Svařitelnost oceli – obecné informace

Podle svařitelnosti se oceli dělí do čtyř skupin: první skupina – dobře svařitelné; druhá skupina – uspokojivě svařeno; třetí skupina – omezené svařování; čtvrtá skupina – špatně svařitelná.

Hlavními znaky charakterizujícími svařitelnost ocelí jsou sklon k tvorbě trhlin a mechanické vlastnosti svarového spoje.

Do první skupiny Patří sem oceli, které lze svařovat konvenční technologií, tzn. bez ohřevu před svařováním a během svařování a bez následného tepelného zpracování. Není však vyloučeno použití tepelného zpracování ke zmírnění vnitřních pnutí.

Do druhé skupiny patří zejména oceli, při svařování za normálních výrobních podmínek nevznikají trhliny. Do této skupiny patří také oceli, které vyžadují předehřev, jakož i předběžné a následné tepelné zpracování, aby se zabránilo vzniku trhlin.

Do třetí skupiny zahrnují oceli, které jsou náchylné k tvorbě trhlin za normálních podmínek svařování. Při svařování se předběžně tepelně upravují a ohřívají. Většina ocelí zařazených do této skupiny je navíc podrobena zpracování po svařování.

do čtvrté skupiny zahrnují oceli, které se nejobtížněji svařují a jsou náchylné k praskání. Tyto oceli jsou v omezené míře svařitelné, proto se svařování provádí s povinným předběžným tepelným zpracováním, s ohřevem během procesu svařování a následným tepelným zpracováním.

Dobře svařitelné uhlíkové, nízko a středně legované oceli. Podmínky svařování jsou normální. Odlitky s velkým objemem usazeného kovu se doporučuje svařovat s mezitepelným zpracováním (žíháním nebo vysokým popouštěním dle režimu tepelného zpracování pro danou ocel). U konstrukcí pracujících při statickém zatížení se tepelné zpracování po svařování neprovádí.

U kritických konstrukcí pracujících při dynamickém zatížení nebo při vysokých teplotách se tepelné zpracování provádí v souladu s technickými specifikacemi. Díly s velkým objemem naneseného kovu podléhají žíhání nebo vysokému popouštění.

Při svařování elektrodami E42, E42A, E50, E50A, E55 (GOST 9467 – 75) je svarový spoj opracován běžným řezným nástrojem.

Svařitelnost ocelí podle jakosti je uvedena v tabulce. 1.

Uspokojivě svařitelné uhlíkové, nízko a středně legované oceli. Tepelné zpracování oceli před svařováním se liší v závislosti na jakosti oceli a konstrukci dílů. U odlitků z oceli 30L a 35L je nutné žíhání. Strojní díly vyrobené z válcovaných výrobků nebo výkovků, které nemají tuhé obrysy, lze svařovat v tepelně zpracovaném stavu (kalení a popouštění).

Svařování v chladném počasí není povoleno. Svařování dílů s velkým objemem usazeného kovu, stejně jako svařování výztužných vložek, se doporučuje provádět s mezitepelným zpracováním (žíháním nebo vysokým popouštěním). Při svařování malých dutin na dílech a prvcích z uhlíkové oceli obsahující 0,35 % uhlíku a není-li možné následné temperování, se svařovaný díl podrobí lokálnímu ohřevu.

Tabulka 1. Svařitelnost ocelí

Uhlíkové, nízko nebo středně legované oceli

St1kp, St1ps, St1sp, St2kp, St2ps, StZkp, StZps, StZsp, St4kp, St4ps, St4sp, St1kp, BSt1sp, BSt2kp, BSt2ps, BSt2sp, BStZkp, BStZps, BStZsp, BSt4ps, BSt4kp, St

O.8; 10, 15, 20, 25, 15G, 20G

15Х, 20Х, 20ХГСЛ, 12ХН2, 12Х2Н4А, 15НМ

BSt5sp, BSt5sp, BSt5Gsp

15HSND (SHL-1, NL-2)

St6ps, St6sp, BSt6ps, BS6sp

35ХМ, З0ХГС, 35СГ, ЗЗХС, 20Х2Н4А

40G, 45G, 50G, 60G, 65G, 70G

50HG, 50HGA, 55S2, 55S2A, 65, 75, 85, 60S2, 60S2A

U7, U6, U8G, U9, U10, U11; U12, U13, U7A, U8A, U8GA, U9A, U10A, U11A, U12A, U13A

0Х20Н14С2 (ЭИ732), Х23Н18 (ЭИ417), ОХ18Н10 (ОХ18Н9, ЭЯ0), Х18Н9Т (1Х18Н9Т, ЭЯ1Т)

2Х18Н9 (ЭЯ2), Х18Н9 (1Х18Н9, ЭЯ1)

Х12, Х12М, Х, 9Х, 7ХЗ, 8ХЗ, 9ХС, 4ХС. F, 8ХФ, В1, ЗХ2В8Ф, 4ХВ2С, 5ХВ2С, ХВГ, 9ХВГ, 6ХВГ, 5ХНВ, ХВ5, 5ХХГМ, 6ХХГМ

Tepelné zpracování po svařování je různé pro různé jakosti oceli.

U odlitků z oceli 30L a 35L je při svařování přes trhliny a svařování výztužných vložek vyžadováno žíhání nebo vysoké popouštění. Při svařování malých defektů na uhlíkové oceli obsahující více než 0,35 % uhlíku se pro zlepšení mechanických vlastností a zpracovatelnosti provádí tepelné zpracování podle režimu pro tuto ocel. U ostatních ocelí svařovaných v tepelně zpracovaném stavu je požadováno popouštění s ohřevem na teplotu 50 – 100 °C pod popouštěcí teplotou oceli. U oceli 27GS, 20KhGS a dalších ocelí náchylných k popouštěcí křehkosti by teplota popouštění po svařování měla být mimo rozsah teplot popouštěcí křehkosti.

Svarové spoje vyrobené elektrodami E42, E42A, E50, E50A, E55 lze zpracovávat běžnými řeznými nástroji za předpokladu, že obsah uhlíku v uhlíkové oceli nepřekročí 0,35 % a objem naneseného kovu není menší než 20x20x10 mm.

Kov nanesený elektrodami TsL-2, TsL-4 (GOST 10052 – 62) je zpracován karbidovými nástroji.

Omezená svařitelnost nízko a středně legovaných uhlíkových ocelí. U odlitků vyrobených z oceli LKhN2 a 50L je před svařováním vyžadováno žíhání bez ohledu na konfiguraci odlitku. Drobné vady lze zavařit do tepelně zpracovaného stavu odlitku. U strojních dílů vyrobených z válcovaných výrobků nebo z výkovků, které nemají zvlášť tuhé obrysy a tuhé součásti, je povoleno svařování v tepelně zpracovaném stavu (kalení a popouštění).

Tepelné podmínky svařování jsou následující. Bez předehřevu lze svařovat v případech, kdy svarové spoje nemají tuhé obrysy, tloušťka kovu není větší než 15 mm, okolní teplota není nižší než 5 °C a svarové spoje jsou pomocného charakteru. Ve všech ostatních případech je nutný předehřev na teplotu 200°C.

Tepelné zpracování po svařování má následující vlastnosti.

Při svařování velkých defektů na dílech vyrobených z oceli LKhN2 je nutné tepelné zpracování podle režimu pro tuto ocel. Po navaření malých vad v tepelně zpracovaném odlitku je nutné opakované popouštění podle režimu pro tuto ocel. U jakékoli jiné oceli z uvažované skupiny, svařované v tepelně zpracovaném stavu, je vyžadováno popouštění, aby se uvolnilo pnutí při ohřevu na teplotu o 50 – 100 °C nižší, než je teplota popouštění oceli. U oceli 30KhGSA a dalších ocelí náchylných k popouštěcí křehkosti by popouštěcí teplota po svařování měla být mimo oblast popouštěcí křehkosti.

Při svařování elektrodami E42, E42A, E50, E50A, E55 se svarové spoje zpracovávají bez potíží, pokud je díl temperován na teplotu ne nižší než 550 – 650 ° C.

Špatně svařitelné nízko a středně legované uhlíkové oceli. Ocel musí být před svařováním žíhána. Bez ohledu na tloušťku svařovaných prvků a typ svarového spoje je nutné ocel předehřát na teplotu minimálně 200°C.

Tepelné zpracování po svařování se provádí podle zvláštních pokynů v závislosti na jakosti oceli a jejím účelu.

Mechanické opracování svarového spoje je možné pouze po žíhání nebo vysokém popouštění.

Snadno svařitelné legované oceli. Tepelné zpracování se před svařováním neprovádí. Pokud je vytvrzení výrazné, musí být kov vytvrzen na teplotu 1050 – 1100°C. Tepelné podmínky svařování jsou normální. Tepelné zpracování po svařování se neprovádí.

Mechanické zpracování svarových spojů je obtížné vzhledem k vysoké viskozitě většiny ocelí v uvažované skupině.

Uspokojivě svařitelné legované oceli. Před svařováním se doporučuje použít temperování na teplotu 650 – 710°C s chlazením vzduchem. Tepelné podmínky svařování jsou normální.

Svařování v chladném počasí není povoleno. Předehřev na 150 – 200°C je nutný pouze při svařování prvků s tloušťkou stěny větší než 10 mm.

Po svaření se pro odlehčení a snížení tvrdosti tepelně ovlivněné zóny, zejména při svařování elektrodami z oceli 0X14A, doporučuje temperovat svařované díly na teplotu 650 – 710°C s ochlazením dílů v vzduch.

Při svařování elektrodami TsL-2 a TsL-4 se tepelné zpracování provádí podle zvláštního režimu. Mechanické zpracování je možné pouze po tepelném zpracování podle zvláštního režimu.

Legované oceli s omezenou svařitelností. Tepelné zpracování před svařováním je pro různé oceli různé. U ocelí 18X14A a SKHNA je vyžadováno popouštění při teplotě 650 – 710 °C s chlazením na vzduchu. U ostatních ocelí se doporučuje kalení ve vodě od teploty 1050 – 1100°C.

Při svařování pro oceli 18X14A, SKhNA, X25N13L je nutný předehřev na teplotu 200 – 300°C. Oceli 9Kh19NA, Kh18N9 a 2Kh18N9 jsou svařovány za normálních podmínek s minimálním ohřevem a minimální rychlostí ochlazování svarového kovu a tepelně ovlivněné zóny.

Po svařování, aby se uvolnilo pnutí a snížila tvrdost kovu svarového spoje, musí být díly vyrobené z oceli 18Х14А popuštěny při teplotě 650 – 710°C. U oceli 9X19NA, X18N9, 2X18N9 je vyžadováno kalení ve vodě od teploty 1050-1100°C.

Mechanické opracování svarového spoje z oceli 18Х14А je možné až po temperování. U všech ostatních ocelí je obrobitelnost svarového spoje na úrovni základního kovu.

Špatně svařitelné legované oceli. Před svařováním se u různých ocelí doporučuje za určitých podmínek popustit.

Svařování nástrojové oceli v tepelně zpracovaném stavu je povoleno, pokud svar není uložen na řezné části nástroje.

U oceli G13L je nutné kalení. Při svařování je nutný předehřev na 200 – 300°C s výjimkou ocelí RF18 a P9, jejichž ohřev musí být minimálně 600°C. Svařování oceli G1ZL v kaleném stavu by mělo být prováděno bez ohřevu.

Tepelné zpracování po svařování se provádí podle speciálních pokynů v závislosti na jakosti oceli a účelu. U oceli G1ZL není nutné tepelné zpracování.

Svařování je jednou z metod vytváření trvalých kovových konstrukcí. Pevnost švu vytvořeného na spoji součástí závisí na takové vlastnosti oceli, jako je „svařitelnost“.

Klasifikace oceli podle stupně její svařitelnosti

Ocel je zastoupena různými skupinami jakostí, z nichž každá má své vlastní fyzikální a chemické vlastnosti. Výsledkem je, že kovové výrobky mají různé míry svařitelnosti. V závislosti na tomto parametru se slitiny železo-uhlík dělí do čtyř kategorií.

1. Dobrý
   Při svařování se získá vysoce kvalitní šev. Kov pro provedení práce nevyžaduje předehřívání a samotná práce se provádí obvyklým způsobem a za použití všech známých technologií.
2. Uspokojivé
   Pro vytvoření kvalitního svarového spoje je třeba ocelové výrobky připravit, tedy zahřát.
3. Omezený
   Kovové výrobky se před svařováním nejprve zahřejí a po spojení se také tepelně zpracují.
4. Špatný
   Taková ocel se vyznačuje tím, že při svařování (po něm) se na povrchu tvoří trhliny a mohou se také objevit „tvrdnoucí“ struktury, které snižují pevnost a spolehlivost spoje a činí jej křehkým.

Metody výpočtu uhlíkového ekvivalentu

Vlastnosti oceli obecně závisí na přítomnosti jiných kovů ve slitině železa a uhlíku. Při znalosti jejich obsahu pomocí empirického vzorce není obtížné vypočítat hodnotu tzv. uhlíkového ekvivalentu (Ce). Tato hodnota umožňuje určit, jaké výsledky lze očekávat od svařování kovových výrobků.

V Rusku pro hodnocení svařovacích charakteristik válcovaných výrobků používaných k vytváření konstrukcí používají vzorec schválený GOST 27772-88:

V Evropě se pro výpočty používá následující vztah:

V Japonsku je tato metoda pro stanovení uhlíkového ekvivalentu:

kde C, P, Cr, Mn, Cu, V, Si, Ni, Mo jsou hmotnostní zlomky (v %) uhlíku, fosforu, chrómu, manganu, mědi, vanadu, křemíku, niklu, molybdenu.

Ocel se nepovažuje za náchylnou k praskání, pokud je hodnota uhlíkového ekvivalentu „C“ menší než 0,45 %. V opačném případě, když již existuje možnost jejich výskytu, je nutné součásti vyžadující spojení před svařováním zahřát.

Výpočet hodnoty tvrdosti v tepelně ovlivněné zóně

Dalším parametrem, kterému je třeba věnovat pozornost, je tvrdost tepelně ovlivněné zóny (HAZ). Toto je název dané části výrobku, která se nachází v blízkosti vytvořeného švu. V této oblasti dochází vlivem teploty k fázovým přeměnám se změnou vnitřní struktury kovu. Někdy to může vést ke zkřehnutí oceli.

Tvrdost kovu v této zóně se určuje pomocí Vickersovy metody. Pokud se jeho hodnoty pohybují v rozmezí 350-400 na speciální HV stupnici, pak se v oblasti HAZ jednoznačně vyskytují produkty rozkladu austenitu (jedna z modifikací železa a jeho slitin), které iniciují vznik studených trhlin. .

Maximální hodnota tvrdosti uhlíkové a nízkolegované oceli se vypočítá pomocí údajů o chemickém složení kovu pomocí tohoto vzorce:

kde C, Mn, Si, Cr, Ni jsou hmotnostní zlomky (v procentech) chemických prvků.

Stanovení citlivosti oceli na praskání za studena

Po svařování vznikají trhliny za studena v důsledku tahových zbytkových napětí. Jejich pevnost závisí na tuhosti výsledné struktury a tloušťce švu. Jeho hodnotu lze určit součinitelem intenzity tuhosti – K. Charakterizuje působící sílu, která otevře mezeru o 1 mm, která je také ve svarovém spoji široká 1 mm. Počítá se takto:

kde Kq je konstanta, která se považuje za rovnou 69, S je tloušťka ocelového plechu (v mm). Je důležité si uvědomit, že poměr je platný pouze v případě, že tloušťka plechu nepřesahuje 150 mm.

Jak může být ocel náchylná k praskání za studena, lze určit pomocí parametrické rovnice:

kde Рш je koeficient „křehnutí“ (toto je název pro proces, kdy kov přechází z viskózního stavu do křehkého), H je množství difúzního vodíku, K je koeficient intenzity tvrdosti.

Hodnota Psh se zjistí řešením Bes-Sio rovnice:

Výsledky opakovaných studií pomohly stanovit prahovou hodnotu, při které se projevuje citlivost oceli na tvorbu studených trhlin. K tomu dojde, pokud hodnota Pw překročí 0,286.

Metody eliminace studených trhlin při svařování

Tvorba trhlin zhoršuje kovový povrch a v důsledku toho snižuje pevnost hotové konstrukce. Následující opatření pomohou zabránit jejich výskytu:

• revize (změna) konstrukčních řešení, která sníží tuhost v oblasti svarového spoje;
• pečlivé sledování průběhu svařování za optimálních podmínek pomůže snížit obsah difúzního vodíku;
• provádění svářečských prací při dodržení speciálních parametrů, které zabrání křehnutí kovu a usnadní odstranění difúzního vodíku ze švu.

Z uvedených metod pro snížení pravděpodobnosti vzniku studených trhlin při svařování je nejoblíbenější poslední.