Zavarljivost čelika: klasifikacija. Grupe zavarljivih čelika

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

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

Faktori koji određuju zavarljivost čelika

Procjena zavarljivosti čelika vrši se na osnovu vrijednosti glavnog indikatora - ugljičnog ekvivalenta S_{ekviv.. Ovo je uslovni koeficijent koji uzima u obzir stepen uticaja sadržaja ugljenika i glavnih legirajućih elemenata na karakteristike šava.}

Sljedeći faktori utiču na zavarljivost čelika:

1. Sadržaj ugljika.
2. Prisustvo štetnih nečistoća.
3. Stepen dopinga.
4. Pregled mikrostrukture.
5. Uslovi okoline.
6. Debljina metala.

Najinformativniji parametar je hemijski sastav.

Distribucija čelika po grupama zavarljivosti

Predmetsvi ovi faktori, zavarljivost čelika ima različite karakteristike.

Klasifikacija čelika prema zavarljivosti.

• Dobar (kada je S_{eq≧0, 25%): za dijelove od niskougljičnog čelika; ne zavisi od debljine proizvoda, vremenskih uslova, dostupnosti pripremnih radova.}
• Zadovoljavajući (0,25%≦S_{eq≦0,35%): postoje ograničenja u pogledu uslova okoline i prečnika zavarene konstrukcije (temperatura vazduha do -5, u mirnom vrijeme, debljina do 20 mm).}
• Limited (0,35%≦C_{eq≦0,45%): Potrebno je prethodno zagrevanje da bi se formirao kvalitetan šav. Promoviše "glatke" austenitne transformacije, formiranje stabilnih struktura (feritno-perlitne, bainitne).}
• Loš (S_{eq≧0, 45%): formiranje mehanički stabilnog zavarenog spoja nemoguće je bez prethodne temperaturne pripreme metalnih ivica, kao i naknadne termičke obrade zavarene konstrukcije. Potrebno je dodatno zagrijavanje i glatko hlađenje kako bi se formirala željena mikrostruktura.}

Grupe zavarljivosti čelika olakšavaju kretanje kroz tehnološke karakteristike zavarivanja specifičnih razreda legura gvožđa i ugljenika.

toplinska obrada

U zavisnosti od grupe zavarljivosti čelika i odgovarajućih tehnoloških karakteristika, karakteristike zavarenog spoja se mogu podešavati korišćenjem uzastopnih temperaturnih efekata. Postoje 4 glavne metode termičke obrade: kaljenje, kaljenje,žarenje i normalizacija.

Najčešći su kaljenje i kaljenje za tvrdoću i istovremenu čvrstoću vara, ublažavanje naprezanja, sprečavanje pucanja. Stepen kaljenja zavisi od materijala i željenih svojstava.

Izvodi se toplinska obrada metalnih konstrukcija tokom pripremnih radova:

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

Racionalno upravljanje temperaturnim uticajima omogućava:

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

Korekcija svojstava prema temperaturnim razlikama može biti lokalna ili opšta. Grijanje rubova izvodi se pomoću opreme na plin ili električni luk. Posebne peći se koriste za zagrijavanje cijelog dijela i nesmetano njegovo hlađenje.

Uticaj mikrostrukture na svojstva

Suština procesa termičke obrade zasniva se na strukturnim transformacijama unutar ingota i njihovom uticaju na očvrsli 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 sa tvrdoćom od oko 200 HB (tvrdoća po Brinelu).
2. Uključenovazduh (10˚S/min) – sorbitol (feritno-perlit 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 kvaliteta 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 mekog čelika

Zavarljivost ugljeničnih 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 se mogu koncentrirati na rubovima zrna, povećavajući krhkost strukture. Zavarivanje je najjednostavnije, međutim, zahtijeva individualni pristup.

Ugljični čelik uobičajenog kvaliteta podijeljen je u tri grupe: A, B i C. Radovi zavarivanja se izvode sa metalom grupe C.

Zavarljivost čelika razreda VST1 - VST4, u skladu sa GOST 380-94, karakteriše odsustvo 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”, “polumirno”, “smireno”odnosno.

Niskougljični kvalitetni čelik predstavljen je razredima sa oznakom stoti dio ugljika, što ukazuje na stepen deoksidacije i sadržaj mangana (GOST 1050-88): čelik 10 (također 10kp, 10ps, 10G), 15 (takođe 15kp, 15ps, 15G), 20 (takođe 20kp, 20ps, 20G).

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

Metode zavarivanja:

1. Ručni luk koristeći posebne, inicijalno kalcinirane elektrode, prečnika od 2 do 5 mm. Tipovi: E38 (za srednju čvrstoću), E42, E46 (za dobru čvrstoću do 420 MPa), E42A, E46A (za visoku čvrstoću složenih konstrukcija i njihov rad u posebnim uslovima). Zavarivanje šipkama OMM-5 i UONI 13/45 vrši se pod dejstvom jednosmerne struje. Rad sa elektrodama TsM-7, OMA-2, SM-11 izvodi se strujom bilo koje karakteristike.
2. Plinsko zavarivanje. Najčešće nepoželjno, ali moguće. Izvodi se žicom za punjenje Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Tanki niskougljenični metal (d 8mm) zavaren je na levi način, debeli (d 8mm) - na pravi način. Nedostaci u svojstvima šava mogu se otkloniti normalizacijom ili žarenjem.

Zavarivanje niskougljičnih čelika se izvodi bez dodatnog zagrijavanja. Za detalje jednostavnog obrasca nema ograničenja. Važno je zaštititi volumetrijske i rešetkaste konstrukcije od vjetra. Poželjno je zavarivanje složenih objekata u radionici na temperaturi ne nižoj od 5˚S.

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

Srednji i visokougljični konstrukcijski čelici

Zasićenost legure ugljenikom smanjuje njenu sposobnost da formira dobra jedinjenja. U procesu termičkog djelovanja luka ili plinskog plamena, sumpor se nakuplja duž rubova zrna, što dovodi do crvene krhkosti, fosfor do hladnokrhkosti. Najčešće se zavaruju materijali legirani manganom.

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

Suština rada je smanjenje količine ugljika u zavarenoj bazeni, zasićenje metala u njemu silicijumom i manganom i osiguranje optimalne tehnologije. Istovremeno, važno je spriječiti prekomjerne gubitke ugljika, koji mogu dovesti do destabilizacije mehaničkih svojstava.

Karakteristike zavarivanja sa srednjim i visokim ugljičnim čelicima:

1. Početno zagrevanje 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, potpuna normalizacija se vrši prije početka rada. Za čelike sa visokim udjelom ugljika potrebno je prethodno žarenje.
2. Lučno zavarivanje se izvodi obloženim kalcinisanim elektrodama, veličine od 3 do 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), pod jednosmernom strujom. moguće raditifluks ili zaštitni gasovi (CO_{2, argon).}
3. Plinsko zavarivanje se izvodi naugljičnim plamenom, lijevom metodom, uz predgrijavanje na temperaturu od 200˚C, uz ravnomjerno nisko napajanje acetilena.
4. Obavezna termička obrada dijelova: kaljenje i kaljenje ili odvojeno kaljenje radi minimiziranja unutrašnjih naprezanja, sprječavanja pucanja, omekšavanja očvrsle martenzitne i troostitne strukture.
5. Kontaktno tačkasto zavarivanje se izvodi bez ograničenja.

Tako se konstrukcioni čelici sa srednjim i visokim sadržajem ugljenika zavaruju praktično bez ograničenja, na spoljnoj temperaturi od najmanje 5˚S. Na nižim temperaturama obavezno početno predgrijavanje i visokokvalitetna toplinska obrada.

Zavarivanje niskolegiranih čelika

Legirani čelici su čelici koji su zasićeni raznim metalima tokom topljenja kako bi se dobila željena svojstva. Gotovo svi imaju pozitivan učinak na tvrdoću i čvrstoću. Krom i nikal su dio nehrđajućih legura otpornih na toplinu. Vanadijum i silicijum daju elastičnost, koriste se kao materijal za proizvodnju opruga i opruga. Molibden, mangan, titanijum povećavaju otpornost na habanje, volfram - crvenu tvrdoću. Istovremeno, pozitivno utječući na svojstva dijelova, pogoršavaju zavarljivost čelika. Osim toga, povećava se stepen stvrdnjavanja i formiranje martenzitnih struktura, unutrašnja naprezanja i rizik od pucanja u šavovima.

Zavarljivost legiranih čelika je također određena njihovimhemijski sastav.

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

• Uski raspon dozvoljenih termičkih uslova.
• Radove izvoditi na temperaturi ne nižoj od -10˚S (u uslovima nižih atmosferskih temperatura, ali ne nižih od -25˚S primeniti predgrijavanje do 200˚S).

Mogući načini:

• Elektrolučno zavarivanje jednosmernom 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 takođe dobra, zahtjevi i mogući načini implementacije su isti kao i za legure 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Važna karakteristika legura 09G2S, 10G2S1 je odsustvo potrebe za pripremanjem ivica za delove prečnika 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. Zahtevaju predgrijavanje na temperature od 150-200˚S, višeslojne zavare, kaljenje i kaljenje po završetku zavarivanja. Opcije:

• Struja i prečnik elektrode kod zavarivanja električnim lukombira se striktno u zavisnosti od debljine metala, uzimajući u obzir činjenicu da su tanje ivice više kaljene tokom rada. Dakle, s promjerom proizvoda od 2-3 mm, trenutna vrijednost treba biti unutar 50-90 A. Sa debljinom ruba od 7-10 mm, jednosmjerna struja obrnutog polariteta povećava se na 200 A pomoću elektroda 4-6 mm. Koriste se šipke sa zaštitnim slojem od celuloze ili kalcijum fluorida (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Pri radu u zaštitnom gasnom okruženju CO_{2 potrebno je koristiti žicu Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM prečnika do do 2 mm.}

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

Čelici otporni na toplinu i visoke čvrstoće

Zavarivanje sa legurama gvožđe-ugljenik otpornim na toplotu 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF mora se izvoditi uz predgrijavanje na temperature od 300-450˚S, uz konačno očvršćavanje i visoko kaljenje..

• Elektrolučno zavarivanje na kaskadni način za projektovanje višeslojnog šava, korišćenjem kalciniranih obloženih elektroda UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Plinsko zavarivanje sa dovodom acetilena 100 dm3/mm koristeći materijale za punjenje Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Priključak cijevi se izvodi uz prethodno plinsko grijanje cijele spojnice.

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:

• Temeljno čišćenjeivice i upotreba kvačica.
• Žarenje elektrode na visokim temperaturama (do 450˚C).
• Prethodno zagrijati 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 asortiman nehrđajućih legura otpornih na toplinu i toplinu, neke od njih: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZK17, 03Kh16N15MZK17. Zavarljivost čelika (GOST 5632-72) pripada 4. grupi.

Karakteristike zavarljivosti visokog ugljičnog visoko legiranog čelika:

1. Neophodno je smanjiti jačinu struje u prosjeku za 10-20% zbog njihove niske toplotne provodljivosti.
2. Zavarivanje se izvodi sa razmakom, elektrodama veličine do 2 mm.
3. Smanjite sadržaj fosfora, olova, sumpora, antimona, povećajte obilje molibdena, vanadijuma, volframa upotrebom specijalnih obloženih šipki.
4. Potreba za formiranjem mješovite mikrostrukture vara (austenit + ferit). Ovo osigurava duktilnost nanesenog metala i minimiziranje unutrašnjih naprezanja.
5. Obavezno grijanje rubova uoči zavarivanja. Temperatura se bira u rasponu od 100 do 300˚S, u zavisnosti od mikrostrukture strukture.
6. Izbor obloženih elektroda kod elektrolučnog zavarivanja određen je vrstom zrna, svojstvima i radnim uslovima delova: za austenitni čelik 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 sa Sv-06Kh19N9T premazi,Sv-02X19H9; za martenzitni čelik 20H17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 presvučen Sv-08Kh17T; za austenitno-feritni čelik 12Kh21N5T: TsL-33 presvučen Sv-08Kh11V2MF.
7. Kod gasnog zavarivanja, dovod acetilena treba da odgovara vrednosti od 70-75 dm3/mm, žica za punjenje je Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Operacije potopljenog luka su moguće pomoću NZh-8.

Zavarljivost čelika je relativan parametar. Zavisi od hemijskog sastava metala, njegove mikrostrukture i fizičkih svojstava. Istovremeno, sposobnost formiranja visokokvalitetnih spojeva može se podesiti uz pomoć promišljenog tehnološkog pristupa, posebne opreme i uslova rada.