Tērauda metināmība: klasifikācija. Tēraudu metināmības grupas

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Tērauds ir galvenais konstrukcijas materiāls. Tas ir dzelzs-oglekļa sakausējums, kas satur dažādus piemaisījumus. Visas tā sastāvā esošās sastāvdaļas ietekmē lietņa īpašības. Viena no metālu tehnoloģiskajām īpašībām ir spēja veidot kvalitatīvus metinātos savienojumus.

Faktori, kas nosaka tērauda metināmību

Tērauda metināmības novērtējums tiek veikts pēc galvenā rādītāja vērtības - oglekļa ekvivalenta С_{equiv. Šis ir nosacīts koeficients, kas ņem vērā oglekļa satura un galveno sakausējuma elementu ietekmes pakāpi uz metinājuma šuves īpašībām.}

Tērauda metināmību ietekmē šādi faktori:

1. Oglekļa saturs.
2. Kaitīgu piemaisījumu klātbūtne.
3. Dopinga grāds.
4. Mikrostruktūras skats.
5. Vides apstākļi.
6. Metāla biezums.

Visinformatīvākais parametrs ir ķīmiskais sastāvs.

Tēraudu sadalījums pa metināmības grupām

Ievērovisiem šiem faktoriem tērauda metināmībai ir dažādas īpašības.

Tēraudu klasifikācija pēc metināmības.

• Labi (kad С_{eq≧0, 25%): zema oglekļa tērauda detaļām; nav atkarīgs no izstrādājuma biezuma, laikapstākļiem, sagatavošanas darbu pieejamības.}
• Apmierinoši (0,25%≦С_{eq≦0,35%): ir ierobežojumi vides apstākļiem un metinātās konstrukcijas diametram (gaisa temperatūra līdz -5, mierīgā laikā laikapstākļi, biezums līdz 20 mm).}
• Ierobežots (0,35%≦C_{eq≦0,45%): Lai izveidotu kvalitatīvu šuvi, ir nepieciešama iepriekšēja uzsildīšana. Tas veicina "gludās" austenīta pārvērtības, stabilu struktūru veidošanos (ferīta-perlīta, beinītiskā).}
• Slikti (С_{eq≧0, 45%): mehāniski stabila metinātā savienojuma izveidošana nav iespējama bez iepriekšējas metāla malu temperatūras sagatavošanas, kā arī pēc tam veiktas termiskās apstrādes no metinātās konstrukcijas. Lai izveidotu vēlamo mikrostruktūru, ir nepieciešama papildu apkure un vienmērīga dzesēšana.}

Tērauda metināmības grupas ļauj viegli orientēties specifisku dzelzs-oglekļa sakausējumu kategoriju metināšanas tehnoloģiskajās iezīmēs.

Termiskā apstrāde

Atkarībā no tēraudu metināmības grupas un atbilstošajām tehnoloģiskajām īpašībām, metinātā savienojuma raksturlielumus var regulēt, izmantojot secīgus temperatūras efektus. Ir 4 galvenās termiskās apstrādes metodes: sacietēšana, rūdīšana,atkausēšana un normalizēšana.

Visizplatītākā ir rūdīšana un rūdīšana, lai panāktu metinājuma šuves cietību un vienlaicīgu izturību, spriedzes samazināšana, plaisu novēršana. Rūdīšanas pakāpe ir atkarīga no materiāla un vēlamajām īpašībām.

Metāla konstrukciju termiskā apstrāde sagatavošanas darbu laikā tiek veikta:

• atlaidināšana - spriedzes mazināšanai metāla iekšienē, nodrošinot tā maigumu un lokanību;
• iepriekš uzkarsēts, lai samazinātu temperatūras starpību.

Racionāla temperatūras ietekmes pārvaldība ļauj:

• sagatavot detaļu darbam (atbrīvojiet visus iekšējos spriegumus, samaļot graudus);
• samazināt temperatūras atšķirības aukstam metālam;
• uzlabot metinātā objekta kvalitāti, termiski koriģējot mikrostruktūru.

Īpašību korekcija pēc temperatūras atšķirībām var būt lokāla vai vispārīga. Malu apsildīšana tiek veikta, izmantojot gāzes vai elektriskās loka iekārtas. Lai sildītu visu daļu un vienmērīgi atdzesētu, tiek izmantotas īpašas krāsnis.

Mikrostruktūras ietekme uz īpašībām

Termiskās apstrādes procesu būtība balstās uz strukturālajām pārvērtībām lietņa iekšienē un to ietekmi uz sacietējušo metālu. Tātad, uzkarsējot līdz 727 ˚C temperatūrai, tā ir jaukta granulēta austenīta struktūra. Dzesēšanas metode nosaka transformācijas iespējas:

1. Cepeškrāsns iekšpusē (ātrums 1˚C/min) - veidojas perlīta struktūras ar cietību aptuveni 200 HB (Brinela cietība).
2. Ieslēgtsgaiss (10˚С/min) – sorbīts (ferīta-perlīta graudi), cietība 300 HB.
3. Eļļa (100˚C/min) – troostīts (ferīta-cementīta mikrostruktūra), 400 HB.
4. Ūdens (1000˚C/min) – martensīts: cieta (600 HB), bet trausla adatveida struktūra.

Metināšanas šuvei jābūt ar pietiekamiem cietības, stiprības, plastiskuma kvalitātes rādītājiem, tāpēc šuves martensīta raksturlielumi nav pieņemami. Zema oglekļa satura sakausējumiem ir ferīta, ferīta-perlīta, ferīta-austenīta struktūra. Vidēja oglekļa un vidēji leģēti tēraudi - perlīts. Ar augstu oglekļa saturu un leģēts - martensīts vai troostīts, kas ir svarīgi panākt ferīta-austenīta formu.

Vieglā tērauda metināšana

Oglekļa tēraudu metināmību nosaka oglekļa un piemaisījumu daudzums. Tie spēj izdegt, pārvēršoties gāzveida formās un piešķirot zemas kvalitātes šuves porainību. Sērs un fosfors var koncentrēties graudu malās, palielinot struktūras trauslumu. Metināšana ir visvienkāršākā, tomēr nepieciešama individuāla pieeja.

Kvalitatīvs oglekļa tērauds ir sadalīts trīs grupās: A, B un C. Metināšanas darbi tiek veikti ar C grupas metālu.

Tērauda marku VST1 - VST4 metināmību saskaņā ar GOST 380-94 raksturo ierobežojumu un papildu prasību trūkums. Detaļu ar diametru līdz 40 mm metināšana notiek bez apkures. Iespējamie rādītāji pakāpēs: G - augsts mangāna saturs; kp, ps, cn - “vārošs”, “pusmierīgs”, “mierīgs”attiecīgi.

Zemoglekļa kvalitātes tēraudu apzīmē pakāpes ar oglekļa simtdaļu apzīmējumu, kas norāda deoksidācijas pakāpi un mangāna saturu (GOST 1050-88): tērauds 10 (arī 10kp, 10ps, 10G), 15 (arī 15 kp, 15 ps, 15 G), 20 (arī 20 kp, 20 ps, 20 G).

Lai nodrošinātu kvalitatīvu metinājumu, nepieciešams veikt metinājuma baseina piesātināšanas procesu ar oglekli C un mangānu Mn.

Metināšanas metodes:

1. Manuāla loka, izmantojot īpašus, sākotnēji kalcinētus elektrodus, kuru diametrs ir no 2 līdz 5 mm. Veidi: E38 (vidējai stiprībai), E42, E46 (labai stiprībai līdz 420 MPa), E42A, E46A (sarežģītu konstrukciju augstai izturībai un to darbībai īpašos apstākļos). Metināšana ar OMM-5 un UONI 13/45 stieņiem tiek veikta līdzstrāvas iedarbībā. Darbs ar elektrodiem TsM-7, OMA-2, SM-11 tiek veikts ar jebkura raksturlieluma strāvu.
2. Gāzes metināšana. Visbiežāk tas ir nevēlams, bet iespējams. To veic, izmantojot pildvadu Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Plāns zema oglekļa satura metāls (d 8mm) tiek metināts pa kreisi, biezs (d 8mm) - pareizajā veidā. Šuves īpašību nepilnības var novērst, normalizējot vai atkausējot.

Zemoglekļa tēraudu metināšana tiek veikta bez papildus karsēšanas. Lai iegūtu sīkāku informāciju par vienkāršu veidlapu, ierobežojumu nav. Ir svarīgi aizsargāt tilpuma un režģa konstrukcijas no vēja. Sarežģītus priekšmetus vēlams metināt darbnīcā temperatūrā, kas nav zemāka par 5˚С.

Tādējādi VST1 - VST4, tērauda 10 - tērauda 20 - metināmība ir laba, praktiskibez ierobežojumiem, pieprasot standarta individuālu metināšanas metodes, elektroda veida un strāvas raksturlielumu izvēli.

Vidēja un augsta oglekļa konstrukciju tēraudi

Sakausējuma piesātinājums ar oglekli samazina tā spēju veidot labus savienojumus. Loka vai gāzes liesmas termiskās iedarbības procesā sērs uzkrājas gar graudu malām, izraisot sarkano trauslumu, bet fosfors - aukstā trauslumā. Visbiežāk tiek metināti materiāli, kas leģēti ar mangānu.

Tas ietver parastās kvalitātes VSt4, VSt5 (GOST 380-94), augstas kvalitātes 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) konstrukciju tēraudus no dažāda veida metalurģijas..

Darba būtība ir samazināt oglekļa daudzumu metinātajā baseinā, piesātināt tajā esošo metālu ar silīciju un mangānu un nodrošināt optimālu tehnoloģiju. Tajā pašā laikā ir svarīgi novērst pārmērīgus oglekļa zudumus, kas var izraisīt mehānisko īpašību destabilizāciju.

Metināšanas ar vidēja un augsta oglekļa satura tēraudiem iezīmes:

1. Sākotnējā malas apsilde līdz 100-200˚С platumam līdz 150 mm. Bez papildu sildīšanas tiek metinātas tikai markas Vst4 un tērauds 25. Vidēja oglekļa tērauda tēraudiem ar apmierinošu metināmību pirms darba uzsākšanas tiek veikta pilnīga normalizācija. Tēraudam ar augstu oglekļa saturu ir nepieciešama iepriekšēja atkausēšana.
2. Lokmetināšana tiek veikta ar pārklātiem kalcinētiem elektrodiem, kuru izmērs ir no 3 līdz 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), zem līdzstrāvas. iespējams strādātplūsmas vai aizsarggāzes (CO_{2, argons).}
3. Gāzes metināšana tiek veikta ar karburēšanas liesmu, kreisās puses metodi, ar iepriekšēju uzsildīšanu līdz 200˚C temperatūrai, ar vienmērīgu zemas jaudas acetilēna padevi.
4. Obligāta detaļu termiskā apstrāde: cietināšana un rūdīšana vai atsevišķa rūdīšana, lai samazinātu iekšējos spriegumus, novērstu plaisāšanu, mīkstinātu sacietējušās martensīta un troostīta struktūras.
5. Kontaktpunktu metināšana tiek veikta bez ierobežojumiem.

Tādējādi vidēja un augsta oglekļa satura konstrukciju tēraudi tiek metināti praktiski bez ierobežojumiem, pie ārējās temperatūras vismaz 5˚С. Zemākā temperatūrā sākotnējā priekšsildīšana un augstas kvalitātes termiskā apstrāde ir obligāta.

Mazu leģēto tēraudu metināšana

Leģētie tēraudi ir tēraudi, kas kausēšanas laikā tiek piesātināti ar dažādiem metāliem, lai iegūtu vēlamās īpašības. Gandrīz visi no tiem pozitīvi ietekmē cietību un izturību. Hroms un niķelis ir daļa no karstumizturīgiem un nerūsējošajiem sakausējumiem. Vanādijs un silīcijs piešķir elastību, tiek izmantoti kā materiāls atsperu un atsperu ražošanai. Molibdēns, mangāns, titāns palielina nodilumizturību, volframs - sarkano cietību. Tajā pašā laikā, pozitīvi ietekmējot detaļu īpašības, tās pasliktina tērauda metināmību. Turklāt palielinās sacietēšanas pakāpe un martensīta struktūru veidošanās, iekšējie spriegumi un plaisāšanas risks šuvēs.

Leģēto tēraudu metināmību nosaka arī toķīmiskais sastāvs.

Mazu leģēti zema oglekļa satura tēraudi 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) ir labi metināti. Standarta apstākļos tiem nav nepieciešama papildu karsēšana un termiskā apstrāde procesu beigās. Tomēr daži ierobežojumi joprojām pastāv:

• Šaurs pieļaujamo termisko apstākļu diapazons.
• Darbs jāveic temperatūrā, kas nav zemāka par -10˚С (apstākļos, kad atmosfēras temperatūra ir zemāka, bet ne zemāka par -25˚С, izmantot priekšsildīšanu līdz 200˚С).

Iespējamie veidi:

• Elektriskā loka metināšana ar līdzstrāvu 40 līdz 50 A, elektrodi E55, E50A, E44A.
• Automātiskā iegremdētā loka metināšana, izmantojot pildvadu Sv-08GA, Sv-10GA.

Arī tērauda 09G2S, 10G2S1 metināmība ir laba, prasības un iespējamās ieviešanas metodes ir tādas pašas kā sakausējumiem 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Svarīga sakausējumu 09G2S, 10G2S1 īpašība ir tas, ka detaļām ar diametru līdz 4 cm nav nepieciešams sagatavot malas.

Vidēji leģētu tēraudu metināšana

Vidēji leģēti tēraudi 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) rada lielāku izturību pret vaļīgu šuvju veidošanos. Tie pieder pie grupas ar apmierinošu metināmību. Tiem nepieciešama iepriekšēja uzsildīšana līdz 150-200˚С temperatūrai, daudzslāņu metinājumi, sacietēšana un rūdīšana pēc metināšanas pabeigšanas. Iespējas:

• Strāva un elektroda diametrs metinot ar elektrisko lokutiek izvēlēts stingri atkarībā no metāla biezuma, ņemot vērā to, ka plānākas malas darba laikā vairāk sacietē. Tātad, ja izstrādājuma diametrs ir 2-3 mm, strāvas vērtībai jābūt 50-90 A robežās. Ar malas biezumu 7-10 mm, reversās polaritātes līdzstrāva palielinās līdz 200 A, izmantojot 4-6 mm elektrodus. Tiek izmantoti stieņi ar celulozes vai kalcija fluorīda aizsargpārklājumiem (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Strādājot aizsarggāzes vidē CO_{2 nepieciešams izmantot vadu Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM ar diametru uz augšu līdz 2 mm.}

Šiem materiāliem bieži izmanto argona loka metodi vai zemūdens loka metināšanu.

Karstumizturīgi un augstas stiprības tēraudi

Metināšana ar karstumizturīgiem dzelzs-oglekļa sakausējumiem 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF jāveic ar iepriekšēju uzsildīšanu līdz 300-450˚С temperatūrai, ar galīgo sacietēšanu un augstu atlaidināšanu.

• Elektriskā loka metināšana kaskādes veidā, lai izveidotu daudzslāņu šuvi, izmantojot kalcinētus pārklātus elektrodus UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Gāzes metināšana ar acetilēna padevi 100 dm3/mm izmantojot pildvielas Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Caurules pieslēgums tiek veikts ar iepriekšējo visa savienojuma gāzes apkuri.

Metinot vidēji leģētus augstas stiprības materiālus 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, ir svarīgi ievērot tos pašus noteikumus kā karstumizturīgajiem tēraudiem, ņemot vērā dažas nianses:

• Rūpīga tīrīšanamalas un spraudņu izmantošana.
• Elektroda atkvēlināšana augstā temperatūrā (līdz 450˚C).
• Uzsildiet līdz 150˚C daļām, kuru biezums pārsniedz 2 cm.
• Lēna šuves dzesēšana.

Augsti leģētie tēraudi

Metinot augsti leģētus tēraudus, ir nepieciešams izmantot īpašu tehnoloģiju. Tajos ietilpst milzīgs nerūsējošo, karstumizturīgo un karstumizturīgo sakausējumu klāsts, daži no tiem: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZhB,7G15MZhB. Tēraudu metināmība (GOST 5632-72) pieder 4. grupai.

Augsta oglekļa augsta leģētā tērauda metināmības raksturlielums:

1. Ir nepieciešams samazināt strāvas stiprumu vidēji par 10-20% to zemās siltumvadītspējas dēļ.
2. Metināšana jāveic ar atstarpi, elektrodi līdz 2 mm lieli.
3. Samaziniet fosfora, svina, sēra, antimona saturu, palieliniet molibdēna, vanādija, volframa daudzumu, izmantojot īpašus pārklātus stieņus.
4. Nepieciešamība veidot jauktu metinājuma mikrostruktūru (austenīts + ferīts). Tas nodrošina nogulsnētā metāla elastību un iekšējo spriegumu samazināšanu.
5. Obligāta malu apsildīšana metināšanas priekšvakarā. Temperatūra tiek izvēlēta diapazonā no 100 līdz 300˚С, atkarībā no konstrukciju mikrostruktūras.
6. Pārklāto elektrodu izvēli loka metināšanā nosaka graudu veids, detaļu īpašības un darba apstākļi: austenīta tēraudam 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 ar Sv-06Kh19N9T pārklājumi,Sv-02X19H9; martensīta tēraudam 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10, kas pārklāts ar Sv-08Kh17T; austenīta-ferīta tēraudam 12Kh21N5T: TsL-33 pārklāts ar Sv-08Kh11V2MF.
7. Gāzes metināšanas laikā acetilēna padevei jāatbilst vērtībai 70-75 dm3/mm, uzpildes stieple ir Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Iegremdētas loka darbības ir iespējamas, izmantojot NZh-8.

Tērauda metināmība ir relatīvs parametrs. Tas ir atkarīgs no metāla ķīmiskā sastāva, tā mikrostruktūras un fizikālajām īpašībām. Tajā pašā laikā ar pārdomātu tehnoloģisko pieeju, speciālu aprīkojumu un darba apstākļiem var noregulēt spēju veidot kvalitatīvus savienojumus.