Понятия об углеродном эквиваленте и степени эвтектичности. Классификация литейных чугунов. Параметры структуры и свойств.
Москва-2009
Основы технологии производства чугунных отливок
Лекции
Раздел 3
Проф. Э. Б. Тен
Чугуны являются наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок, прежде всего машиностроительного назначения. Это обусловлено сочетанием хороших функциональных и технологических свойств с низкой себестоимости их получения. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его качества по показателям прочности и эксплуатационных свойств, совершествания составов и технологии получения.
Чугуны отличаются от стали тем, что при кристаллизации претерпевают эвтектическое превращение. При этом промышленные чугуны представляют собой многокомпонентные сплавы на основе железа и углерода, дополнительно содержащие постоянные и легирующие компоненты, а также примеси и газы. Железо и углерод образуют основу чугуна, поэтому являются базовыми компонентами. Постоянными компонентами чугуна являются кремний (до 4 %) и марганец (до 1 %). К легирующим компонентам относятся никель, медь, хром, молибден, ванадий и др., а также кремний и марганец сверх обычного содержания. Их вводят в чугун для улучшения параметров структуры и свойств, в том числе придания им специальных свойств. В чугуне также всегда присутствуют фосфор и сера как примеси, а также газы – водород, кислород и азот. Все компоненты, содержащиеся в промышленных чугунах, в той или иной степени сдвигают критическиие точки (вверх или вниз, вправо или влево) относительно их положения в двойной диаграмме состояния Fe-C(Fe 3 C). Поэтому положение состава промышленного чугуна на диаграмме состояния (Рис. 3.1.1), как правило, не совпадает с содежанием в нем углерода. Для оценки этого отличия используют понятия углеродного эквивалента C Э и степени эвтектичности S Э.
Рис. 3.1.1 Диаграмма состояния Fe-C (Fe 3 C).
Углеродный эквивалент C Э представляет собой показатель кажущегося содержания углерода в чугуне:
C Э = C + 0,30 Si + 0,33 P + 0,40 S + 0,25 Cu + 0,07 Ni - 0,03 (0,04) Mn (3.1.1)
Из уравнения (3.3.1) следует, что 1 % кремния, фосфора, серы, меди и никеля смещают точку эвтектики влево эквивалентно 0,30, 0,33, 0,40, 0,25 и 0,07 % углерода, а 1 % марганца, наоборот, смещает эвектическую точку вправо эквивалентно 0,03-0,04 % углерода.
Степень эвтектичности S Э представляет собой показатель положения чугуна данного состава относительно эвтектического состава:
S Э = C / (3.1.2)
По значению S Э можно оценить степень отклонения чугуна данного состава от эвтектического состава, для которого S Э = 1.
Например, чугун, который содержит 3,30 %С, 2,00 %Si, 0,10 % P, 0,07 %S, 0,03 %Cu, 0,02 %Ni и 0,70 %Mn имеет углеродный эквивалент
C Э = 3,30 + 0,30∙2,00 + 0,33∙0,10 + 0,40∙0,07 + 0,25∙0,03 + 0,07∙0,02 - 0,03∙0,70 = 4,20 %.
При этом степень эвтектичности его равна:
S Э = 3,30 / =
3,30 / = 3,30 / 3,36 = 0,98.
Это означает, что промышленный чугун с фактическим содержанием углерода 3,3 % при формировании структуры будет вести себя как Fe-C сплав с содержанием углерода 4,20 %, т. е будет иметь структуру эвтектического чугуна, поскольку степень эвтектичности его равна 0,98.
Параметры C Э иS Э позволяют пользоваться двойной диаграммой состояния Fe-C (Fe 3 C) для оценки процессов, протекающих при кристаллизации многокомпонентного чугуна.
Включает в себя такие показатели, как:
1. Склонность стали к образованию холодных и в металле сварного шва или .
2. Склонность к образованию закалочных структур и изменению структуры металла в зоне термического влияния. В этой области происходит сильное укрупнение зёрен, и, как следствие, снижение прочности.
3. Физико-механические характеристики сварного соединения
4. Соответствие специальных показателей сварного соединения (таких как жаропрочность, износостойкость и др.) заданным требованиям.
Формулы углеродного эквивалента сталей и других параметрических выражений для оценки свариваемости
Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент сталей (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, т.к. очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к , применяют следующие формулы расчёта углеродного эквивалента:
Сэкв=С+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, % - данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте
Сэкв=С+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4, % - эта формула для определения углеродного эквивалента стали в стандартах Японии
Cэкв=C+Mn/20+Ni/15+(Cr+Mo+V)/10, % - такая формула углеродного эквивалента предлагается Британским институтом сварки
Однако, как оказалось на практике, для микролегированных сталей с пониженным содержанием углерода эти уравнения не могут охарактеризовать снижение прочности из-за роста зёрен. Немцем Дюреном была выведена формула углеродного эквивалента микролегированных сталей, которая достаточно точно характеризует их склонность к образованию холодных трещин:
Сэкв=С+Si/25+(Mn+Cu)/16+Cr/20+Ni/20+Mo/40+V/15, %
Значение углеродного эквивалента позволяет определить, к какой относится та, или иная марка, кроме того, это значение понядобится, чтобы определить температуру предварительного подогрева при . Определяется она по формуле:
где С - общий эквивалент углерода, который можно вычислить следующим образом:
С=Сэкв+Сs,
Сэкв - химический эквивалент углерода, вычисляется по формулам, приведённым
выше;
Сs - эквивалент углерода, в зависимости от толщины листа, в мм. Вычисляется
по формуле:
Cs=0,005*S*Сэкв.
В итоге, получаем: С=Сэкв*(1+0,005*S)
Кроме углеродного эквивалента для определения и оценки свариваемости сталей существуют несколько параметрических формул, из которых наибольшую популярность получила формула Ито-Бессио:
Рсм=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/15+5B, %
Pw=Pcм+Н/60+К/(40*104), %
Где К - коэффициент интенсивности жёсткости, который Ито и Бессио применяли при расчётах на основании данных, которые они получили при оценке свариваемости сталей с У-образной разделкой кромок.
К=Ко*S, где Ко - константа, равная 69; S - толщина листа, мм. Исследования, проведённые позже, показали, что константу Ко=69 можно применять для приблизительных определений величины К в случае, когда свариваются листы большой толщины, до 150 мм включительно.
Рсм - коэффициент, характеризующий снижение прочности вследствие структурного
преобразования сплава;
Н - количество растворённого водорода в металле, образующего сварной шов, измеряется
в мл/100г. В Японских стандартах величина Н=0,64, в Европейских Н=0,93.
Многочисленные измерения показали, что при Рw>0,286, то возникает риск возникновения холодных трещин в сварном соединении.
Если речь идёт об опасности образования горячих трещин в металле сварного шва, то оценить свариваемость стали по этому критерию можно при помощи показателя HCS, вычисляемого по формуле:
HCS=(C**1000)/(3Mn+Cr+Mo+V)
Если получившаяся величина HCS>4, то возникает риск образования горячих трещин. Однако, если выполняется большой толщины, то риск возникновения данного возникает уже при показателе HCS>1,6…2.
Основной способ оценки теоретической свариваемости сталей
На практике одним из основных и, зачастую, трудноопределимым дефектом сварного шва являются холодные трещины. Поэтому, наиболее популярной оценкой свариваемости стали, является определение углеродного эквивалента Сэкв по вышеуказанным формулам.
Исходя из получившейся величины, можно условно разделить стали на 4 группы свариваемости.
Основным материалом является сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89.
Классификация: сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций.
Использование в промышленности: Прокат из данной марки стали используется для разнообразных строительных конструкций благодаря высокой механической прочности, что позволяет использовать более тонкие элементы, чем при использовании других сталей. Устойчивость свойств в широком температурном диапазоне позволяет применять детали из этой марки в диапазоне температур от -70 до +450 С. Также легкая свариваемость позволяет изготавливать из листового проката этой марки сложные конструкции для химической, нефтяной, строительной, судостроительной и других отраслей.
Механические свойства химический состав стали 09Г2С ГОСТ 19281-89.
Таблица 2
Химический состав в % стали 09Г2С ГОСТ 19281-89.
Таблица 3
Механические свойства при Т=20̊ С ГОСТ 19281-89.
Оценка свариваемости стали 09Г2С.
Свариваемость основного металла по его влиянию на состав и свойства металла шва, а также по его сопротивляемости образованию холодных трещин можно приближенно оценить, исходя из химического состава основного металла низколегированной стали, на ее сопротивляемость образования трещин при сварке принято выражать посредством эквивалента углерода .
Эквивалент углерода высчитывается по формуле :
Согласно химическому составу стали 09Г2С (таблица 1) эквивалент углерода равен:
Так как 0,25 то сталь 09Г2С является хорошо свариваемой.
1.3 Технические условия изготовления изделия.
Общие положения.
Металлоконструкции грузоподъемных кранов должны изготовляться в соответствии с требованиями «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (Г1Б-10-14-92) и конструкторско-технологической документацией, разработанной и утвержденной в установленном порядке.
Элементы металлоконструкций кранов должны быть изготовлены из сталей, марки и категории которых должны соответствовать РД 24.090.97- 98.
Соответствие применяемых марок сталей требованиям стандартов или технических условий должно подтверждаться сертификатами заводов- изготовителей.
Прокат из конструкционных сталей, используемый для изготовления сварных металлоконструкций кранов, при поступлении па склад должен быть подвергнут входному контролю.
Перед подачей в производство металлопрокат должен быть очищен от загрязнений, просушен и выправлен.
Вырезка заготовок элементов металлоконструкций из проката допускается любым промышленным способом резки, в соответствии с конструкторской документацией.
Поверхность реза несущих и вспомогательных элементов металлоконструкций, подлежащих сварке, после термической резки должна быть очищена от грата, шлака и брызг.
Сборка и подготовка металлоконструкций к сварке.
Сборка стальных конструкций при изготовлении должна производиться на стендах или в условиях, исключающих возможность смещения свариваемых кромок и деформации собираемых сборочных единиц и конструкций.
В металлоконструкциях коробчатого сечения стыки поясов должны быть смещены относительно стыков стенок не менее, чем на 150 мм, а при наличии диафрагм, стыки поясов и стенок должны отстоять от нее на расстоянии не меньше, чем 50 мм.
Для выполнения стыковых сварных соединений должны быть предусмотрены выводные технологические планки. Размеры выводных планок должны быть:
Длина не менее 100 мм;
Ширина не менее 60 мм;
Толщина, равная толщине свариваемых элементов.
Допускается смещение свариваемых кромок элементов в плоскости перпендикулярной оси шва в стыковых соединениях, не более:
Для элементов толщиной до 4,0 мм включительно - 0,5 мм;
Для элементов толщиной свыше 4,0 до 10 мм включительно - 1,0 мм;
Для элементов толщиной свыше 10,0 мм - 0,1S мм, (S - толщина
элемента), но не более 3 мм.
Длина прихваток на несущих элементах (сборочных единицах) металлоконструкции должна быть не менее 30 мм. Размер прихваток по высоте выполнять не менее 0,75К (К - катет шва или толщина элементов свариваемых встык).
Прихватки при сборке перед сваркой, накладываемые на расчетные элементы металлоконструкций должны выполнять сварщики, имеющие удостоверение на право производства указанных работ.
Сварка металлоконструкций.
Сварку металлоконструкций при изготовлении необходимо производить в соответствии с требованиями технологического процесса, устанавливающего способ сварки, порядок положения швов, режимы сварки.
Перед сваркой необходимо очистить сварочную проволоку от грязи и ржавчины. Электроды и флюс просушить и прокалить по режимам, указанным в паспортах на эти материалы.
К выполнению работ по сварке несущих металлоконструкций должны допускаться только сварщики, аттестованные в соответствии с требованиями. С правилами аттестации си специалистов сварочного производства знакомят через ПБ 03-273-99.
Сварщик обязан проставлять присвоенный ему номер или условный знак (клеймо) рядом с выполненным им швом. Место клеймения и способ нанесения указываются в конструкторской документации.
Сварка деталей или сборочных единиц должна производиться только после проверки правильности их установки, сборки (контроль ОГК, БТК).
При многослойной сварке каждый слой шва должен быть перед наложением последующего слоя очищен от шлака и брызг металла. Участки слоев шва с порами и недопустимыми дефектами (раковинами и трещинами) должны быть вырублены до чистого металла.Перед наложением шва с обратной стороны стыкового соединения при ручной подварке и двухсторонней сварке корень шва должен быть вырублен (или выплавлен) и очищен от шлака до чистого металла. Не разрешается зажигать дугу на основном металле вне границ шва, а также выводить кратер на основной металл. При перерыве процесса сварки, возобновлять его разрешается только после очистки концевого участка шва длиной не менее 50 мм и кратера от шлака. Кратер должен быть заплавлен (заварен). По окончании сварки швы и прилегающие к ним зоны, должны быть зачищены от шлака, брызг и натеков металла, а выводные планки удалены термической резкой. Ширина зоны очистки устанавливается технологическим процессом, но не менее 20 мм по обе стороны от оси шва.
Контроль качества сварных соединений:
Внешним осмотром и замерами швов;
Радиографическим;
Ультразвуковым;
Другими методами неразрушающего контроля, обеспечивающими выявляемость дефектов в объемах и по размерам, согласованными с головной организацией по краностроению;
Механическими испытаниями.
Заключение о качестве сварных соединений при изготовлении, ремонте и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов выдает подразделение неразрушающего контроля предприятия-изготовителя или независимая лаборатория неразрушающего контроля, аттестованные и имеющие соответствующие лицензии Ростехнадзора России.
Внешний осмотр.
Вчычнешнему осмотру должны подвергаться 100% сварных
соединений. Форма и размеры сварных швов должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов, чертежам.
Недопустимыми дефектами сварных соединений и швов, выявленными внешним осмотром являются:
Трещины всех размеров и направлений;
Местные наплывы общей длиной более 10 мм на участке шва 1000 мм;
Подрезы глубиной более 0,5 мм при толщине наиболее тонкого из свариваемых элементов до 20 мм включительно;
Подрезы глубиной более 3% толщины наиболее тонкого из свариваемых элементов, при его толщине свыше 20 мм;
Поры в количестве более 4 штук на длине шва 100 мм, при этом максимальный размер пор не должен быть более 1,0 мм, при толщине свариваемых элементов до 8,0 мм включительно, и более 1,5 мм при толщине свариваемых элементов свыше 8,0 мм до 50,0 м включительно;
Скопление пор в количестве более 5 штук на 1 см 2 площади шва, при этом максимальный размер любой из пор не должен быть более 1 мм;
Незаваренные кратеры;
Прожоги и свищи.
В стыковых сварных соединениях разность высот гребешка и впадины поверхности шва в любом сечении по его длине не должна быть более допуска на выпуклость шва. Частота чередования гребешков и впадин на единицу длины шва не регламентируется.
В угловых швах разность высот гребешка и впадины, замеренных по толщине шва, в любом месте его длины, не должна быть более 0,7Е (Е - допуск на катет углового шва). Частота гребешков и впадин на единицу углового шва не регламентируется.
Радиографический контроль.
Контроль радиографический выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 7512, РД РОСЭК-002-96. «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» (ПБ-10-14-94)
Радиографическому методу контроля должны подвергаться стыковые сварные соединения несущих (расчетных) элементов
радиографический метод контроля применяется с целью выявления внутренних дефектов сварного соединения (шва), при этом:
За размеры внутренних дефектов принимаются размеры их изображения на радиограммах;
За размер непроваров и трещин принимается их длина;
За размер пор, шлаковых включений: для сферических пор и включений - их длина, для удлиненных пор и включений - их длина и ширина.
Радиографический контроль стыковых сварных соединений несущих (расчетных) элементов металлоконструкций проводится только после устранения дефектов, выполненных внешним осмотром, при этом:
Обязательному контролю подвергаются начало и окончание сварных швов стыковых соединений поясов и стенок металлоконструкций коробчатого сечения;
На каждом стыке растянутого пояса коробчатой или решетчатой металлоконструкции суммарная длина радиограмм должна быть не менее 50% длины стыка;
На стыках сжатых поясов или сжатых участках стенок суммарная длина радиограмм должна быть не менее 25% длины стыка или сжатого участка
На каждом стыке конструкций стрел, хоботов и реечных коробок портальных кранов суммарная длина радиограмм должна быть не менее 75% длины стыка.
недопустимыми дефектами сварных швов, выявляемыми при радиографическом методе контроля
Трещины и непровары;
Дефекты (поры и шлаковые включения) размером или суммарной длиной больше допустимых;
Скопление пор и шлаковых включений более 5 штук на 1 см 2 площади шва (проекция шва на радиограмме), при этом максимальный размер любой из пор или любого шлакового включения не должна быть более 1,5 мм.
Ультразвуковой контроль.
Ультразвуковой контроль выполняется в соответствии с требованиями «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов», ГОСТ 14782, ГОСТ 20415, РД РОСЭК-001096.
Ультразвуковой контроль стыковых сварных соединений несущих (расчётных) элементов металлоконструкций проводится только после устранения дефектов, выявленных внешним осмотром;
Недопустимыми эффектами сварных стыковых соединений при УЗК являются:
Трещины и непровары (как трещиноподобные) любой протяжённости;
Поры, шлаковые включения или их скопления, характеристики которых или их количество превышают нормы.
Контроль качества механическими испытаниями.
Механическими испытаниями должны проверяться сварные соединения в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов Ростехнадзора России, а также конструкторско-технологической ремонтной документацией, установленной в утверждённом порядке, и данными РД.
Свариваемость - одно из главных технологических требований, предъявляемых к строительным сталям, поскольку большинство металлоконструкций являются сварными . Одним из важнейших технологических показателей свариваемости является углеродный эквивалент, далее CE (от англ. Carbon Equivalent
). Нужен он для того, чтобы оценить совместное влияние на свариваемость содержащихся в стали углерода и др. элементов, сведя их в одно значение — CE. Более высокое содержание в стали C, и таких элементов как Mn, Cr, Si, Mo, V, Cu и Ni снижают способность стали к сварке, потому как увеличивают склонность металла шва к закалке при его охлаждении: если после сварки металл шва закалится, то в результате получим различные свойства основного металла и металла сварного шва, который будет менее пластичным и более склонным к хрупкому разрушению. Поэтому часто для обеспечения хорошего качества сварного шва сталей с высоким значением CE требуется подогрев шва до или после сварки, либо и то и другое.
Существует несколько формул для оценки CE:
| Формула | Примечание | |
| 0 | СE = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14 | Приведена в |
| 1 | CE =C + Mn/6 | Приведена в п. 9.3 ГОСТ 535-2005 |
| 2 | CE = C + Mn/6 +Si/24 + Cr/5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2 | Приведена в п.4.3 ГОСТ 19281-89 |
| 3 | CE = C + (Mn+Si)/6 +(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 | Рекомендована Американским обществом сварщиков (American Welding Society) для конструкционных сталей . |
| 4 | CE = C + Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 | Формула Деардена и О-Нила. Была принята на вооружение Международным институтом сварки (International Institute of Welding) . Формула нашла широкое применение для углеродистых и марганцовистых сталей. Также приведена в п. 7.2.3 EN 10025-1:2004. |
| 5 | CE = C + Mn/6 +(Cr+Mo+Zr)/10 + Ti/2 + Cb/3 + V/7 +UTS/900 + h/20 | Формула для оценки CE у высокопрочных микролегированных (HSLA) сталей |
- При расчете по ф. (1) свариваемость считается удовлетворительной при CE <=0,45
- При расчете по формуле (2) существует подразделение для сталей различного класса прочности:
свариваемость считается удовлетворительной при CE<=0.49 для стали класса прочности 390, и при CE<=0.50 для стали класса прочности 440 - Расчет по ф. (3). По мнению Американского общества сварщиков для CE более 0,4 в зоне термического влияния шва уже существует риск растрескивания. Соответственно, свариваемость удовлетворительная при CE <=0,4
- При расчете по ф. (4) свариваемость стали в зависимости от CE может быть определена как
< 0.35 — отличная
0.36–0.40 — очень хорошая
0.41–0.45 — хорошая
0.46–0.50 — средняя
>0.50 — плохая
- При расчете по ф. 5 значение CE <=0,3 считается оптимальным для обеспечения свариваемости. Чем-то это отдаленно напоминает ГОСТ 19281 (см. ф. 2 и примечание после таблицы), но все-таки конкретики здесь побольше.
Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985. 408 с. [см. стр. 121]
ГОСТ 535-2005, п. 4.4
ГОСТ 19281-89 п. 2.2.4
Bruneau Michel; Uang, Chia-Ming; Whittaker, Andrew Stuart. Ductile design of steel structures, 1998, McGraw-Hill Professional, 485 p [см. стр. 31].
J.F. Lancaster Metallurgy of welding — Sixth Edition. Abington Publishing. 1999 pp. 464
Ginzburg, Vladimir B.; Ballas, Robert (2000), Flat rolling fundamentals, CRC Press, pp. 141–142
Определение углеродного эквивалента
Для оценки свариваемости сталей применяют такую величину, как углеродный эквивалент (Сэкв). При определении углеродного эквивалента учитывается химический состав сталей, так как влияние легирующих элементов на свариваемость стали очень большое. Особенно сильно на свариваемость влияет углерод (С). Для определения склонности металла к образованию холодных трещин при сварке, применяют следующую формулу расчёта углеродного эквивалента (данная формула принята для расчёта в Европейском стандарте):
Cэкв = C + + + , %
где С, Мn, Cr, Ni, Сu, V, Mo - массовые доли углерода, марганца, хрома, никеля, меди, ванадия и молибдена. Стали, у которых Сэкв? 0,45%, считаются не склонными к образованию холодных трещин при сварке. При Сэкв > 0,45% стали становятся склонными к трещинам.
Определение углеродного эквивалента стали 14Г2АФ
Cэкв = C + + + = 0,14+ + + = 0,44%
Так, как углеродный эквивалент меньше 0,45%, то данная марка стали не склонна к образованию холодных трещин при сварке. Никаких дополнительных мероприятий по подготовке ведения сварочных работ не нужно.
Особенности технологии сварки низколегированной конструкционной стали 18Г2АФсп
Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, как правило, используют для изготовления ответственных сварных конструкций.
По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая сталь склонна к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. При повышенных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит -- бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки.
При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при увеличении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали.
Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку.
Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.
Технология сварки под флюсом.
В большинстве случаев применяют те же сварочные материалы, что и при сварке низкоуглеродистых сталей (18Г2АФпс): плавленые флюсы АН-348-А, ОСЦ-45 (однодуговая сварка), АН-60 (многодуговая сварка с повышенной скоростью), а также сварочные проволоки Св-08ГА и Св-10Г2. Для сварки микролегированных сталей, например 15Г2АФ, в ряде случаев применяют низкокремнистый флюс АН-22 в сочетании с проволоками Св-08ХМ и Св-ЮНМА. Однако при этом швы менее стойки против кристаллизационных трещин, вследствие чего сварку рекомендуется выполнять с предварительным подогревом. Технология сварки низколегированной стали под флюсом мало отличается от технологии сварки низкоуглеродистой стали.
Для обеспечения пластических свойств металла углового шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла сечение шва следует выбирать в зависимости от толщины свариваемого металла. Иногда сварку выполняют двумя дугами в раздельные ванны. Многослойные швы на толстом металле также рекомендуется выполнять двумя дугами, а при сварке одной дугой перед наложением первого слоя производить подогрев основного металла до температуры 150--200°С. Опытным путем установлена зависимость между толщиной основного металла и сечением шва или слоя
Металл швов, сваренных под флюсом, благодаря значительной доле участия основного металла и достаточному содержанию легирующих элементов обладает более высокой стойкостью против коррозии в морской воде, чем металл швов, сваренных покрытыми электродами обычного состава.
Для уменьшения скорости охлаждения металла шва следует применять стыковые и бортовые соединения, так как при тавровых и нахлесточных соединениях скорость охлаждения выше. Рекомендуется избегать соединений, имеющих швы замкнутого (жесткого контура), если же необходимы такие соединения, то их сваривают короткими участками, обеспечивая подогрев и замедленное охлаждение.
Сварку стыковых соединений металла толщиной до 6 мм и валиковых швов с катетом до 7 мм выполняют в один слой (однопроходную), что уменьшает скорость охлаждения. Более толстый металл сваривают в несколько слоев длинными участками. Каждый слой должен иметь толщину 0,8--1,2 диаметра электрода. Сверху шва накладывают отжигающий валик, края которого должны располагаться на расстоянии 2--3 мм от границы проплавления основного металла. Отжигающий валик накладывают при температуре предыдущего слоя около 200°С. Для металла толщиной до 40--45 мм применяют многослойную сварку способом "горки" или "каскада". Длину участков (300--350 мм) выбирают с таким расчетом, чтобы предыдущий слой не успевал охладиться ниже 200°С при наложении следующего слоя.
Сварку конструкционных низкоуглеродистых сталей производят электродами с фтористокальциевыми покрытиями марок УОНИ-13/45; УОНИ-13/55; УОНИ-13/85; ОЗС-2; ЦУ-1; ДСК-50, ЦЛ-18; НИАТ-5 и другими, дающими более плотный и вязкий наплавленный металл, менее склонный к старению. Электроды с руднокислыми покрытиями (ОММ-5, ЦМ-7 и др.) применять при сварке ответственных конструкций из низколегированных сталей не рекомендуется.
Низколегированные конструкционные стали лучше типа 18Г2АФпс сваривать электродами типа Э42А, так как металл шва получает дополнительное легирование за счет элементов расплавляемого основного металла и временное сопротивление его повышается до 50 кгс/мм2; при этом металл шва сохраняет высокую пластичность. Сварка электродами типа Э60А дает более прочный, но менее пластичный металл шва вследствие более высокого содержания в нем углерода.
