Зварюваність сталі - загальна інформація

Зварювання - один з методів створення нероз'ємних металевих конструкцій. Міцність шва, що утворюється в місцях з'єднання складових частин, залежить від такої характеристики стали, як «зварюваність».

Класифікація стали по мірі її зварюваності

1. хороша
   При зварюванні виходить якісний шов. Метал не вимагає попереднього нагрівання для проведення робіт, а самі вони проходять в звичайному режимі і з застосуванням всіх відомих технологій.
2. задовільна
   Щоб створити якісне зварне з'єднання, сталеві вироби необхідно підготувати, тобто розігріти.
3. обмежена
   Перед зварюванням металеві вироби спочатку розігрівають, а після їх з'єднання піддають ще й термічній обробці.
4. погана
   Така сталь характеризується тим, що під час зварювання (після неї) на поверхні утворюються тріщини, а також можуть виникати «гартівні» структури, що знижують міцність і надійність з'єднання, що роблять його крихким.

Методи розрахунку вуглецевого еквівалента

ВУкаіни для оцінки зварних характеристик прокату, що йде на створення конструкцій, використовують формулу, затверджену ГОСТ ГОСТ 27772-88:

В Європі для розрахунків застосовується наступна залежність:

В Японії така методика визначення вуглецевого еквівалента:

де С, P, Cr, Mn, Cu, V, Si, Ni, Мо - масові частки (в%) вуглецю, фосфору, хрому, марганцю, міді, ванадію, кремнію, нікелю, молібдену.

Сталь вважається не схильної до тріщин, якщо значення вуглецевого еквівалента «С» менше 0,45%. В іншому випадку, коли вже існує ймовірність їх появи, перед зварюванням частини, що вимагають з'єднання, необхідно прогріти.

Обчислення значення твердості в зоні термічного впливу

Наступний параметр, на який слід звернути увагу, - твердість зони термічного впливу (ЗТВ). Так називають ділянку вироби, який розташований біля утворився шва. У цій області під впливом температури відбуваються фазові перетворення зі зміною внутрішньої структури металу. Часом це загрожує тим, що сталь стає крихкою.

Твердість металу в цій зоні визначають за методом Віккерса. Якщо її значення лежать в діапазоні 350-400 за спеціальною HV-шкалою, то на ділянці ЗТВ точно знаходяться продукти розпаду аустеніту (одна з модифікацій заліза і його сплавів), як раз і ініціюють утворення холодних тріщин.

Максимальне значення твердості вуглецевої і низьколегованої сталі обчислюють, маючи дані про хімічний склад металу, за цією формулою:

де С, Mn, Si, Cr, Ni - масові частки (у відсотках) хімічних елементів.

Визначення чутливості стали до утворення холодних тріщин

Холодні тріщини утворюються після зварювання через розтягують залишкових напружень. Їх сила залежить від жорсткості конструкції, що вийшла і товщини шва. Визначити її значення дозволяє коефіцієнт інтенсивності жорсткості - К. Він характеризує прикладена зусилля, яке на 1 мм розкриває зазор, який опинився в зварному з'єднанні шириною так само 1 мм. Підраховується він так:

де Kq - це константа, яку прийнято вважати рівною 69, S - товщина сталевого листа (в мм). Важливо відзначити, що співвідношення справедливо тільки, якщо товщина листа не перевищує 150 мм.

Наскільки сталь може бути схильна до утворення холодних тріщин, допомагає дізнатися параметричне рівняння:

де РШ - коефіцієнт «охрупчивания» (так називають процес, коли з в'язкого стану метал переходить в крихке), Н - кількість дифузійного водню, К - коефіцієнт інтенсивності жорсткості.

Значення РШ знаходиться при вирішенні рівняння Біс-Сіо:

Результати неодноразово проведених досліджень дали можливість встановити поріг значення, при якому проявляється чутливості стали до утворення холодних тріщин. Це трапляється, якщо значення Pw перевищує 0,286.

Способи усунення холодних тріщин при зварюванні

Освіта тріщин погіршує поверхню металу і, відповідно, зменшує міцність готової конструкції. Запобігти їх поява допоможе наступне:

З перерахованих способів, щоб максимально зменшити можливість появи холодних тріщин при проведенні зварювальних робіт, найбільш затребуваний - останній.