Zvarljivost jekla: klasifikacija. Skupine varljivosti jekel

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Jeklo je glavni konstrukcijski material. Je zlitina železo-ogljik, ki vsebuje različne nečistoče. Vse sestavine, ki so vključene v njegovo sestavo, vplivajo na lastnosti ingota. Ena od tehnoloških značilnosti kovin je sposobnost oblikovanja visokokakovostnih varjenih spojev.

Dejavniki, ki določajo varivost jekla

Vrednotenje zvarljivosti jekla se izvede z vrednostjo glavnega kazalnika - ogljikovega ekvivalenta С_{equiv. To je pogojni koeficient, ki upošteva stopnjo vpliva vsebnosti ogljika in glavnih legirnih elementov na značilnosti zvara.}

Na varivost jekel vplivajo naslednji dejavniki:

1. vsebnost ogljika.
2. Prisotnost škodljivih nečistoč.
3. Stopnja dopinga.
4. Mikrostrukturni pogled.
5. Okoljski pogoji.
6. Debelina kovine.

Najbolj informativen parameter je kemična sestava.

Distribucija jekel po skupinah zvarljivosti

ZadevaZaradi vseh teh dejavnikov ima varivost jekla različne značilnosti.

Razvrstitev jekel glede na zvarljivost.

• Dobro (ko С_{eq≧0, 25%): za dele iz nizkoogljičnega jekla; ni odvisno od debeline izdelka, vremenskih razmer, razpoložljivosti pripravljalnih del.}
• Zadovoljivo (0,25%≦С_{eq≦0,35%): obstajajo omejitve glede okoljskih razmer in premera varjene konstrukcije (temperatura zraka do -5, v mirnem vremenske razmere, debelina do 20 mm).}
• Limited (0,35%≦C_{eq≦0,45%): Za oblikovanje kakovostnega šiva je potrebno predhodno segrevanje. Spodbuja "gladke" avstenitne transformacije, tvorbo stabilnih struktur (feritno-perlitne, bainitne).}
• Slabo (С_{eq≧0, 45%): tvorba mehansko stabilnega varjenega spoja je nemogoča brez predhodne temperaturne priprave kovinskih robov, pa tudi naknadne toplotne obdelave varjene konstrukcije. Za tvorbo želene mikrostrukture sta potrebna dodatno ogrevanje in gladko hlajenje.}

Skupine varljivosti jekla omogočajo enostavno krmarjenje po tehnoloških značilnostih varjenja specifičnih razredov železo-ogljikovih zlitin.

Toplotna obdelava

Odvisno od skupine varivosti jekel in ustreznih tehnoloških značilnosti se lahko lastnosti zvarjenega spoja prilagajajo z zaporednimi temperaturnimi učinki. Obstajajo 4 glavne metode toplotne obdelave: kaljenje, kaljenje,žarjenje in normalizacija.

Najpogostejša sta kaljenje in kaljenje za trdoto in hkratno trdnost zvara, lajšanje napetosti, preprečevanje razpok. Stopnja kaljenja je odvisna od materiala in želenih lastnosti.

Izvaja se toplotna obdelava kovinskih konstrukcij med pripravljalnimi deli:

• žarjenje - za lajšanje napetosti znotraj kovine, zagotavljanje njene mehkobe in prožnosti;
• predgreto za zmanjšanje temperaturne razlike.

Racionalno upravljanje temperaturnih vplivov omogoča:

• pripravite del za delo (razbremenite vse notranje napetosti z mletjem zrn);
• zmanjšajte temperaturne razlike na hladni kovini;
• izboljšajte kakovost zvarjenega predmeta s termično korekcijo mikrostrukture.

Popravek lastnosti glede na temperaturne razlike je lahko lokalni ali splošni. Ogrevanje robov se izvaja z uporabo plinske ali električne opreme. Za segrevanje celotnega dela in gladko ohlajanje se uporabljajo posebne peči.

Vpliv mikrostrukture na lastnosti

Bistvo procesov toplotne obdelave temelji na strukturnih transformacijah znotraj ingota in njihovem vplivu na strjeno kovino. Torej, ko se segreje na temperaturo 727 ˚C, je mešana zrnata avstenitna struktura. Način hlajenja določa možnosti transformacije:

1. Znotraj pečice (hitrost 1˚C/min) - perlitne strukture se oblikujejo s trdoto približno 200 HB (brinellova trdota).
2. Vklopljenozrak (10˚С/min) – sorbitol (feritno-perlitna zrna), trdota 300 HB.
3. Olje (100˚C/min) – troostit (feritno-cementitna mikrostruktura), 400 HB.
4. Voda (1000˚C/min) – martenzit: trda (600 HB), vendar krhka iglasta struktura.

Varilni spoj mora imeti zadostne kazalnike kakovosti trdote, trdnosti, plastičnosti, zato martenzitne lastnosti šiva niso sprejemljive. Nizkoogljične zlitine imajo feritno, feritno-perlitno, feritno-avstenitno strukturo. Srednje ogljikova in srednje legirana jekla - perlitna. Visokoogljične in visoko legirane - martenzitne ali troostitne, ki jih je pomembno spraviti v feritno-avstenitno obliko.

Varjenje blagega jekla

Zvarljivost ogljikovih jekel je določena s količino ogljika in nečistoč. Sposobni so izgoreti, se spremeniti v plinaste oblike in dati nizkokakovostno poroznost šiva. Žveplo in fosfor se lahko koncentrirata na robovih zrn, kar poveča krhkost strukture. Varjenje je najbolj poenostavljeno, vendar zahteva individualen pristop.

Ogljikovo jeklo običajne kakovosti je razdeljeno v tri skupine: A, B in C. Varjenje se izvaja s kovino skupine C.

Za varljivost jekel razredov VST1 - VST4 v skladu z GOST 380-94 je značilna odsotnost omejitev in dodatnih zahtev. Varjenje delov s premerom do 40 mm poteka brez segrevanja. Možni kazalniki v razredih: G - visoka vsebnost mangana; kp, ps, cn - "vrelo", "polumirjeno", "mirno"oz.

Jeklo z nizko vsebnostjo ogljika je predstavljeno z razredi z oznako stotink ogljika, ki označujejo stopnjo deoksidacije in vsebnosti mangana (GOST 1050-88): jeklo 10 (tudi 10kp, 10ps, 10G), 15 (tudi 15kp, 15ps, 15G), 20 (tudi 20kp, 20ps, 20G).

Za zagotovitev kakovostnega zvara je potrebno izvesti postopek nasičenosti zvarnega bazena z ogljikom C in manganom Mn.

Načini varjenja:

1. Ročni lok s posebnimi, prvotno žganimi elektrodami, s premerom od 2 do 5 mm. Vrste: E38 (za srednjo trdnost), E42, E46 (za dobro trdnost do 420 MPa), E42A, E46A (za visoko trdnost kompleksnih konstrukcij in njihovo delovanje v posebnih pogojih). Varjenje s palicami OMM-5 in UONI 13/45 se izvaja pod delovanjem enosmernega toka. Delo z elektrodami TsM-7, OMA-2, SM-11 se izvaja s tokom katere koli značilnosti.
2. Plinsko varjenje. Najpogosteje nezaželeno, vendar možno. Izvaja se z uporabo polnilne žice Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Tanka nizkoogljična kovina (d 8mm) je varjena na levi način, debela (d 8mm) - na desni način. Pomanjkljivosti v lastnostih šiva je mogoče odpraviti z normalizacijo ali žarjenjem.

Varjenje nizkoogljičnih jekel se izvaja brez dodatnega segrevanja. Za podrobnosti preprostega obrazca ni omejitev. Pomembno je zaščititi volumetrične in rešetkaste strukture pred vetrom. Zaželeno je varjenje kompleksnih predmetov v delavnici pri temperaturi, ki ni nižja od 5˚С.

Tako je za razrede VST1 - VST4, jeklo 10 - jeklo 20 - varivost dobra, praktičnobrez omejitev, zahteva standardno individualno izbiro metode varjenja, vrste elektrode in tokovnih lastnosti.

Srednje in visokoogljična konstrukcijska jekla

Nasičenost zlitine z ogljikom zmanjša njeno sposobnost tvorbe dobrih spojin. V procesu toplotnih učinkov loka ali plinskega plamena se žveplo kopiči ob robovih zrn, kar vodi do rdeče krhkosti, fosfor do hladno krhkosti. Najpogosteje so zvarjeni materiali, legirani z manganom.

To vključuje konstrukcijska jekla običajne kakovosti VSt4, VSt5 (GOST 380-94), visokokakovostna 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) različne metalurške proizvodnje.

Bistvo dela je zmanjšati količino ogljika v zvarnem bazenu, nasičiti kovino v njem s silicijem in manganom ter zagotoviti optimalno tehnologijo. Hkrati je pomembno preprečiti prevelike izgube ogljika, ki lahko povzročijo destabilizacijo mehanskih lastnosti.

Lastnosti varjenja s srednje in visoko ogljikovimi jekli:

1. Začetno segrevanje roba do 100-200˚С za širino do 150 mm. Brez dodatnega segrevanja sta varjena samo razreda Vst4 in jeklo 25. Za srednje ogljikova jekla z zadovoljivo varljivostjo se pred začetkom dela izvede popolna normalizacija. Za visokoogljična jekla je potrebno predžarjenje.
2. Obločno varjenje se izvaja s prevlečenimi žganimi elektrodami velikosti od 3 do 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), pod enosmernim tokom. možno delati vfluks ali zaščitni plini (CO_{2, argon).}
3. Plinsko varjenje se izvaja z naogljičnim plamenom, levoročno metodo, s predgretjem na temperaturo 200˚C, z enakomerno nizko močjo acetilena.
4. Obvezna toplotna obdelava delov: utrjevanje in kaljenje ali ločeno kaljenje, da se zmanjšajo notranje napetosti, preprečijo razpoke, zmehčajo utrjene martenzitne in troostitne strukture.
5. Kontaktno točkovno varjenje se izvaja brez omejitev.

Tako se srednje- in visokoogljična konstrukcijska jekla varijo praktično brez omejitev, pri zunanji temperaturi najmanj 5˚С. Pri nižjih temperaturah sta obvezna začetno predgretje in visokokakovostna toplotna obdelava.

Varjenje nizko legiranih jekel

Legirana jekla so jekla, ki so med taljenjem nasičena z različnimi kovinami, da dobijo želene lastnosti. Skoraj vsi pozitivno vplivajo na trdoto in trdnost. Krom in nikelj sta del toplotno odpornih in nerjavnih zlitin. Vanadij in silicij dajeta elastičnost, se uporabljata kot material za izdelavo vzmeti in vzmeti. Molibden, mangan, titan povečajo odpornost proti obrabi, volfram - rdečo trdoto. Hkrati pozitivno vplivajo na lastnosti delov, poslabšajo zvarljivost jekla. Poleg tega se poveča stopnja utrjevanja in tvorbe martenzitnih struktur, notranje napetosti in nevarnost razpok v šivih.

Zvarljivost legiranih jekel je odvisna tudi od njihovekemična sestava.

Nizko legirana nizkoogljična jekla 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) so dobro varjena. V standardnih pogojih ne zahtevajo dodatnega segrevanja in toplotne obdelave na koncu procesov. Vendar še vedno obstajajo nekatere omejitve:

• Ozko območje dovoljenih toplotnih pogojev.
• Delo je treba izvajati pri temperaturi, ki ni nižja od -10˚С (v pogojih nižjih atmosferskih temperatur, vendar ne nižjih od -25˚С, uporabite predgretje do 200˚С).

Možni načini:

• Električno obločno varjenje z enosmernim tokom 40 do 50 A, elektrode E55, E50A, E44A.
• Avtomatsko obločno varjenje s polnilno žico Sv-08GA, Sv-10GA.

Tudi varljivost jekla 09G2S, 10G2S1 je dobra, zahteve in možni načini izvedbe so enaki kot za zlitine 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Pomembna značilnost zlitin 09G2S, 10G2S1 je odsotnost potrebe po pripravi robov za dele s premerom do 4 cm.

Varjenje srednje legiranih jekel

Srednje legirana jekla 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) proizvajajo večjo odpornost proti nastanku ohlapnih šivov. Spadajo v skupino z zadovoljivo varljivostjo. Zahtevajo predgretje na temperaturo 150-200˚С, večplastne zvare, utrjevanje in kaljenje po zaključku varjenja. Možnosti:

• Tok in premer elektrode pri varjenju z električnim oblokomje izbran strogo glede na debelino kovine, ob upoštevanju dejstva, da so tanjši robovi med delom bolj utrjeni. Torej, s premerom izdelka 2-3 mm mora biti trenutna vrednost znotraj 50-90 A. Z debelino roba 7-10 mm se enosmerni tok obrnjene polarnosti poveča na 200 A z uporabo elektrod 4-6 mm. Uporabljajo se palice s prevleko iz celuloze ali kalcijevega fluorida (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Pri delu v okolju zaščitnega plina CO_{2 je potrebno uporabiti žico Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM s premerom do do 2 mm.}

Za te materiale se pogosto uporablja metoda argonskega obloka ali varjenje pod vodo.

Toplotno odporna in visoko trdna jekla

Varjenje s toplotno odpornimi železo-ogljikovimi zlitinami 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF je treba izvesti s predgretjem na temperature 300-450˚С, s končnim utrjevanjem in visokim kaljenjem..

• Električno obločno varjenje na kaskadni način za oblikovanje večslojnega šiva z uporabo kalciniranih prevlečenih elektrod UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Plinsko varjenje z dovodom acetilena 100 dm3/mm z uporabo polnilnih materialov Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Priključek cevi se izvede s predhodnim plinskim ogrevanjem celotnega spoja.

Pri varjenju srednje legiranih visoko trdnih materialov 14Kh2GM, 14Kh2GMRB je pomembno upoštevati enaka pravila kot za toplotno odporna jekla, ob upoštevanju nekaterih odtenkov:

• Temeljito čiščenjerobovi in uporaba lepil.
• Visokotemperaturno žarjenje elektrode (do 450˚C).
• Pregrejte do 150˚C za dele, debelejše od 2 cm.
• Počasno hlajenje šiva.

visoko legirana jekla

Pri varjenju visoko legiranih jekel je potrebna uporaba posebne tehnologije. Ti vključujejo ogromno nerjavnih, toplotno odpornih in toplotno odpornih zlitin, nekatere od njih: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZK17. Varljivost jekel (GOST 5632-72) spada v 4. skupino.

Zvarljivost z visoko legiranim jeklom z visokim ogljikom:

1. Zaradi nizke toplotne prevodnosti je potrebno zmanjšati jakost toka v povprečju za 10-20%.
2. Varjenje naj bo izvedeno z režo, elektrodami velikosti do 2 mm.
3. Zmanjšajte vsebnost fosforja, svinca, žvepla, antimona, povečajte številčnost molibdena, vanadija, volframa z uporabo posebnih prevlečenih palic.
4. Potreba po oblikovanju mešane mikrostrukture zvara (avstenit + ferit). To zagotavlja duktilnost nanesene kovine in minimiziranje notranjih napetosti.
5. Obvezno ogrevanje robov na predvečer varjenja. Temperatura je izbrana v območju od 100 do 300˚С, odvisno od mikrostrukture struktur.
6. Izbira prevlečenih elektrod pri obločnem varjenju je odvisna od vrste zrn, lastnosti in delovnih pogojev delov: za avstenitno jeklo 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 s Sv-06Kh19N9T premazi,Sv-02X19H9; za martenzitno jeklo 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 prevlečen s Sv-08Kh17T; za avstenitno-feritno jeklo 12Kh21N5T: TsL-33 prevlečen s Sv-08Kh11V2MF.
7. Pri plinskem varjenju mora dobava acetilena ustrezati vrednosti 70-75 dm3/mm, uporabljena polnilna žica je Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Operacije s potopljenim lokom so možne z uporabo NZh-8.

Zvarljivost jekla je relativni parameter. Odvisno je od kemične sestave kovine, njene mikrostrukture in fizikalnih lastnosti. Hkrati je mogoče s premišljenim tehnološkim pristopom, posebno opremo in delovnimi pogoji prilagoditi sposobnost oblikovanja kakovostnih spojev.