Sudabilitatea oțelului: clasificare. Grupuri de sudabilitate ale otelurilor

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Oțelul este principalul material structural. Este un aliaj fier-carbon care conține diverse impurități. Toate componentele incluse în compoziția sa afectează proprietățile lingoului. Una dintre caracteristicile tehnologice ale metalelor este capacitatea de a forma îmbinări sudate de în altă calitate.

Factorii care determină sudabilitatea oțelului

Evaluarea sudabilității oțelului se face prin valoarea indicatorului principal - echivalentul de carbon al С_{equiv. Acesta este un coeficient condiționat care ia în considerare gradul de influență a conținutului de carbon și a principalelor elemente de aliere asupra caracteristicilor sudurii.}

Următorii factori afectează sudabilitatea oțelurilor:

1. Conținut de carbon.
2. Prezența impurităților dăunătoare.
3. Grad de dopaj.
4. Vizualizare microstructură.
5. Condiții de mediu.
6. Grosimea metalului.

Cel mai informativ parametru este compoziția chimică.

Distribuția oțelurilor pe grupe de sudabilitate

Supustoți acești factori, sudabilitatea oțelului are caracteristici diferite.

Clasificarea oțelurilor în funcție de sudabilitate.

• Bine (când С_{eq≧0, 25%): pentru piese din oțel cu conținut scăzut de carbon; nu depinde de grosimea produsului, de condițiile meteorologice, de disponibilitatea lucrărilor pregătitoare.}
• Satisfăcător (0,25%≦С_{eq≦0,35%): există restricții privind condițiile de mediu și diametrul structurii sudate (temperatura aerului până la -5, în calm vreme, grosime de până la 20 mm).}
• Limited (0,35%≦C_{eq≦0,45%): este necesară preîncălzirea pentru a forma o cusătură de calitate. Promovează transformările austenitice „netede”, formarea de structuri stabile (feritic-perlitice, bainitice).}
• Bad (С_{eq≧0, 45%): formarea unei îmbinări sudate stabile mecanic este imposibilă fără pregătirea prealabilă la temperatură a marginilor metalice, precum și tratamentul termic ulterior a structurii sudate. Sunt necesare încălzire suplimentară și răcire lină pentru a forma microstructura dorită.}

Grupurile de sudabilitate din oțel facilitează navigarea prin caracteristicile tehnologice ale sudării unor clase specifice de aliaje fier-carbon.

Tratament termic

În funcție de grupa de sudabilitate a oțelurilor și de caracteristicile tehnologice corespunzătoare, caracteristicile îmbinării sudate pot fi ajustate folosind efecte de temperatură succesive. Există 4 metode principale de tratament termic: călire, călire,recoacere și normalizare.

Cele mai frecvente sunt călirea și revenirea pentru duritate și rezistența simultană a sudurii, reducerea tensiunilor, prevenirea fisurilor. Gradul de revenire depinde de material și de proprietățile dorite.

Se efectuează tratarea termică a structurilor metalice în timpul lucrărilor pregătitoare:

• recoace - pentru a elimina stresul din interiorul metalului, asigurând moliciunea și flexibilitatea acestuia;
• preîncălzit pentru a minimiza diferența de temperatură.

Gestiunea rațională a influențelor temperaturii permite:

• pregătiți piesa pentru lucru (eliberați toate tensiunile interne prin măcinarea boabelor);
• reduce diferențele de temperatură pe metalul rece;
• îmbunătățiți calitatea obiectului sudat prin corectarea termică a microstructurii.

Corectarea proprietăților prin diferențe de temperatură poate fi locală sau generală. Încălzirea marginilor se realizează folosind echipamente cu gaz sau cu arc electric. Cuptoare speciale sunt folosite pentru a încălzi întreaga piesă și pentru a o răci fără probleme.

Influența microstructurii asupra proprietăților

Esența proceselor de tratare termică se bazează pe transformările structurale din interiorul lingoului și efectul acestora asupra metalului solidificat. Deci, atunci când este încălzită la o temperatură de 727 ˚C, este o structură austenitică granulară mixtă. Metoda de răcire determină opțiunile de transformare:

1. In interiorul cuptorului (viteza 1˚C/min) - se formeaza structuri de perlita cu o duritate de aproximativ 200 HB (duritate Brinell).
2. Activataer (10˚С/min) – sorbitol (granule de ferită-perlită), duritate 300 HB.
3. Ulei (100˚C/min) – troostită (microstructură ferită-cementită), 400 HB.
4. Apă (1000˚C/min) – martensită: dur (600 HB) dar structura aciculară fragilă.

Îmbinarea de sudură trebuie să aibă suficienți indicatori de calitate, duritate, rezistență, plasticitate, astfel încât caracteristicile martensitice ale cusăturii nu sunt acceptabile. Aliajele cu conținut scăzut de carbon au o structură feritică, ferit-perlitică, ferit-austenitică. Oțeluri carbon mediu și aliaje medii - perlitice. Cu conținut ridicat de carbon și în alt aliat - martensitic sau troostită, care este important de adus la o formă feritic-austenitică.

Sudura din oțel moale

Sudabilitatea oțelurilor carbon este determinată de cantitatea de carbon și de impurități. Ele sunt capabile să se ardă, transformându-se în forme gazoase și oferind o porozitate a cusăturii de calitate scăzută. Sulful și fosforul pot fi concentrate la marginile boabelor, crescând fragilitatea structurii. Sudarea este cea mai simplificată, totuși necesită o abordare individuală.

Oțelul carbon de calitate comună este împărțit în trei grupe: A, B și C. Lucrările de sudare se efectuează cu metal din grupa C.

Sudabilitatea claselor de oțel VST1 - VST4, în conformitate cu GOST 380-94, se caracterizează prin absența restricțiilor și a cerințelor suplimentare. Sudarea pieselor cu un diametru de până la 40 mm are loc fără încălzire. Indicatori posibili în clase: G - conținut ridicat de mangan; kp, ps, cn - „fierbe”, „semi-calm”, „calm”respectiv.

Oțelul de calitate cu conținut scăzut de carbon este reprezentat de clase cu denumirea de sutimi de carbon, indicând gradul de dezoxidare și conținutul de mangan (GOST 1050-88): oțel 10 (de asemenea 10kp, 10ps, 10G), 15 (de asemenea, 15kp, 15ps, 15G), 20 (tot 20kp, 20ps, 20G).

Pentru a asigura o sudura de calitate, este necesar sa se efectueze procesul de saturare a bazinului de sudura cu carbon C si mangan Mn.

Metode de sudare:

1. Arc manual folosind electrozi speciali, inițial calcinati, cu diametrul de 2 până la 5 mm. Tipuri: E38 (pentru rezistență medie), E42, E46 (pentru rezistență bună până la 420 MPa), E42A, E46A (pentru rezistență ridicată a structurilor complexe și funcționarea acestora în condiții speciale). Sudarea cu tije OMM-5 si UONI 13/45 se realizeaza sub actiunea curentului continuu. Lucrul cu electrozii TsM-7, OMA-2, SM-11 se efectuează cu un curent de orice caracteristică.
2. Sudura cu gaz. Cel mai adesea nedorit, dar posibil. Se realizează folosind sârmă de umplere Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Metalul subțire cu emisii scăzute de carbon (d 8mm) este sudat în sensul stâng, gros (d 8mm) - în modul corect. Deficiențele în proprietățile cusăturii pot fi înlăturate prin normalizare sau recoacere.

Sudarea oțelurilor cu conținut scăzut de carbon se realizează fără încălzire suplimentară. Pentru detaliile unui formular simplu, nu există restricții. Este important să protejați structurile volumetrice și cu zăbrele de vânt. Este de dorit să sudați obiecte complexe într-un atelier la o temperatură nu mai mică de 5˚С.

Astfel, pentru clasele VST1 - VST4, oțel 10 - oțel 20 - sudabilitatea este bună, practicfără restricții, necesitând o selecție individuală standard a metodei de sudare, a tipului de electrod și a caracteristicilor curentului.

Oțeluri structurale cu carbon mediu și ridicat

Saturarea aliajului cu carbon reduce capacitatea acestuia de a forma compuși buni. În procesul de efecte termice ale unui arc sau a unei flăcări de gaz, sulful se acumulează de-a lungul marginilor boabelor, ducând la fragilitate roșie, fosfor la fragilitate la rece. Cel mai adesea, materialele aliate cu mangan sunt sudate.

Aceasta include oțeluri structurale de calitate obișnuită VSt4, VSt5 (GOST 380-94), de în altă calitate 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) din diverse producții metalurgice.

Esența lucrării este reducerea cantității de carbon din bazinul de sudură, saturarea metalului din acesta cu siliciu și mangan și asigurarea unei tehnologii optime. În același timp, este important să se prevină pierderile excesive de carbon, care pot duce la destabilizarea proprietăților mecanice.

Caracteristici ale sudării cu oțeluri cu carbon mediu și ridicat:

1. Încălzire inițială a marginii până la 100-200˚С pentru lățime de până la 150 mm. Numai clasele Vst4 și oțelul 25 sunt sudate fără încălzire suplimentară. Pentru oțelurile cu carbon mediu cu sudabilitate satisfăcătoare, normalizarea completă este efectuată înainte de începerea lucrului. Precoacerea este necesară pentru oțelurile cu conținut ridicat de carbon.
2. Sudarea cu arc se realizează cu electrozi calcinati acoperiți, cu dimensiuni cuprinse între 3 și 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), în curent continuu. posibil să lucreziflux sau gaze de protecție (CO_{2, argon).}
3. Sudarea cu gaz se realizează cu flacără de cementare, metoda stângă, cu preîncălzire la o temperatură de 200˚C, cu o sursă uniformă de energie scăzută a acetilenei.
4. Tratament termic obligatoriu al pieselor: întărire și revenire sau revenire separată pentru a minimiza tensiunile interne, a preveni fisurarea, a înmuia structurile martensitice și troostitice întărite.
5. Sudura prin puncte de contact se realizează fără limitare.

Astfel, oțelurile de structură cu conținut mediu și ridicat de carbon sunt sudate practic fără restricții, la o temperatură exterioară de cel puțin 5˚С. La temperaturi mai scăzute, preîncălzirea inițială și tratamentul termic de în altă calitate sunt obligatorii.

Sudarea oțelurilor slab aliate

Oțelurile aliate sunt oțeluri care sunt saturate cu diferite metale în timpul topirii pentru a obține proprietățile dorite. Aproape toate au un efect pozitiv asupra durității și rezistenței. Cromul și nichelul fac parte din aliajele rezistente la căldură și inoxidabile. Vanadiul și siliciul dau elasticitate, sunt folosite ca material pentru fabricarea arcuri și arcuri. Molibdenul, manganul, titanul cresc rezistența la uzură, duritatea wolfram - roșu. În același timp, afectând în mod pozitiv proprietățile pieselor, ele înrăutățesc sudabilitatea oțelului. În plus, gradul de întărire și formarea structurilor martensitice, tensiunile interne și riscul de fisurare a cusăturilor cresc.

Sudabilitatea oțelurilor aliate este determinată și de acesteacompoziție chimică.

Oțelurile cu conținut scăzut de carbon 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) sunt bine sudate. În condiții standard, nu necesită încălzire suplimentară și tratament termic la sfârșitul proceselor. Cu toate acestea, există încă unele restricții:

• Interval restrâns de condiții termice permise.
• Lucrările trebuie efectuate la o temperatură nu mai mică de -10˚С (în condiții de temperaturi atmosferice mai scăzute, dar nu mai mici de -25˚С, aplicați preîncălzirea până la 200˚С).

Căi posibile:

• Sudare cu arc electric cu curent continuu de la 40 la 50 A, electrozi E55, E50A, E44A.
• Sudura automată cu arc scufundat folosind sârmă de umplutură Sv-08GA, Sv-10GA.

Sudabilitatea oțelului 09G2S, 10G2S1 este de asemenea bună, cerințele și metodele posibile de implementare sunt aceleași ca pentru aliajele 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. O caracteristică importantă a aliajelor 09G2S, 10G2S1 este absența necesității de a pregăti marginile pentru piesele cu diametrul de până la 4 cm.

Sudarea oțelurilor aliaje mijlocii

Oțelurile mediu aliate 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) produc o rezistență mai semnificativă la formarea de cusături libere. Ele aparțin grupului cu sudabilitate satisfăcătoare. Acestea necesită preîncălzire la temperaturi de 150-200˚С, suduri multistrat, călire și revenire la terminarea sudurii. Opțiuni:

• Curentul și diametrul electrodului la sudarea cu arc electricse alege strict in functie de grosimea metalului, tinand cont de faptul ca marginile mai subtiri sunt mai intarite in timpul lucrului. Deci, cu un diametru al produsului de 2-3 mm, valoarea curentului ar trebui să fie între 50-90 A. Cu o grosime de margine de 7-10 mm, curentul continuu de polaritate inversă crește la 200 A folosind electrozi de 4-6 mm. Se folosesc tije cu acoperiri protectoare de celuloză sau fluorură de calciu (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Când lucrați într-un mediu gazos protector CO_{2 este necesar să utilizați sârmă Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM cu un diametru de până la până la 2 mm.}

Metoda cu arc cu argon sau sudarea cu arc scufundat sunt adesea folosite pentru aceste materiale.

Oțeluri rezistente la căldură și de în altă rezistență

Sudarea cu aliaje fier-carbon rezistente la căldură 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF trebuie efectuată cu preîncălzire la temperaturi de 300-450˚С, cu întărire finală și revenire ridicată.

• Sudura cu arc electric în cascadă pentru a proiecta o cusătură multistrat, folosind electrozi acoperiți cu calcinare UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Sudura cu gaz cu alimentare cu acetilenă 100 dm3/mm folosind materiale de umplutură Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Racordarea conductei se realizeaza cu incalzirea prealabila pe gaz a intregii imbinari.

La sudarea materialelor de în altă rezistență, aliate mijlocie, 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, este important să respectați aceleași reguli ca și pentru oțelurile termorezistente, ținând cont de unele nuanțe:

• Curățenie temeinicămarginile și utilizarea de chinuri.
• Recoacerea la temperatură în altă a electrodului (până la 450˚C).
• Preîncălziți până la 150˚C pentru piesele cu grosimea de peste 2 cm.
• Răcire lentă a cusăturii.

Oțeluri în alt aliate

La sudarea oțelurilor în alt aliate este necesară utilizarea unei tehnologii speciale. Acestea includ o gamă largă de aliaje inoxidabile, rezistente la căldură și rezistente la căldură, unele dintre ele: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZhB, 03Kh16N15MZhB,. Sudabilitatea oțelurilor (GOST 5632-72) aparține grupei a 4-a.

Caracteristica de sudabilitate a oțelului cu conținut ridicat de carbon și în alt aliat:

1. Este necesar să se reducă puterea curentului cu o medie de 10-20% din cauza conductibilității lor termice scăzute.
2. Sudarea trebuie efectuată cu un spațiu, electrozi de până la 2 mm.
3. Reduceți conținutul de fosfor, plumb, sulf, antimoniu, creșteți abundența de molibden, vanadiu, wolfram prin utilizarea unor tije acoperite speciale.
4. Nevoia de a forma o microstructură de sudare mixtă (austenită + ferită). Acest lucru asigură ductilitatea metalului depus și minimizarea tensiunilor interne.
5. Încălzirea marginii obligatorie în ajunul sudării. Temperatura este selectată în intervalul de la 100 la 300˚С, în funcție de microstructura structurilor.
6. Alegerea electrozilor acoperiți în sudarea cu arc este determinată de tipul de granule, proprietățile și condițiile de lucru ale pieselor: pentru oțel austenitic 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 cu Sv-06Kh19N9T acoperiri,Sv-02X19H9; pentru oțel martensitic 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 acoperit cu Sv-08Kh17T; pentru oțel austenitic-feritic 12Kh21N5T: TsL-33 acoperit cu Sv-08Kh11V2MF.
7. La sudarea cu gaz, alimentarea cu acetilenă ar trebui să corespundă cu valoarea de 70-75 dm3/mm, firul de umplutură utilizat este Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Operațiile cu arc scufundat sunt posibile folosind NZh-8.

Sudabilitatea oțelului este un parametru relativ. Depinde de compoziția chimică a metalului, de microstructura acestuia și de proprietățile fizice. În același timp, capacitatea de a forma îmbinări de în altă calitate poate fi ajustată cu ajutorul unei abordări tehnologice bine gândite, a unor echipamente speciale și a condițiilor de lucru.