При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом прибли­жении проводят оценку свариваемости. Влияние основных леги­рующих примесей на свариваемость сталей можно описать следу­ющим образом.

Углерод — одна из наиболее важных примесей, определяющих прочность, пластичность, закаливаемость и другие важные харак­теристики стали. Содержание углерода в конструкционных сталях до 0,25 % не снижает свариваемости. Более высокое содержание приводит к образованию закалочных структур в металле ЗТВ и появлению трещин.

Сера и фосфор — вредные примеси. Повышенное содержание серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфора вызы­вает хладноломкость. Поэтому содержание серы и фосфора в низкоуглеродистых сталях ограничивают соответственно до 0,05 и 0,04 %.

Кремний присутствует в стали как примесь в количестве до 0,3 % в качестве раскислителя. При таком содержании он не ухуд­шает свариваемость сталей. В качестве легирующего элемента при содержании его в стали до 0,8-1 % (особенно до 1,5 %) возможно образование тугоплавких оксидов кремния, ухудшающих сварива­емость.

Марганец при содержании в стали до 1,0 % не затрудняет процесс сварки. При сварке сталей, содержащих марганец в количестве 1,8-2,5 %, возможно появление закалочных структур в металле ЗТВ и, следовательно, трещин.

Хром в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3 %. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7-3,5 %. В легированных сталях его содержание колеблется от 12 до 18 %, а в высоколегированных сталях достигает 35 %. При сварке хром образует карбиды, ухуд­шающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует обра­зованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3 %. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5, а в высоколегированных — до 35 %. В сплавах на никелевой основе его содержание является пре­валирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на сваривае­мость.

Ванадий в легированных сталях содержится в количестве 0,2- 0,8 %. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден в сталях ограничивается 0,8 %. При таком содер­жании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобий в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1 %. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3 % включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5 %) и как легирующий элемент (до 0,8-1 %). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость стали, кроме содержания углерода, учитывается также содер­жание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициен­тов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по раз­личным методикам, которые позволяют оценить влияние химичес­кого состава низколегированных сталей на их свариваемость:

Сэкв = с + Мп/6 + Сг/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Cu/15 (метод МИС), | Сэкв = С + Мп/6 + Si/24 + Ni/40 + Сг/5 + Мо/4 (японский метод),

[С]* = С + Мп/9 + Сг/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

где цифры указывают содержание в стали в массовых процентах соответствующих элементов.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связан­ных с разработкой технологии сварки. Достаточно часто расчеты химического углеродного эквивалента для углеродистых и низко­легированных конструкционных сталей перлитного класса выпол­няются по формуле Сефериана.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хоро­шо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограни­ченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся (табл. 1.1).

К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]^ < 0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т. е. без подогревадо сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработ­кой. Для конструкций, работающих в условиях статических на-

грузок, термообработку после сварки не производят. Для ответ­ственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется.

Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]* - 0,39*0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей тер­мообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали ЗОЛ обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обра­ботанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0 °С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется про­водить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск). В случае, когда невозможен последующий отпуск, зава­ренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35 % углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]лг = 0,46+0,59) перлитного класса, склонные в обычных усло­виях сварки к образованию трещин. Свариваемость этой группы сталей обеспечивается при использовании специальных техно­логических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в терми­чески обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина : металла не более 14 мм, температура окружающей среды не ниже ' +5 °С и свариваемые соединения имеют вспомогательный харак­тер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный по - . догрев до температуры 200 °С.

: Термообработка данной группы сталей назначается по режиму,

выбираемому для конкретной стали.

І К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]* > 0,60) перлитного класса, наиболее трудно подда­ющиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэто­му их сварку выполняют с обязательной предварительной термо­обработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей тер­мообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200 °С. Тер­мообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

Эксплуатационная надежность и долговечность сварных кон­струкций из низколегированных теплоустойчивых сталей зависит от предельно допустимой температуры эксплуатации и длительной прочности сварных соединений при этой температуре. Эти пока­затели определяются системой легирования теплоустойчивых ста­лей. По системе легирования стали можно разделить на хромо­молибденовые, хромомолибденованадиевые и хромомолибдено­вольфрамовые (табл. 1.2). В этих сталях значение углеродного эквивалента изменяется в широких пределах и оценка сваривае­мости сталей по его значению нецелесообразна. Расчет темпера­туры предварительного подогрева выполняется для каждой кон­кретной марки сталей.

Разделение высоколегированных сталей по группам (нержаве­ющие, кислотостойкие, жаростойкие и жаропрочные) в рамках ГОСТ 5632-72 выполнено условно в соответствии с их основными служебными характеристиками, так как стали жаропрочные и жа­ростойкие являются одновременно кислотостойкими в определен­ных агрессивных средах, а кислотостойкие стали обладают однов­ременно жаропрочностью и жаростойкостью при определенных температурах.

Остановимся на кратких рекомендациях по технологии сварки высоколегированных сталей, которые, как уже отмечалось, раз­деляются на четыре группы.

Для хорошо сваривающихся высоколегированных сталей тер­мообработку до и после сварки не проводят. При значительном наклепе металл необходимо закалить от 1050-1100 °С. Тепловой режим сварки нормальный. К этой группе сталей можно отнести ряд кислотостойких и жаропрочных сталей с аустенитной и аус­тенитно-ферритной структурой.

Для удовлетворительно сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендуется предварительный отпуск при 650-710 °С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный. При отрицательной температуре сварка не допуска­ется. Предварительный подогрев до 150-200 °С необходим при сварке элементов конструкции с толщиной стенки более 10 мм.

После сварки для снятия напряжений рекомендован отпуск при 650-710 °С с охлаждением на воздухе. К этой группе в первую очередь можно отнести большую часть хромистых и некоторых хромоникелевых сталей.

Для ограниченно сваривающихся высоколегированных сталей термообработка перед сваркой различная (отпуск при 650-710 °С с охлаждением на воздухе или закалка в воде от 1050-1100 °С). При сварке большинства сталей этой группы обязателен пред­варительный нагрев до 200-300 °С.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости детали сварного соединения подвергают отпуску при 650-710 °С. Для сварки ряда сталей аустенитного класса обязательна закалка в воде от 1050-1100 °С.

Для плохо сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендован отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Для всей группы сталей обязателен предварительный подогрев до 200-300 °С. Сварка стали 110Г13Л в состоянии закалки произ­водится без нагрева. Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям в зависимости от марки стали и назна­чения. Для стали 110Г13Л термообработка не требуется.