Особенности технологии и техники сварки

Введение дополнительного количества углерода делает эти стали весьма чувствительными к термическому циклу сварки. В результате такие стали обладают склонностью к резкой закалке металла околошовной зоны, что приводит к снижению пластичности и повышению хрупкости сварного соединения.

Технологический процесс необходимо строить таким образом, чтобы не происходила закалка металла ОШЗ. Вспомним диаграмму превращения аустенита (рис.7).

Рис. 7. Диаграммы превращения аустенита:

а - изотермическое превращение; б - анизотермическое превращение (непрерывное охлаждение); V ₁ - скорость охлаждения, соответствующая началу образования мартенсита; V ₂ - скорость охлаждения, при которой образуется 100% мартенсита; I - зона полной закалки; II -зона частичной закалки; III - зона стабильных структур; V _ф - скорость, при которой начинается выделение феррита; А - аустенит; Ф - феррит; П - перлит; Пр - промежуточные структуры; М - мартенсит

Кривые начала и конца распада аустенита с увеличением содержания углерода сдвигаются вправо, что приводит к уменьшению величины критической скорости охлаждения. Представим кривые охлаждения (V ₁, V ₂) в виде усредненных прямых, тогда можно вывести значение критической скорости охлаждения:

, (25)

где τ_min= τ^/_min+ τ^//_min.

В зависимости от взятой величины τ_min можно получить первую или вторую критические скорости охлаждения (V₁ или V₂).

Необходимо отметить, что в паспортных данных большого числа сталей имеются все необходимые сведения для расчета V_кр. Однако все эти данные относятся к изотермическому распаду аустенита. При сварке же охлаждение происходит непрерывно. При непрерывном охлаждении аустенита точки начала и конца распада по сравнению с изотермическим распадом смещаются:

Т.е при непрерывном охлаждении

.                      (26)

Такая формула пригодна для расчета в условиях термообработки изделия, когда градиент температур по сечению отсутствует или незначителен.

В сварочных условиях температура нагрева металла не стабилизирована, металл перегревается, зерно растет, что изменяет величину V_кр (для крупнозернистой структуры V_кр ниже).

Поэтому в формулу вводят поправочный коэффициент (=2), который учитывает изменения V_кр вследствие роста зерна

 (27)

Для многих сталей величины критических скоростей охлаждения рассчитаны и содержится в справочниках (табл. 4).

Как видно, значения критической скорости охлаждения невелики. Как правило, действительная скорость охлаждения при сварке по обычной технологии превышает первую критическую скорость охлаждения сталей этой группы. Так как действительная скорость охлаждения рассчитывается по формулам (2 – 4), то уменьшить V_охл можно предварительным подогревом, величина которого подбирается расчетами. Но любой подогрев изделия увеличивает время пребывания металла ОШЗ при высоких температурах, что может привести к значительному росту зерна. Поэтому чрезмерный подогрев вреден.

Таблица 4

Критические скорости охлаждения

Для основных марок сталей этой группы практикой определены минимально допустимые скорости охлаждения, т.е. такие, при которых потеря пластичности из-за чрезмерного роста зерна не происходит (табл. 5)..

Однако часто не удается удовлетворить оба требования и приходится идти на частичную закалку с некоторым понижением пластичности (например, 30ХМ). Поэтому после сварки необходимо произвести термообработку.

Таблица 5