БрКМц 3-1 БрОЦС 5-5-5 БрХ 07 МНЖ 5-1, МНЖМц 30-1-1

ІІ ІІ ІІ ІІ ІІІ ІІІ І

Г², Р², ПЗ, НЭ, ПФ, ЭШ, К, Т Г², Р³, ПЗ, НЭ, ПФ, К, Т Р³, ПЗ, НЭ, ПФ, Г, К Р, НЭ, Г³ Р⁴, Г³, НЭ, ПФ³, ПЗ Р³, ПЗ³, ПФ Г, Р, НЭ, ПЗ, ПФ

НП1, НП2, Х20Н80 НМЖМц28-2, 5-1, 5

Г, Р, ПФ, НЭ, ЭШ, К

С0, С1, С2

Г⁴, Р⁴, НЭ⁴, Т

ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ5 ОТ4, ВТ20, АТ2, ВТ6, ВТ15

І ІІ

ПЗ, НЭ, ПФ, ЭШ, К, Т, ЭЛ НЭ, К, Т, ЭЛ

АД0, АД1, АМц

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: