Свариваемость металлов и сплавов

Совокупность технологических характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие свариваемость. Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобным физическим свойствам. Кроме технологических характеристик основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом дополнительного металла, флюса, покрытия или защитного газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.

В зависимости от марки основного металла и условий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность показателей, определяющих понятие свариваемости. Так, под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и околошовной зоны в рассматриваемом случае должен быть стойким против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкций и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла.

При сварке легированных сталей, применяемых для изготовления химической аппаратуры, под свариваемостью кроме указанных выше показателей подразумевают также стойкость против образования трещин и закалочных структур в околошовной зоне и обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких или низких температурах). При наплавке деталей, работающих на истирание, особое значение приобретает стойкость металла шва против эрозии, т. е. постепенного разрушения его вследствие механического износа.

С развитием техники одновременно с усложнением условий работы конструкций, применением высокопрочных конструкционных материалов и предъявлением повышенных требований к работоспособности изделия увеличивается и число показателей, входящих в понятие свариваемости.

В начальный период развития сварочной техники все материалы и сплавы в зависимости от их способности образовывать сварные соединения необходимого и достаточного качества разделяли на обладающее хорошей, удовлетворительной и неудовлетворительной свариваемостью. Для сталей в основном эта характеристика была связана с содержанием в них углерода. Современные знания о природе сварочных процессов позволяют утверждать, что все однородные металлы и сплавы могут образовывать при сварке плавлением сварные соединения удовлетворительного качества. Разница между металлами, обладающими хорошей и плохой свариваемостью, заключается в том, что для соединения последних необходима более сложная технология сварки (предварительный подогрев, ограничение погонной энергии сварки, последующая термообработка, сварка в вакууме, облицовка кромок и т. п.).

Усложнение технологии и применение специальных сварочных материалов делает изготовление сварных конструкций из этих материалов во многих случаях экономически нецелесообразным. По мере усовершенствования существующих и разработки новых сварочных процессов и сварочных материалов сокращается количество металлов и сплавов, изготовление сварных конструкций из которых не обеспечивает необходимой работоспособности и экономически нецелесообразно.

Оценку свариваемости, как правило, производят не по абсолютным величинам, а по сравнению со свойствами ранее применявшихся материалов или со свойствами основного металла. Результаты испытания на свариваемость признают удовлетворительными в том случае, если они соответствуют нормативам, установленным техническими условиями на данный вид продукции.

Ввиду того, что свариваемость определяется многими показателями, не удается создать единую методику испытания, позволяющую однозначно описать эту комплексную технологическую характеристику. Поэтому для оценки свариваемости применяют ряд испытаний. Выбор методов испытания обусловлен назначением конструкции и свойствами основного металла или сплава.

Под влиянием сварки происходят изменения структуры и свойств металлов шва и околошовной зоны по сравнению с основным металлом. В процессе кристаллизации металла шва под воздействием возникающих при сварке растягивающих напряжений возможно образование кристаллизационных трещин, являющихся весьма серьезным дефектом (см. § 6-2). Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин является одним из важнейших показателей свариваемости. В металле шва могут появиться и холодные трещины. Образование их при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей наблюдается относительно редко.

Под воздействием применяемого при сварке источника теплоты в околошовной зоне изменяется структура основного металла, что может привести к образованию околошовных холодных трещин (см. §6-3). Стойкость металла околошовной зоны против образования трещин является вторым показателем свариваемости. Образцы, применяемые в этом случае, служат и для выявления холодных трещин в металле шва.

Под воздействием сварки в металле сварного соединения происходят процессы, которые могут привести к снижению стойкости его против перехода в хрупкое состояние. Поэтому проводят испытания стойкости металла околошовной зоны и шва, а также сварного соединения в целом против перехода в хрупкое состояние.

Обычно металл шва по химическому составу и структуре заметно отличается от основного металла. Заметные изменения происходят также в металле околошовной зоны. Это может привести к существенному отличию прочностных и других специальных характеристик металла шва и околошовной зоны от свойств основного металла. Поэтому в комплекс определения свариваемости входит проверка механических свойств металла шва и сварного соединения при различных температурах, а также стойкости против коррозии, износостойкости и других специальных характеристик.