Acél hegeszthetőség: osztályozás. Acélok hegeszthetőségi csoportjai

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

Az acél a fő szerkezeti anyag. Különféle szennyeződéseket tartalmazó vas-szén ötvözet. Az összetételében lévő összes komponens befolyásolja a tuskó tulajdonságait. A fémek egyik technológiai jellemzője a kiváló minőségű hegesztett kötések kialakításának képessége.

Az acél hegeszthetőségét meghatározó tényezők

Az acél hegeszthetőségének értékelése a fő mutató értéke - a С_{equiv szén-egyenértéke - alapján történik. Ez egy feltételes együttható, amely figyelembe veszi a széntartalom és a fő ötvözőelemek hatásának mértékét a hegesztési varrat jellemzőire.}

A következő tényezők befolyásolják az acélok hegeszthetőségét:

1. Széntartalom.
2. Káros szennyeződések jelenléte.
3. Doppingfokozat.
4. Mikrostruktúra nézet.
5. Környezeti feltételek.
6. Fémvastagság.

A leginformatívabb paraméter a kémiai összetétel.

Acélok megoszlása hegeszthetőségi csoportok szerint

FontosMindezen tényezők miatt az acél hegeszthetősége eltérő tulajdonságokkal rendelkezik.

Acélok osztályozása hegeszthetőség szerint.

• Jó (amikor С_{eq≧0, 25%): alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél alkatrészekhez; nem függ a termék vastagságától, az időjárási viszonyoktól, az előkészítő munkák elérhetőségétől.}
• Megfelelő (0,25%≦С_{eq≦0,35%): korlátozások vannak a környezeti feltételekre és a hegesztett szerkezet átmérőjére (a levegő hőmérséklete -5-ig, nyugalomban) időjárás, vastagság 20 mm-ig).}
• Korlátozott (0,35%≦C_{eq≦0,45%): A minőségi varrás kialakításához előmelegítés szükséges. Elősegíti a "sima" ausztenites átalakulásokat, a stabil szerkezetek kialakulását (ferrites-perlites, bainites).}
• Rossz (С_{eq≧0, 45%): mechanikailag stabil hegesztett kötés kialakítása lehetetlen a fémélek előzetes hőmérsékleti előkészítése, valamint az azt követő hőkezelés nélkül a hegesztett szerkezetről. További fűtés és egyenletes hűtés szükséges a kívánt mikrostruktúra kialakításához.}

Az acél hegeszthetőségi csoportjai megkönnyítik az eligazodást a vas-szén ötvözetek meghatározott minőségű hegesztésének technológiai jellemzői között.

Hőkezelés

Az acélok hegeszthetőségi csoportjától és a megfelelő technológiai jellemzőktől függően a hegesztett kötés jellemzői egymást követő hőmérsékleti hatásokkal beállíthatók. A hőkezelésnek 4 fő módja van: keményítés, temperálás,lágyítás és normalizálás.

A legelterjedtebb a kioltás és temperálás a varrat keménysége és egyidejű szilárdsága, feszültségmentesítés, repedésmegelőzés érdekében. A temperálás mértéke az anyagtól és a kívánt tulajdonságoktól függ.

Fémszerkezetek hőkezelése az előkészítő munkák során:

• lágyítás - a fém belsejében lévő feszültség enyhítésére, biztosítva annak lágyságát és hajlékonyságát;
• előmelegített a hőmérséklet-különbség minimalizálása érdekében.

A hőmérsékleti hatások ésszerű kezelése lehetővé teszi:

• előkészítse az alkatrészt a munkára (minden belső feszültség enyhítése a szemcsék köszörülésével);
• csökkenti a hőmérséklet-különbségeket hideg fémen;
• javítsa a hegesztett tárgy minőségét a mikrostruktúra termikus korrekciójával.

A tulajdonságok hőmérséklet-különbségekkel történő korrekciója lehet helyi vagy általános. A peremfűtés gáz- vagy elektromos ívberendezéssel történik. Speciális kemencéket használnak a teljes rész felmelegítésére és zökkenőmentes hűtésére.

A mikrostruktúra hatása a tulajdonságokra

A hőkezelési eljárások lényege a bugán belüli szerkezeti átalakulásokon és ezeknek a megszilárdult fémre gyakorolt hatásán alapul. Tehát 727 ˚C-ra hevítve kevert szemcsés ausztenites szerkezetű. A hűtési mód határozza meg az átalakítási lehetőségeket:

1. A sütő belsejében (sebesség 1˚C/perc) - körülbelül 200 HB (Brinell keménység) keménységű perlit szerkezetek keletkeznek.
2. Belevegő (10˚С/min) – szorbit (ferrit-perlit szemcsék), keménység 300 HB.
3. Olaj (100˚C/perc) – troosztit (ferrit-cementit mikrostruktúra), 400 HB.
4. Víz (1000˚C/perc) – martenzit: kemény (600 HB), de törékeny, hegyes szerkezet.

A hegesztési kötésnek megfelelő keménységi, szilárdsági, plaszticitási minőségi mutatókkal kell rendelkeznie, ezért a varrat martenzites jellemzői nem elfogadhatók. Az alacsony széntartalmú ötvözetek ferrites, ferrit-perlites, ferrit-ausztenites szerkezetűek. Közepes széntartalmú és közepesen ötvözött acélok - perlit. Magas széntartalmú és erősen ötvözött - martenzites vagy troosztit, amelyet fontos ferrites-ausztenites formára hozni.

Lenyhe acélhegesztés

A szénacélok hegeszthetőségét a szén és a szennyeződések mennyisége határozza meg. Képesek kiégni, gáznemű formákká alakulnak, és rossz minőségű varrat porozitást adnak. A kén és a foszfor a szemcsék szélein koncentrálódhat, növelve a szerkezet törékenységét. A hegesztés a legegyszerűbb, azonban egyéni megközelítést igényel.

A közönséges minőségű szénacél három csoportra osztható: A, B és C. A hegesztési munkákat a C csoportba tartozó fémekkel végzik.

A VST1 - VST4 acélminőségek hegeszthetőségét a GOST 380-94 szerint a korlátozások és további követelmények hiánya jellemzi. A legfeljebb 40 mm átmérőjű alkatrészek hegesztése fűtés nélkül történik. Lehetséges mutatók fokozatokban: G - magas mangántartalom; kp, ps, cn - „forr”, „félig nyugodt”, „nyugodt”illetve.

Az alacsony szén-dioxid-kibocsátású minőségi acélt a szén-század jelölésű fokozatok jelölik, amelyek jelzik a dezoxidáció mértékét és a mangántartalmat (GOST 1050-88): acél 10 (10kp, 10ps, 10G is), 15 (még 15 kp, 15 ps, 15 G), 20 (szintén 20 kp, 20 ps, 20 G).

A minőségi varrat biztosításához el kell végezni a hegesztőmedence szén-C-vel és mangán mangánnal való telítési folyamatát.

Hegesztési módszerek:

1. Kézi ív speciális, kezdetben kalcinált elektródákkal, 2-5 mm átmérővel. Típusok: E38 (közepes szilárdsághoz), E42, E46 (420 MPa-ig jó szilárdsághoz), E42A, E46A (komplex szerkezetek nagy szilárdságához és speciális körülmények között történő üzemeltetéséhez). Az OMM-5 és UONI 13/45 rudak hegesztése egyenáram hatására történik. A TsM-7, OMA-2, SM-11 elektródákkal végzett munka bármilyen karakterisztikájú árammal történik.
2. Gázhegesztés. Leggyakrabban nemkívánatos, de lehetséges. Ezt Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS töltőhuzallal hajtják végre. A vékony, alacsony szén-dioxid-kibocsátású fémet (d 8mm) balra hegesztik, vastag (d 8mm) - a megfelelő módon. A varrat tulajdonságainak hiányosságai normalizálással vagy izzítással eltávolíthatók.

Az alacsony széntartalmú acélok hegesztése további fűtés nélkül történik. Az egyszerű űrlap részleteire vonatkozóan nincsenek korlátozások. Fontos a térfogati és rácsos szerkezetek széltől való védelme. Kívánatos az összetett tárgyak hegesztése műhelyben, legalább 5˚С hőmérsékleten.

Így a VST1 - VST4, acél 10 - acél 20 - hegeszthetőség jó, gyakorlatilagkorlátozások nélkül, a hegesztési módszer, az elektróda típusa és az áramjellemzők szabványos egyedi kiválasztását igényli.

Közepes és nagy széntartalmú szerkezeti acélok

Az ötvözet szénnel való telítése csökkenti annak képességét, hogy jó vegyületeket képezzen. Az ív vagy a gázláng termikus hatásai során a kén felhalmozódik a szemcsék szélein, ami vörös ridegséghez, a foszfor hideg ridegséghez vezet. Leggyakrabban a mangánnal ötvözött anyagokat hegesztik.

Ebbe beletartoznak a szokásos minőségű VSt4, VSt5 (GOST 380-94), kiváló minőségű 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) szerkezeti acélok, különféle kohászati gyártásból.

A munka lényege a hegesztőmedencében lévő szén mennyiségének csökkentése, a benne lévő fém szilíciummal és mangánnal való telítése, valamint az optimális technológia biztosítása. Ugyanakkor fontos megakadályozni a túlzott szénveszteséget, ami a mechanikai tulajdonságok destabilizálásához vezethet.

A közepes és nagy széntartalmú acélokkal végzett hegesztés jellemzői:

1. A kezdeti élfűtés 100-200˚С-ig 150 mm-es szélességig. Csak a Vst4 és a 25-ös acélminőség hegeszthető kiegészítő fűtés nélkül. A közepes széntartalmú, kielégítő hegeszthetőségű acélok esetében a munka megkezdése előtt teljes normalizálást kell végezni. A magas széntartalmú acéloknál előmelegítés szükséges.
2. Az ívhegesztés 3-6 mm méretű bevonatos égetett elektródákkal történik (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), egyenáram mellett. be lehet dolgoznifolyósító vagy védőgázok (CO_{2, argon).}
3. A gázhegesztést karburátorlánggal, balkezes módszerrel, 200°C-os előmelegítéssel, egyenletes, alacsony teljesítményű acetilénellátással végezzük.
4. Az alkatrészek kötelező hőkezelése: edzés és megeresztés vagy külön temperálás a belső feszültségek minimalizálása, a repedés megelőzése, a megkeményedett martenzites és troostit szerkezetek lágyítása érdekében.
5. A kontaktponthegesztés korlátozás nélkül történik.

Így a közepes és nagy széntartalmú szerkezeti acélok gyakorlatilag korlátozás nélkül, legalább 5˚С külső hőmérsékleten hegeszthetők. Alacsonyabb hőmérsékleten a kezdeti előmelegítés és a jó minőségű hőkezelés kötelező.

Gyengén ötvözött acélok hegesztése

Az ötvözött acélok olyan acélok, amelyeket az olvasztás során különféle fémekkel telítenek a kívánt tulajdonságok elérése érdekében. Szinte mindegyik pozitív hatással van a keménységre és a szilárdságra. A króm és a nikkel a hőálló és rozsdamentes ötvözetek része. A vanádium és a szilícium rugalmasságot biztosít, anyagként használják rugók és rugók gyártásához. Molibdén, mangán, titán növeli a kopásállóságot, volfrám - vörös keménységet. Ugyanakkor, pozitívan befolyásolva az alkatrészek tulajdonságait, rontják az acél hegeszthetőségét. Emellett nő a keményedés mértéke és a martenzites szerkezetek kialakulása, a belső feszültségek és a varratok repedésének veszélye.

Az ötvözött acélok hegeszthetőségét az is meghatározzakémiai összetétel.

A 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) gyengén ötvözött alacsony széntartalmú acélok jól hegeszthetők. Normál körülmények között nem igényelnek további fűtést és hőkezelést a folyamatok végén. Néhány korlátozás azonban továbbra is fennáll:

• A megengedett hőviszonyok szűk tartománya.
• A munkát -10 ˚С-nál nem alacsonyabb hőmérsékleten kell végezni (alacsonyabb légköri hőmérséklet esetén, de nem alacsonyabb, mint -25 ˚С, alkalmazzon előmelegítést 200 °С-ig).

Lehetséges módok:

• Elektromos ívhegesztés 40-50 A egyenárammal, E55, E50A, E44A elektródákkal.
• Automatikus merülő ívhegesztés Sv-08GA, Sv-10GA töltőhuzallal.

A 09G2S, 10G2S1 acél hegeszthetősége is jó, a követelmények és a lehetséges megvalósítási módok megegyeznek a 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF ötvözetekkel. A 09G2S, 10G2S1 ötvözetek fontos jellemzője, hogy nem kell éleket készíteni a legfeljebb 4 cm átmérőjű alkatrészekhez.

Közepesen ötvözött acélok hegesztése

A 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) közepesen ötvözött acélok nagyobb ellenállást mutatnak a laza varratok kialakulásával szemben. A kielégítő hegeszthetőségű csoportba tartoznak. Előmelegítést igényelnek 150-200˚С hőmérsékletre, többrétegű hegesztést, keményítést és megeresztést a hegesztés befejezése után. Opciók:

• Az áramerősség és az elektróda átmérője elektromos íves hegesztéskorszigorúan a fém vastagságától függően választják meg, figyelembe véve azt a tényt, hogy a vékonyabb élek jobban megkeményednek a munka során. Tehát 2-3 mm-es termékátmérőnél az áramértéknek 50-90 A-en belül kell lennie. 7-10 mm-es élvastagságnál a fordított polaritású egyenáram 200 A-re nő 4-6 mm-es elektródák segítségével. Cellulóz vagy kalcium-fluorid védőbevonattal (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA) ellátott rudakat használnak.
• A CO_{2 védőgázas környezetben végzett munka során legfeljebb Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM vezetéket kell használni. 2 mm-re.}

Az argoníves módszert vagy a merülőíves hegesztést gyakran használják ezekhez az anyagokhoz.

Hőálló és nagy szilárdságú acélok

A 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF hőálló vas-szén ötvözetekkel történő hegesztést 300-450˚С hőmérsékletre történő előmelegítéssel, végső keményítéssel és magas megeresztéssel kell elvégezni.

• Elektromos ívhegesztés kaszkád módon többrétegű varrat kialakításához, kalcinált bevonatos UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39 elektródákkal.
• Gázhegesztés acetilén betáplálással 100 dm3/mm Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA töltőanyagok felhasználásával. A csőcsatlakozás a teljes csatlakozás előző gázfűtésével történik.

Közepesen ötvözött, nagy szilárdságú 14Kh2GM, 14Kh2GMRB anyagok hegesztésekor fontos ugyanazokat a szabályokat betartani, mint a hőálló acéloknál, néhány árnyalatot figyelembe véve:

• Alapos tisztításélek és ragasztók használata.
• Az elektróda magas hőmérsékletű lágyítása (450 ˚C-ig).
• A 2 cm-nél vastagabb alkatrészeket előmelegítjük 150 ˚C-ra.
• Lassú varráshűtés.

Erősen ötvözött acélok

Erősen ötvözött acélok hegesztésekor speciális technológia alkalmazása szükséges. Ezek közé tartozik a rozsdamentes, hőálló és hőálló ötvözetek hatalmas választéka, néhány közülük: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZhB,7G15MZhB. Az acélok hegeszthetősége (GOST 5632-72) a 4. csoportba tartozik.

Magas széntartalmú, erősen ötvözött acél hegeszthetőségi jellemzői:

1. Átlagosan 10-20%-kal kell csökkenteni az áramerősséget az alacsony hővezetőképesség miatt.
2. A hegesztést hézaggal, legfeljebb 2 mm-es elektródákkal kell végezni.
3. Csökkentse a foszfor-, ólom-, kén-, antimontartalmat, növelje a molibdén, vanádium, volfrám mennyiségét speciális bevonatú rudak használatával.
4. Vegyes hegesztési mikrostruktúra kialakításának szükségessége (ausztenit + ferrit). Ez biztosítja a lerakódott fém rugalmasságát és a belső feszültségek minimalizálását.
5. Kötelező élmelegítés a hegesztés előestéjén. A hőmérséklet a 100 és 300˚С közötti tartományban van kiválasztva, a szerkezetek mikroszerkezetétől függően.
6. Az ívhegesztésnél a bevonatos elektródák kiválasztását a szemcsék típusa, tulajdonságai és az alkatrészek munkakörülményei határozzák meg: 12X18H9 ausztenites acél esetén: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 Sv-06Kh19N9T-vel bevonatok,Sv-02X19H9; 20Kh17N2 martenzites acélhoz: UONII 10Kh17T, AN-V-10 Sv-08Kh17T bevonattal; ausztenites-ferrites acélhoz 12Kh21N5T: TsL-33 Sv-08Kh11V2MF bevonattal.
7. Gázhegesztéskor az acetilén betáplálása 70-75 dm3/mm értéknek feleljen meg, a használt töltőhuzal Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. A merülőíves műveletek az NZh-8 használatával lehetségesek.

Az acél hegeszthetősége relatív paraméter. Ez a fém kémiai összetételétől, mikroszerkezetétől és fizikai tulajdonságaitól függ. Ugyanakkor az átgondolt technológiai megközelítés, speciális felszerelés és munkakörülmények segítségével beállítható a jó minőségű kötések kialakításának képessége.