Защитные свойства газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Защитные свойства газов

Общеизвестно, что металл швов, выполненных дуговой сваркой голыми электродами в атмосфере воздуха, обладает неудовлетворительными свойствами. Поэтому защита переплавляемого дугой жидкого металла от воздействия воздуха является необходимой функцией всех применяемых в современных методах сварки флюсов, обмазок и газов. Другие функции флюсов, обмазок и газов (раскисление и легирование металла шва, образование шлака на его поверхности и т.п.) не всегда являются необходимыми. Газовая защита жидкого металла от воздуха может осуществлятся или газами, образующимися в зоне сварки в результате нагревания или сгорания некоторых компонентов флюсов и обмазок (мел, мрамор, плавиковый шпат, крахмал, целлюлоза и т.д.), или газами, специально вводимыми в зону сварки.

Под сваркой в защитных газах подразумевают только такие способы сварки, в которых газ подается в зону сварки через внутренние каналы и сопло специальной горелки.

Количество газа, которое необходимо подавать в единицу времени (расход газа) для оттеснения воздуха от зоны сварки, зависит от многих факторов: теплофизических свойств защитного газа, конструкции применяемой газоэлектрической горелки и параметров режима сварки (тока, напряжения на дуге, расстояния от торца сопла до поверхности свариваемого металла и др.).

Надежность защиты зоны сварки от воздуха повышается, а необходимый расход газа понижается с увеличением удельного веса газа и его способности к термической диссоциации. С увеличением удельного веса газа повышается устойчивость струи газа, что затрудняет ее сдувание потоками воздуха. Диссоциация защитного газа в зоне сварки сопровождается увеличением объема газа (кроме термического расширения) и следовательно, более интенсивным оттеснением воздуха. Например, при полной диссоциации из 100 объемов углекислого газа образуется 150 объемов окиси углерода и кислорода.

В табл. ниже приведены некоторые теплофизические свойства газов, используемых в качестве защитной атмосферы при сварке плавящимся электродом.

2. Некоторые теплофизические свойства газов

Расход газа обычно измеряется в м3/час, л/час или л/мин. При выбранном оборудовании и установленных параметрах режима сварки минимальный расход газа, обеспечивающий достаточно полное вытеснение воздуха из зоны сварки, устанавливается опытным путем. Экспериментально установлено, что при сварке неплавящимся и плавящимся электродом увеличение расхода газа сверх минимально необходимого мало влияет на состав и свойства металла шва.

Минимальный расход газа, необходимый для полного вытеснения воздуха из зоны сварки, можно определить путем наблюдения и фотографирования окрашенного защитного газа, а также анализа содержания в металле шва азота или легко окисляющихся легирующих элементов.

На рис. справа и в табл. ниже представлены данные по изменению содержания легирующих элементов и плотности металла шва, позволяющие определить минимальный расход углекислого газа при сварке стали 1Х18Н9Т на токах 235-250 а и диаметре газового сопла 16 мм.

Из данных, приведенных на рис. справа и табл. ниже, видно, что при принятом режиме сварки минимальный расход углекислого газа составляет 500-600 л/час.

Как правило, расход газа при сварке (оптимальный) принимают несколько большим, чем минимально необходимый. Расход газа следует повышать при сквозняках, а также при увеличении диаметра газового сопла, расстояния от торца сопла до металла, тока, напряжения на дуге и скорости сварки.

углекислый газ металл диссоциация

3. Результаты опытов по определению минимально необходимого расхода углекислого газа

Некоторую экономию газа при сварке можно получить за счет уменьшения выходного отверстия газового сопла горелки. Однако при этом следует учитывать, что уменьшение диаметра сопла увеличивает опасность попадания воздуха в зону сварки вследствие более быстрого засорения горелки и возможного выхода дуги из потока защитного газа при больших изгибах электродной проволоки.

При сварке плавящимся электродом чаще всего используются сопла с диаметром выходного отверстия от 12 до 20 мм, при этом скорость истечения газа (аргона и углекислого газа) из сопла го релки обычно находится в пределах 0,6-1,5 м/сек. Чрезмерно высокая скорость истечения газа может вызвать его завихрение и подсос воздуха в зону сварки вследствие проявления эффекта инжекдии. Возможность завихрения газа увеличивается с повышением его плотности и уменьшением вязкости. Считается, что при прочих равных условиях расход углекислого газа при сварке можно принимать на 50% меньше, чем расход аргона. Сварочные посты рекомендуется оборудовать электромагнитными клапанами, позволяющими автоматически перед зажиганием дуги включать подачу газа и после гашения выключить газ. На каждом посту должен быть расходомер (ротаметр). Особенности сварки в среде углекислого газа.

Углекислый газ является активным газом. При высоких температурах происходит диссоциация (разложение) его с образованием свободного кислорода:

2СО2 -- 2СО + О2

Молекулярный кислород под действием высокой температуря сварочной дуги диссоциирует на атомарный по формуле:

О2 -- 2О

Атомарный кислород, являясь очень активным, вступает в реакцию с железом и примесями, находящимися в стали, по следующим уравнениям:

Fe + O =FeO,

C + O =CO,

Mn + O =MnO,

Si + 2O = SiО2.

Чтобы подавит реакцию окисления углерода и железа при сварке в углекислом газе, в сварочную ванну вводят раскислители (марганец и кремний), которые тормозят реакции окисления и восстанавливают окислы по уровням:

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiО2 + 2Fe и т.д.

Образующиеся окислы кремния и марганца переходят в шлак.

Исходя из этого при сварке в углекислом газе малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталей необходимо применять кремний-марганцовистые проволоки, а для сварки легированных сталей - специальные проволоки.

4. Взаимодействие защитных газов с металлом при сварке

Все встречающиеся в природе газы можно разделить по отношению к свариваемому металлу на инертные и активные. Под инертными следует понимать такие газы, которые практически не растворяются в свариваемом металле и не образуют с ним и его примесями химических соединений. «Идеальными» инертными газами, не взаимодействующими в заметной степени со всеми металлами, являются одноатомные газы нулевой группы периодической системы Менделеева, из которых в сварке нашли применение аргон и гелий. Все остальные газы, способные взаимодействовать в процессе сварки с металлом (растворяющиеся в нем или образующие с ним химические соединения, или и то и другое одновременно) можно назвать активными газами.

Некоторые из таких газов являются инертными по отношению к одному металлу и активными по отношению к другому.

Активные защитные газы интенсивно взаимодействуют при сварке с переплавляемым дугой жидким металлом и очень слабо взаимодействуют с твердым металлом. Это дает основание предполагать, что состав, структура и свойства основного металла слабо зависят от химической активности защитного газа. Поэтому в дальнейшем будет рассматриваться взаимодействие защитного газа только с переплавляемым дугой жидким металлом. В металле газы могут находиться в виде отдельных атомов, ионов или в различной степени диссоциированных химических соединений. В молекулярном состоянии газы могут присутствовать только в порах, раковинах и трещинах металла. Как правило, наличие газов в твердом металле, в том числе и в металле сварного шва, является нежелательным. Растворение газов в металле в большинстве случаев является эндотермическим процессом, благодаря чему предел растворимости газа повышается с увеличением температуры.

При дуговой сварке металл подвергается быстрому нагреву и охлаждению. При этом растворение газов в металле при нагреве и их выделение при охлаждении может служить причиной образования пор в металле швов. Интенсивность взаимодействия газов с металлом зависит от природы металла и газа, их температуры и парциального давления газа над металлом.

Из всего многообразия активных газов наибольший интерес для металлургов и сварщиков представляют элементарные двухатомные газы: водород, азот и кислород, почти всегда присутствующие в зоне сварки и металле в свободном состоянии или в составе более сложных газов и химических соединений.

При дуговой сварке водород, азот и кислород находятся в атмосфере дуги в молекулярном и атомарном состояниях, соотношения между которыми определяются температурой. Растворимость этих газов в металле в зависимости от их парциального давления над металлом при постоянной температуре выражается уравнением

где [Г]- концентрация газа в металле; К- константа;

Рг,г2- общее парциальное давление атомарного и молекулярного газа;

а - степень диссоциации газа при данной температуре. Растворимость газов в металле в значительной степени зависит от температуры газа и металла. Растворимость двухатомных газов О2, N2, Н2 в железе и большинстве сплавов на его основе увеличивается с повышением температуры (рисунки. ниже). Температура металла и газа и их контактная поверхность в большой степени зависят от способа дуговой сварки.

5. Образование силикатных шлаков

Образование силикатных шлаков происходит при взаимодействии основных окислов с кремнеземом, например

CaO + Si02= CaSi03;

2FeO + Si02 = Fe2Si04.

В зависимости от соотношения основных и кислотных окислов шлаки подразделяют на основные и кислые. Степенью кислотности шлака называется отношение количества кислорода, содержащегося в кислотных окислах, к сумме кислорода, содержащегося в основных окислах.

Наилучшими шлаками при плавке сырья на черную медь являются известково-железистые силикаты с кислотностью К = 1-1,3. Окись цинка и алюминия являются амфотерными окислами, в основных шлаках они ведут себя, как кислотные окислы, а в сильно кислых шлаках - как основные. ZnO и А1203 обычно связаны между собой в виде шпинели, растворяющейся в шлаке.

Температура плавления шлаков не должна быть очень низкой, иначе не успеют завершиться реакции восстановления окислов, и они, не восстановившись, перейдут в шлаки. С другой стороны, шлаки не должны быть слишком тугоплавкими, так как при этом повышается расход топлива и увеличиваются потери металлов. Обычный шлак должен иметь температуру плавления в пределах 1050-1200°. Наиболее тугоплавкими составляющими шлака являются: цинковая шпинель Zn0-Al203 (1950°); магнетит FeO* Fe203 (1590°) и вилемит 2Zn0-Si02 (1512°).

Вязкость шлаков увеличивается с повышением кислотности, следовательно, Si02 увеличивает вязкость шлаков, а СаО и FeO снижают. С повышением температуры вязкость шлака снижается.

Удельный вес шлака должен быть значительно меньше удельного веса выплавляемого металла.

6. Диффузионное раскисление металла. Раскисление шлаком

В практике сталеплавильного производства применение получило и раскисление шлаком. Основано оно на законе распределения, согласно которому применительно к рассматриваемому случаю в условиях равновесия при данной температуре отношение активностей кислорода (окиси железа) в шлаке и металле -- величина постоянная:

aFeO/aO = L

При плавке стали в дуговых печах равновесие не достигается, но переход кислорода осуществляется лишь в направлении равновесного распределения.

Если содержание окиси железа в шлаке высоко, то он является по отношению к металлу окислительным, и происходит переход кислорода из шлака в металл. Если же содержание FeO в шлаке низко, то она является по отношению к металлу восстановительной, и кислород удаляется из металла в шлак, т. е. происходит раскисление. Так как такое раскисление осуществляется путем диффузии, оно получило название диффузионного раскисления.

Для диффузионного раскисления необходимо получить низкое содержание FeO в шлаке (менее 1%). Это достигается присадками в шлак раскислителей (С, Si), восстанавливающих окись железа.

Следует, однако, иметь в виду, что при диффузионном раскислении в печи наряду с диффузией кислорода из металла в шлак происходит диффузия раскислителей в обратном направлении. В результате этого в металле повышается содержание углерода и кремния и образуются продукты раскисления последним из них.

Диффузия, элементов удаляющих кислород, в металл имеет решающее значение при выплавке высокоуглеродистых сталей (например ШХ15), когда активность кислорода в металле не больше, чем в шлаке (при 0,3-- 0,6% FeO), и он из металла не диффундирует. При выплавке малоуглеродистой стали вследствие высокой активности в ней кислорода он диффундирует в восстановительный шлак.

Крупный недостаток диффузионного раскисления заключается в большой продолжительности процесса вследствие медленной диффузии. Продолжительность диффузионного раскисления превышает 1,5--2 ч, понижая производительность дуговых печей.

Положительная сторона диффузионного раскисления заключается в том, что во время его проведения раскислители в металл не присаживают и продукты раскисления образуются в небольшом количестве лишь вследствие диффузии их из шлака (обычно Si) и преимущественно в верхних слоях металлической ванны. Но при диффузионном удалении кислорода не удается достаточно полно удалить кислород из стали, и в конце плавки приходится дополнительно применять глубинное раскисление ферросилициемм и алюминием.

Исследования ряда советских ученых показали, что при глубинном раскислении в начале восстановительного периода получается сталь, не уступающая по степени очистки от окисных включений металлу, полученному при диффузионном раскислении. Восстановительный же шлак необходим для предупреждения вторичного окисления и для лучшей десульфурации. Такой метод раскисления получил широкое применение при выплавке конструкционной стали в дуговых печах.

Основной недостаток диффузионного раскисления в печи -- очень медленное протекание процесса -- может быть устранен при обработке стали синтетическим шлаком в ковше. Такая обработка была рассмотрена при изучении процесса внепечной десульфурации. Следует лишь добавить, что при использовании упомянутого известково-глиноземистого шлака, содержащего не более 0,5% FeO, также происходит диффузионное раскисление металла. Но вследствие образования огромной поверхности контакта металла со шлаком это раскисление протекает очень быстро и завершается за время опускания капель стали через шлак. Содержание кислорода при этом понижается до 0,003--0,009%.

Для более глубокого раскисления сталь во время обработки шлаком дополнительно раскисляют ферросилицием, а после обработки алюминием, присаживаемыми в металл в небольших количествах. Вследствие высокого содержания Al2O3 в шлаке и низкого содержания FeO алюминий мало окисляется, а иногда даже немного восстанавливается. Поэтому усвоение присаживаемого в металл алюминия достигает 100% и более.

Обработка стали в ковше восстановительным известково-глиноземистым шлаком, обеспечивающая раскисление и десульфурацию стали, позволяет существенно сократить восстановительный период плавки или по существу отказаться от него.

7. Кислый процесс в дуговых печах

Кислый процесс в дуговых печах - футеровка кислых дуговых печей состоит почти из чистого кремнезема и, как отмечалось, шлаки кислого процесса обычно насыщены SiO2. Высокая вязкость кислых шлаков замедляет диффузионные процессы в ванне, и поэтому в кислой печи реакции между сталью и шлаком протекают с меньшей скоростью, чем в основных.

Высокое содержание в шлаке окиси кремния исключает возможность перехода из металла в шлак фосфора и серы, поэтому в печах с кислой футеровкой отсутствуют условия для проведения важнейших металлургических процессов -- дефосфорации и десульфурации стали. Кроме того, в печах с кислой футеровкой возможно восстановление кремния из футеровки углеродом, марганцем и более активными к кислороду элементами, что ограничивает при проведении кислого процесса возможности легирования металла.

Это служит причиной того, что в дуговых печах с кислой футеровкой выплавляют ограниченный сортамент стали, включающий лишь простые среднеуглеродистые (0,25--0,40% С), а также хромоникелевые, хромомолибденовые и некоторые другие среднеуглеродистые легированные стали. Выплавка в них сложнолегированных сталей и сплавов, содержащих марганец, титан, алюминий, цирконий и др., практически невозможна.

В то же время в отношении тепловой работы печи кислая футеровка предпочтительнее. По сравнению с основными, кислые шлаки обладают более высоким омическим сопротивлением, что позволяет нагревать жидкую сталь более короткой дугой на высокой ступени напряжения печного трансформатора. Это улучшает передачу тепла металлу и увеличивает электрический к.п.д. установки, так как электрические потери в цепи определяются главным образом силой тока.

Доля жидкого периода плавки (суммарная продолжительность окислительного и восстановительного периодов) в кислых печах намного меньше, чем в основных, так как при проведении кислой плавки не выполняют рафинирования от фосфора и серы и вводят меньшее количество легирующих присадок. Большой удельный вес по времени периода плавления позволяет полнее использовать мощность трансформатора, ввиду чего кислые печи целесообразно оборудовать трансформаторами более высокой удельной мощности, чем в случае основных печей. Это позволяет быстрее расплавлять металл и сокращает длительность плавки в целом.

В связи с отсутствием условий для дефосфорации и десульфурации металла геометрия ванны кислых печей может отличаться от геометрии ванны основных печей. Для дуговых печей с кислой футеровкой удельная поверхность зеркала металла не имеет особого значения, поэтому форму ванны целесообразно выбирать, исходя из минимума тепловых потерь, что достигается при более глубокой ванне. Уменьшению тепловых потерь через кладку и более быстрому нагреву металла способствует также более низкая теплопроводность кислых огнеупоров. Из-за отсутствия длительных периодов рафинирования металла от фосфора и серы это обеспечивает более высокий тепловой к.п.д. дуговой печи, значительное сокращение длительности плавки, уменьшение расхода электроэнергии и электродов.

Меньшая продолжительность плавки и более высокая термостойкость кислых огнеупоров обусловливают более высокую стойкость футеровки в кислых печах: она в несколько раз выше, чем у основной печи. И так как стоимость песка и динасового кирпича намного меньше стоимости магнезитовых огнеупоров, то удельные затраты на футеровку кислых печей в 2,5--3,0 раза ниже, чем основных.

Высокая термостойкость кислой футеровки допускает, кроме того, периодический характер работы с многократными разогревами и охлаждениями печи. Основные огнеупоры при таких условиях растрескиваются, а пропитанные известковым шлаком слои основной футеровки при охлаждении рассыпаются в порошок.Из сопоставления преимуществ и недостатков кислых дуговых печей следует, что кислые дуговые печи лучше основных приспособлены для плавления и нагрева металла и значительно уступают им по возможностям получения качественной стали из обычной шихты. В шихту кислых печей, кроме оборотного скрапа, необходимо вводить специально выплавляемую в основных печах шихтовую заготовку или лом с низким содержанием фосфора и серы. Дефицит и высокая стоимость таких шихтовых материалов ограничивают использование печей с кислой футеровкой.Емкость кислых печей, как правило, составляет до 10 т, и их применяют в литейных цехах при плавке стали и чугуна для фасонных отливок. К металлу для этих отливок обычно предъявляют менее жесткие требования по содержанию фосфора и серы: содержание фосфора и серы в стали, предназначенной для литья, обычно допускается до 0,05% каждого из этих компонентов. В литейных цехах особое значение приобретают жидкотекучесть металла, возможность печи быстро расплавлять и нагревать металл, выдавать металл малыми порциями, приспособленность его к периодической работе. С этой точки зрения дуговые печи с кислой футеровкой более удобны, чем основные.Использование кислых дуговых сталеплавильных печей при выплавке стали для отливок имеет и экономические преимущества, поскольку для футеровки этих печей используют менее дефицитные и более дешевые огнеупорные материалы, меньше расходуют шлакообразующих, электроэнергии, электродов. Даже высокая вязкость кислых шлаков в литейном производстве приобретает положительное значение, так как при таком шлаке удобнее заполнять формы из малых ковшей/Однако затруднения с обеспечением фасоннолитейных цехов ломом с низким содержанием фосфора и серы приводят к тому, что на некоторых заводах у части печей даже в литейных цехах футеровка выполнена из основного материала, поскольку это дает возможность использовать оборотный скрап из основных печей в шихте для печей с кислой футеровкой.

Общие сведения о свариваемости Рассматриваемые стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования. Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции.

Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и электродного металлов в образовании шва и взаимодействий между металлом и шлаком и газовой фазой. При сварке рассматриваемых сталей состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла. В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием. При сварке низколегированных сталей необходимое количество легирующих элементов в металле шва обеспечивается также и путем их перехода из основного металла. Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности, однако при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предварительно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла сварки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под действием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва. Свойства сварного соединения зависят не только от свойств металла шва, но и от свойств основного металла в околошовной зоне.

Структура, а значит и свойства основного металла в околошовной зоне, зависят от его химического состава и изменяются в зависимости от термического цикла сварки.

На рисунке 1 слева схематически показаны кривая распределения температур по поверхности сварного соединения в один из моментов, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и структурные участки зоны термического влияния на низкоуглеродистых и низколегированных сталях при дуговой сварке.

Рисунок 1 Схема строения зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке

При сварке низкоуглеродистых сталей на участке неполного расплавления металл нагревается в интервале температур между линиями солидуса и ликвидуса, что приводит к частичному расплавлению (оплавлению) зерен металла. Пространство между нерасплавившимися зернами заполняется жидкими прослойками расплавленного металла, который может содержать элементы, вводимые в металл сварочной ванны. Это может привести к тому, что состав металла на этом участке будет отличаться от состава основного металла, а из-за нерасплавившихся зерен основного металла -- и от состава наплавляемого металла. Увеличению химической неоднородности металла на этом участке способствует и слоистая ликвация, а также диффузия элементов, которая может происходить как из основного нерасплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. По существу этот участок и является местом сварки. Несмотря на его небольшую протяженность, свойства металла в нем могут влиять на свойства всего сварного соединения.

На участке перегрева в результате нагрева в интервале температур от 1100-- 1150 0С до температур линии солидуса металл полностью переходит в состояние аустенита. При этом происходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем более, чем выше нагрет металл выше температуры точки АС3. Даже непродолжительное пребывание металла при температурах свыше 1100 0С приводит к значительному увеличению размера зерен. После охлаждения это может привести к образованию неблагоприятной видманштеттовой структуры. На участке нормализации (полной перекристаллизации) металл нагревается незначительно выше температур точки АС3, и поэтому он имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. На участке неполной перекристаллизации металл нагревается до температур между точками АС1 и АС3, поэтому этот участок характеризуется почти неизменившимися первоначальными ферритными и перлитными зернами и более мелкими зернами феррита и перлита после перекристаллизации, а также сфероидизацией перлитных участков.

На участке рекристаллизации металл нагревается в интервале температур от 500--550 0С до температуры точки АС1, и поэтому по структуре он незначительно отличается от основного. Если до сварки металл подвергается пластической деформации, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен основного металла -- рекристаллизация. При значительной выдержке при этих температурах может произойти значительный рост зерен. Механические свойства металла этого участка могут несколько снизиться вследствие разупрочнения из-за снятия наклепа.

При нагреве металла в интервале температур от 100 до 500 0С (участок синеломкости) его структура в процессе сварки не претерпевает видимых изменений. Однако металл на этом участке может обладать пониженной пластичностью и несколько повышенной прочностью. У некоторых сталей, содержащих повышенное количество кислорода и азота (обычно кипящих), металл на этом участке имеет резко сниженную ударную вязкость и сопротивляемость разрушению.

При многослойной сварке, ввиду многократного воздействия термического цикла сварки на основной металл в околошовной зоне, строение и структура зоны термического влияния несколько изменяются. При сварке длинными участками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвергается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и околошовная зона длительное время находятся в нагретом состоянии. Кроме изменения структур, это увеличивает и протяженность зоны термического влияние. Наличие в низколегированных сталях легирующих элементов (которые растворяются в феррите и измельчают перлитную составляющую) тормозит при охлаждении процесс распада аустенита и действует равносильно некоторому увеличению скорости охлаждения. Поэтому при сварке в зоне термического влияния на участках где металл нагревается выше температур точки АС1, (при повышенных скоростях охлаждения), могут образовываться закалочные структуры. При этом металл нагревающийся до температур значительно выше температуры точки АС3, будет иметь более грубозернистую структуру. При сварке термических упрочненных сталей на участках рекристаллизации и синеломкости может произойти отпуск металла, характеризующийся структурой сорбита отпуска, с понижением его прочностных свойств. Технология изготовления сварных конструкций из низколегированных сталей должна предусматривать минимальную возможность появления в зоне термического влияния закалочных структур, способных привести к холодным трещинам, особенно при сварке металла больших толщин. При сварке термически упрочненных сталей следует принять меры, предупреждающие разупрочнение стали на участке отпуска.

В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3--0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.

Размещено на Allbest.ru