Свариваемость металлов: критерии оценки, группы

О чем речь? Свариваемость металлов показывает, насколько прочным и крепким получается сварной шов при соединении заготовок термическим способом. Помимо прочности, оцениваются и другие важные показатели.

Как оценивается? Нет единой методики оценивания свариваемости сплавов, однако есть общие критерии и формула расчета параметра. В зависимости от коэффициента металлы разделяют по группам: от первой (хорошо свариваемые) до четвертой (наиболее трудно поддающиеся сварке).

Понятие свариваемости металлов

Сварка металлов включает в себя несколько одномоментных процессов: плавление, тепловое воздействие на материал в зоне сварки, взаимную кристаллизацию материалов в области сплавления и шва.

Свариваемость – свойство металлов и сплавов образовывать соединения, отвечающие определенным требованиям в зависимости от условий эксплуатации и конструктивных особенностей изделия.

Оценивая свариваемость металлов, важно учитывать взаимосвязь конструкции изделия, материала заготовок и используемых сварочных компонентов с применяемой технологией.

Оценка свариваемости металлов выполняется по множеству параметров. К примеру, для легированных марок стали, из которых производят химическую аппаратуру, ее оценивают по возможности получить соединение, обладающее коррозионной устойчивостью, и возможностью эксплуатировать при экстремально высокой и низкой температуре.

При соединении разнородных сплавов свариваемость оценивают по возможности образования межатомных связей в зоне сварки. При работе с однородными металлами проблем не возникает, в то время как разнородные могут не образовывать межатомных связей, т. е. не соединяться друг с другом (к примеру, не образуется шов при сваривании меди и свинца, титана и углеродистой стали).

Существует несколько видов свариваемости металлов. Этот параметр оценивают с физической и технологической позиций. Последняя рассматривает тепловое воздействие на материал в околошовных областях и процесс плавления, исходя из выбранной технологии и режима сварки.

Технологическая свариваемость представляет собой отношение материала заготовки к определенному способу и режиму сварки.

Физическая свариваемость металлов означает процессы, которые происходят в сварочной области и позволяют получить неразрывное сварное соединение.

Сближение атомов свариваемых сплавов и создание условий для их взаимодействия производится при помощи определенной технологии сварки, а соответствующие химико-физические процессы зависят от характеристик соединяемых материалов. Этими свойствами определяется химическая свариваемость металлов и сплавов.

Свойства и химический состав металлов могут быть одинаковыми (характерно для однородных материалов) и различными (свойственно разнородным).

Для однородных металлов характерна физическая свариваемость. Разнородные же не всегда могут обеспечить нужные физико-химические процессы в свариваемой зоне, соответственно, они не всегда имеют физическую свариваемость.

Как рассчитывают свариваемость металлов

Разберемся, что влияет на свариваемость металлов. Один из основных критериев заключается в количестве углеродистых соединений в составе свариваемого материала.

Для расчета коэффициента углерода используется следующая формула:

Сэк = C + Mn / 6 + Cr + Mo / 5 + V + (Ni + Cu) / 15,

в которой:

• Сэк – коэффициент углерода;
• С – процентное содержание углерода в составе металла;
• Mn – процентное содержание марганца;
• Cr – процентное содержание хрома;
• Mo – процентное содержание молибдена;
• V – процентное содержание ванадия;
• Ni – процентное содержание никеля;
• Cu – процентное содержание меди.

Один из методов оценки свариваемости металлов позволяет определить соответствующую группу, исходя из коэффициента углерода:

• первая группа с коэффициентом до 0,25 % позволяет выполнять сварку без ограничений;
• вторая группа с коэффициентом 0,25–0,35 % дает возможность сваривать металлы в ограниченном режиме;
• третья группа с коэффициентом 0,35–0,45 % означает, что в процессе сварки возможны сложности;
• четвертая группа с коэффициентом свыше 0,45 % свидетельствует о невозможности выполнения сварочных работ.

Группы свариваемости металлов

Разработана классификация металлов по свариваемости, в соответствии с которой все они делятся на четыре группы:

• в первую входят хорошо свариваемые типы стали;
• во вторую включены марки с удовлетворительным показателем свариваемости;
• третья представлена ограниченно свариваемыми сортами;
• в четвертой собраны типы стали с низкими показателями свариваемости.

Ниже приведена таблица свариваемости металлов:

Свариваемость стали оценивают в первую очередь по качеству сварного шва, склонности к появлению трещин и других механических дефектов. Итак, какие классы свариваемости металлов бывают? Разберем подробнее.

В первую группу входят типы стали, свариваемые обычным способом, не требующие предварительного прогрева, а также термообработки во время и после сварки. При этом последнюю можно выполнять с целью снятия внутреннего напряжения.

Эта группа представлены углеродистыми, низко- и среднелегированными типами стали (Ст 3, 4, 08, 10, 20, 15Х, 20Х, 10ХГС, 20ХГС, 10ХСНД, Х23Н13, IХ18Н9Т, Х23Н18 и пр.).

Во вторую группу включены марки, позволяющие получить достаточно качественное и прочное соединение при сварке в обычных условиях. Также данная категория представлена сортами, нуждающимися в предварительном прогреве и термообработке в процессе сваривания и после окончания.

В нее входят углеродистые, низко- и среднелегированные, легированные типы стали (Ст5, 30,35,12ХНЗ, 20ХНЗА, 30Л, 15ХСНД, 9Х14А,12Х14А и др.).

В третью группу входят сорта, которые склонны к появлению дефектов сварного шва при использовании обычных технологий.

Группа представлена углеродистыми, низко- и среднелегированными марками (Ст 6, 7; 30Х, 35Х, 45Х, 38ХА, 35ХМЮА, 35 ХМ, 35ХНЛ, 45Л, 5ХНМ, Х25Н13Л, Х18Н8Л, 2Х18Н9 и др.).

Четвертая группа включает сложно свариваемые типы стали, склонные к образованию трещин и других дефектов сварного шва. Для того чтобы повысить свариваемость основных металлов этой категории, их подвергают обязательной предварительной и последующей термообработке, а также прогреву в процессе сварки.

В группу входят углеродистые, низко- и среднелегированные марки (45Г2, 50Г, 60Г, 50ХН, 50ХГ, 60С2, 9Х, У7,8,9, 40Х14А, 40СХ9А, Х25НЗЛ, Х12М, ХВГ, 9ХВГ и т. д.).

Легирующие добавки, влияющие на свариваемость металлов

Свойства стали и возможности ее обработки, в том числе путем сваривания, во многом зависят от присутствия в ее составе углерода. Низкое и среднее содержание этого химического элемента обеспечивает хорошую свариваемость.

При работе со сплавами, содержащими свыше 0,35 % углерода, необходимо использовать определенные технологии сварки. Чем его больше в составе, тем хуже качество сварного шва, больше риск появления трещин и других дефектов как в самом месте соединения, так и в околошовной области.

Ряд легирующих компонентов, добавляемых в сплавы, повышает свариваемость цветных металлов и улучшает качество сварного соединения:

• Никель. Повышает прочность соединения, его пластичность и коррозионную устойчивость, но требует применения особой технологии сварки – дополнительной защиты, препятствующей выгоранию этого металла в процессе взаимодействия с кислородом.
• Хром. Если его содержание в составе сплава не превышает 0,3 %, он повышает прочность и устойчивость металлов к коррозии, в противном случае может привести к коррозийным проявлениям в области шва.
• Содержание в составе сплава более 1,8 % марганца усиливает прочностные характеристики стали, делает ее более твердой, что приводит к растрескиванию металла при нагревании. При более 11 % Mn требуется использование в процессе сварки электродов с марганцем.
• Титан. Улучшает такие характеристики сплавов, как прочность, ударная вязкость и свариваемость, снижает вероятность образования карбидов хрома и других закалочных явлений, что особенно актуально при обработке хромсодержащих металлов.
• Присутствие в составе кремния в количестве 0,8–1,5 % создает жидкотекучие окислы, повышает зашлакованность шва, что осложняет сварочные работы.
• При содержании в составе сплава более 0,05 % серы и фосфора в процессе сварки образуется сернистое железо, вызывающее растрескивание шва при его охлаждении.

Для получения качественного и надежного сварного соединения, необходимо, выбирая подходящую технологию сварки, учитывать перечисленные нюансы.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.