Свариваемость металлов: главные факторы успеха в сварочном производстве

На качество шва при выполнении сварочных работ влияет несколько факторов. Это тип оборудования и расходных материалов, опыт исполнителя, свариваемость сталей различных марок. Для создания качественного соединения необходимо знать, с какими марками металла быть производиться работа.

Что это такое

Свариваемость металлов — это способность металла соединяться с другими металлами или материалами при помощи сварки. Эта способность зависит от химических свойств металла, его структуры и механических свойств. Некоторые металлы более легко свариваются, чем другие, и могут иметь лучшую свариваемость при определенных условиях, таких как температура, давление и технология сварки.

Хорошая свариваемость металлов важна для производства различных конструкций, машин и оборудования. Это уникальный показатель для каждого материала. Чем выше свариваемость — тем больше режимов и возможностей прочного соединения элементов в один узел с помощью сварки.

Наиболее простая в работе и распространенная — углеродистая сталь, но даже в ее составе наблюдаются разные пропорции различных элементов. Наиболее правильное и точное определение понятия свариваемости можно представить, как баланс физических и химических свойств металла, позволяющих производить качественные сварочные работы без потери свойств в рабочей зоне.

Какая принята терминология оценки свариваемости металлов

Свариваемость в технологическом смысле — это способность металла быть сваренным без дополнительных проблем, таких как появление трещин, деформаций, дефектов и т.д. Это свойство может быть оценено посредством различных стандартных тестов.

Механические — это свойства металла, которые связаны с его прочностью, пластичностью, устойчивостью к излому и т.д. Они могут также влиять на свариваемость металла, например, если металл имеет низкую прочность или пластичность, это может привести к его разрушению при сварке.

Химические — это свойства металла, которые связаны с его химической структурой и реактивностью. Некоторые металлы, например, могут быть более склонны к окислению или к другим химическим реакциям при сварке, что может ухудшить их свариваемость.

Способы сварки — это методы и технологии, которые используются для сварки металла. Различные металлы могут лучше свариваться при определенных методах сварки и технологиях, поэтому выбор правильного метода сварки может существенно повлиять на свариваемость металла.

Прочие факторы — это такие факторы, как форма и размер металла, условия окружающей среды (температура, влажность, атмосфера и т.д.), а также опыт и квалификация сварщика, который выполняет сварку. Все эти факторы могут влиять на свариваемость металла и должны быть учтены при ее оценке.

Оценивая свариваемость конкретного металла в характеристиках используют следующую терминологию:

• трудно, ограниченно, удовлетворительно или хорошо сваривается:
• подготовка перед проведением работ — нагрев, отпуск;
• тип электродов, воздействие которых поможет создать наилучший шов.

Термин без ограничений предполагает минимальные дополнительные условия для формирования прочного соединения.

Основные критерии

Оценка свариваемости материалов важна как при штучном производстве, так и на конвейере. Неправильная технология сварки или нарушение подготовительных процедур могут стать причиной брака. При оценке критериев свариваемости рассматривают такие показатели, как:

• реакция на нагрев, происходящий в процессе сварки;
• изменение пластичности и структуры металла в зоне шва;
• химическая активность, ускорение окислительных реакций;
• появление дефектов при остывании — поры, трещины.

В документах к любому металлопрокату можно найти марки стали — это позволит подобрать материал для работы с учетом условий и оборудования для сварки.

Классификация сталей по свариваемости

На основания выявления дефектов при остывании — трещин и пор в разрезе шва,  свариваемость сталей подразделяется на 4 группы:

• 1 группа — низкоуглеродистые стали. Фактически не имеют ограничений для сварки. Остывший шов характеризуется высокой прочностью.
• 2 группа — соединение элементов до 20 мм в сечении и при температуре среды от +5 градусов.
• 3 группа — сварка с подогревом до +250, требуется жесткая настройка режимов оборудования;
• 4 группа — нежелательна для выполнения сварочных работ.

От 1 к 4 группе возрастает содержание углерода в стали, что увеличивает риск появления трещин при охлаждении рабочей зоны.

Группы свариваемости

Ввиду разницы в характеристиках, стали по свариваемости разделяют на группы. Деление учитывается при подборе материалов для определенного вида работ и назначения будущих узлов и конструкций.

Хорошо свариваемые

Хорошая сварка деталей из сталей. При работе с данной маркой металла происходит сохранение прочностных характеристик. Шов способен нести существенную механическую нагрузку, сварка ведется без дополнительного нагрева деталей. Материалы с данными характеристиками используются в системе трубопроводов высокого давления, котельном и производственном оборудовании.

Удовлетворительно свариваемые

Удовлетворительная сварка сталей подразумевает предварительный нагрев и финальную термическую обработку. При соблюдении правил работы пора или трещина в шве исключена. Сопутствующий подогрев не требуется.

Ограниченная

Ограниченная сварка сортов сталей или третья группа. Надежность шва достигается только при качественной подготовке до начала работ и термическом воздействии после. Особые требования предъявляются к виду сварки, маркам электродов или проволоки, обязателен сопутствующий подогрев в течение рабочего процесса.

Плохая

Плохая свариваемость материалов — гарантия присутствия трещин в шве. Весь процесс сопровождается подогревом рабочей зоны, финал — термообработкой. Та как даже с соблюдением всех правил есть риск разрушения соединения, в ответственных узлах плохие на свариваемость стали не используются. Сварка таких сталей допускается в исключительных случаях — при условии тщательного соблюдения технологии, с наложением усилительных пластин и контролем швов.

Таблица свариваемости сталей

Для удобства оценки распространенные свариваемые стали сведены в таблицу. При подборе проката или иного металла необходимо ориентироваться на значение марки в документах. Более полный перечень материалов можно найти в литературе от НАКС.

Таблица свариваемости

Влияние легирующих элементов на свариваемость

Легированный металл обладает несколько иными свойствами при сварке. Для сравнения легирующий элемент и дополнительные комментарии собраны в таблице.

Как влияет содержание углерода на свариваемость стали

Сварка низкоуглеродистых сталей с процентным содержание до 0.25% проще, соединение происходит качественным, свойства материала практически не ухудшаются. Рост объемной доли углерода ухудшает свариваемость — при достижении порога в 0.45% желательно отказаться от использования данной стали и выбрать низкоуглеродную марку.

Нюансы сварки различных видов стали

Наличие различных марок металла требует внимания к технологии сварки. Чтобы свариваемость стали была на высоком уровне, следует соблюдать ряд требований.

Углеродистые стали

Подготовка деталей потребует состыковки шва «на весу». Работы выполняются на столе, дополнительное крепление — удерживающие фиксаторы, струбцины. При большой толщине деталей делает срез кромки для проварки корня шва, формирования обратного валика. Толстый металл заваривается в несколько проходов с контролем отсутствия пор.

Низкоуглеродистые стали

Благодаря допустимым показателям легирующих элементов, упрощается технологический процесс. Свариваемые стали могут быть соединены при помощи аппаратов различной конструкции. Низкоуглеродистый материал в работе проще, поэтому уровень квалификации специалиста может быть более низким. Однако это не снимает требований по контролю за качеством шва — от разреза, до рентгенографии на трубопроводах.

Среднеуглеродистые стали

За счет растущего объема углерода на свариваемость начинают влиять показатели прочности — шов и сам металл отличаются, может возникать очаговая хрупкость, трещины. Частично проблема решается подбором электродов, настройкой аппарата, в отдельных случаях используется сварочный флюс.

Высокоуглеродистые стали

Свариваемость металлов с высоким процентом углерода относится к сложным технологическим задачам. В отдельных случаях рекомендовано производить альтернативное соединение — например, газовая сварка в среде ацетилена.

Высоко и среднелегированных

Высоколегированный металл требует добавления в процесс ряда технологических приемов:

1. Создание шва с двумя форматами структуры: аустенит и феррит.
2. Понижение концентрации примесей серы, свинца и других вредных для стали металлов.
3. Подбор электродов при сварке ручным методом.
4. Понижение жесткости изготавливаемой конструкции.

Инструментальные стали

Особо прочный металл, способный выдерживать нагрузки за счет применения в рабочих узлах слесарно-столярных механизмов. В процессе сварки необходимо подбирать электроды, допускается применение специального сварочного флюса. Необходимо точно знать марку стали — тогда получится подобрать расходные материалы, влияющие на качества шва.

Нержавеющая сталь (аустенитная)

Стойкость к корродированию у металла возникает благодаря хром-никелевым добавкам. Для состава стали это фактор, несколько повышающий прочность и износостойкость. За счет разогрева свыше 500 градусов может проявляться окисление сварного шва. Для сохранения свойств металла необходимо использовать сварку в газовой среде — отсутствие в рабочей зоне кислорода поможет блокировать окислительные процессы.

Закаленной стали

За счет изменения структуры материала в процессе закалки и упрочнения поверхностного слоя, в сварке будут следующие особенности:

1. Повышенная концентрация углерода в поверхностном слое усложнит проваривание наружной части шва.
2. Необходим предварительный прогрев в пределах 250 градусов.

Закаленный металл может содействовать появлению трещин в зоне шва. По возможность, дополнительное упрочнение возможно выполнить после проведения сварочных работ.

Для прохождения контрольных процедур готового сварного шва требуется соблюдение правил работы, анализ используемых материалов и уровень их свариваемость. Специалист подтвержденного уровня НАКС, обладающий необходимыми знаниями, исключит ошибки и выполнит работу качественно.