Влияние углерода, входящего в качестве компонента в свариваемые стали, оказывает сильное влияние на механические свойства стали, на поведение стали при сварке и на качество сварного шва.
Прежде всего наличие углерода свыше 0,30% в низколегированных сталях влечет за собою склонность к образованию трещин.
Наряду с углеродом имеются компоненты, усиливающие это действие углерода, как, например, хром и марганец. С другой стороны, значительное снижение углерода влечет за собою понижение механических свойств стали. С увеличением содержания углерода в стали увеличивается склонность к самозакаливанию переходной зоны основного металла, находящегося рядом со сварным швом. Чем больше углерода, тем резче происходит закалка и переходная зона становится более хрупкой. Сварное соединение с резкой зоной закалки с твердостью на 35—40% выше по твердости основного металла склонно к образованию трещин. При дуговой электрической сварке влияние углерода отражается в значительно меньшей степени, чем при газовой. Повышение количества углерода до 0,35—0,37%.не вызывает образования трещин при дуговой сварке, и наряду с хорошей свариваемостью стали достигается повышение ее механических свойств.
Изменение содержания углерода сказывается: 1) на величине коэффициента крепости сварного шва, 2) на динамической прочности на разрыв соединения, 3) на статической вязкости шва и, наконец, 4) на твердости сварного соединения.
1) Коэффициент крепости наплавленного металла, сварного шва с повышением процента содержания углерода в свариваемой стали повышается. Такая закономерность наблюдается на сварном шве, выполненном газовой и дуговой сваркой, но не наблюдается на шве, выполненном атомно-водородной сваркой.
Наибольшим коэффициентом крепости обладает сварной шов, выполненный дуговой сваркой; он составляет примерно 90% от коэффициента крепости основного металла.
Наименьшим коэффициентом крепости обладает сварной шов, выполненный газовой сваркой, составляющий примерно 80% от коэффициента крепости основного металла. Среднее значение коэффициента крепости принадлежит сварному шву, выполненному атомно-водородной сваркой.
2) Коэффициент динамической крепости сварного соединения, выполненного газовой сваркой, повышается с 7 до 8,5 кгм/см2 с увеличением процента содержания углерода в стали на 0,08%.
Образцы, сваренные дуговой сваркой, рвутся в большинстве случаев на расстоянии 4—5 мм от края шва; такие же образцы, сваренные атомно-водородной сваркой, — на расстоянии 10—15 мм от края и реже — на расстоянии 4—5 мм от края шва.
3) Статическая вязкость сварного шва понижается с увеличением процента содержания углерода в свариваемой стали. Для шва, выполненного газовой и атомно-водородной сваркой, наиболее значительное падение вязкости (10—15%) наблюдается при увеличении углерода в стали от 0,25 до 0,31%. Для выполненного дуговой сваркой шва падение вязкости (на 20—25%) имеет место при повышении содержания углерода в стали от 0,31 до 0,35%.
При отпуске на 500° вязкость сварного соединения, выполненного дуговой сваркой, составляет примерно 35—40% от вязкости основного металла; вязкость сварного соединения, выполненного атомно-водородной сваркой и газовой, составляет примерно 70—75% от вязкости основного металла.
4) Твердость сварного соединения (наплавленного металла) возрастает с повышением процента содержания углерода в свариваемой стали.
Твердость металла сварного шва в термически не обработанном состоянии выше твердости основного металла. Одна и та же плавка стали дает различную твердость металла шва при различных видах сварки. Наибольшей твердостью обладает металл, выполненный дуговой сваркой. Высокая твердость наплавленного металла шва в термически необработанном состоянии объясняется тем, что при сварке за счет быстрого охлаждения (на воздухе) с высокой температуры металл шва получил закалку.
Высокая твердость металла, выполненного дуговой сваркой, может быть объяснена более быстрым охлаждением с более высокой температуры, что приводит к более интенсивной закалке, а следовательно, и к большей твердости металла.
Кроме того, на повышение значений твердости металла, наплавленного дуговой сваркой, оказывает влияние находящийся в металле азот.
Структура металла сварного шва, выполненного газовой и атомно-водородной сваркой, представляет собой крупный сорбит с большими включениями свободного феррита. Структура металла, наплавленного дуговой сваркой, представляет собой также сорбит, но более мелкий, и имеется некоторая ориентировка на мартенсит (включения свободного феррита гораздо меньше).
Чем больше углерода содержится в свариваемой стали, тем больше получаемая закалка металла шва, так как умельчается сорбит, а ориентировка по мартенситу становится более резко выраженной.
Еще большую закалку и большую твердость, чем наплавленный металл, получает переходная зона непосредственно у края шва. Это обстоятельство можно объяснить еще более интенсивным охлаждением с высокой температуры. Кроме того, переходная зона представляет собой уже основной металл, в котором содержится больше углерода, хрома, молибдена и других неуспевших выгореть элементов, увеличивающих способность металла принимать закалку. Хотя в процессе сварки и происходит диффузия этих элементов из основного металла в металл шва, то все же она не может произойти в степени, достаточной для выравнивания химического состава, ввиду большой скорости протекания процесса сварки. Особенно малая диффузия этих элементов происходит при дуговой сварке, так как скорость протекания процесса этого вида сварки очень большая.
Часть 1 | Часть 2 | Часть 3
