Soldabilitat de l'acer: classificació. Grups de soldabilitat dels acers

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

L'acer és el principal material estructural. És un aliatge ferro-carboni que conté diverses impureses. Tots els components inclosos en la seva composició afecten les propietats del lingot. Una de les característiques tecnològiques dels metalls és la capacitat de formar juntes soldades d' alta qualitat.

Factors que determinen la soldabilitat de l'acer

L'avaluació de la soldabilitat de l'acer es fa pel valor de l'indicador principal: l'equivalent de carboni de С_{equiv. Es tracta d'un coeficient condicional que té en compte el grau d'influència del contingut de carboni i dels principals elements d'aliatge sobre les característiques de la soldadura.}

Els factors següents afecten la soldabilitat dels acers:

1. Contingut de carboni.
2. Presència d'impureses nocives.
3. Grau de dopatge.
4. Visualització de la microestructura.
5. Condicions ambientals.
6. Gesssor del metall.

El paràmetre més informatiu és la composició química.

Distribució d'acers per grups de soldabilitat

Subjecte atots aquests factors, la soldabilitat de l'acer té característiques diferents.

Classificació dels acers per soldabilitat.

• Bé (quan С_{eq≧0, 25%): per a peces d'acer baix en carboni; no depèn del gruix del producte, les condicions meteorològiques, la disponibilitat de treballs preparatoris.}
• Satisfactori (0,25%≦С_{eq≦0,35%): hi ha restriccions a les condicions ambientals i al diàmetre de l'estructura soldada (temperatura de l'aire fins a -5, en calma temps, gruix de fins a 20 mm).}
• Limitat (0,35%≦C_{eq≦0,45%): es requereix un preescalfament per formar una costura de qualitat. Afavoreix transformacions austenítiques "suas", la formació d'estructures estables (ferrítico-perlítiques, bainítiques).}
• Bad (С_{eq≧0, 45%): la formació d'una unió soldada mecànicament estable és impossible sense una preparació prèvia a la temperatura de les vores metàl·liques, així com un tractament tèrmic posterior de l'estructura soldada. Es requereix un escalfament addicional i un refredament suau per formar la microestructura desitjada.}

Els grups de soldadura d'acer faciliten la navegació per les característiques tecnològiques de la soldadura de graus específics d'aliatges de ferro i carboni.

Tractament tèrmic

Depenent del grup de soldabilitat dels acers i de les característiques tecnològiques corresponents, les característiques de la unió soldada es poden ajustar mitjançant successius efectes de temperatura. Hi ha 4 mètodes principals de tractament tèrmic: enduriment, tremp,recuit i normalització.

Els més habituals són el tremp i el tremp per a la duresa i la resistència simultània de la soldadura, l'alleujament de tensions, la prevenció d'esquerdes. El grau de tremp depèn del material i de les propietats desitjades.

Es realitza un tractament tèrmic d'estructures metàl·liques durant els treballs preparatoris:

• recuit - per alleujar l'estrès dins del metall, assegurant-ne la suavitat i la seva flexibilitat;
• preescalfat per minimitzar la diferència de temperatura.

La gestió racional de les influències de la temperatura permet:

• preparar la peça per al treball (alleujar totes les tensions internes triturant grans);
• reduir les diferències de temperatura en metall fred;
• millora la qualitat de l'objecte soldat mitjançant la correcció tèrmica de la microestructura.

La correcció de propietats per diferències de temperatura pot ser local o general. L'escalfament de vora es realitza mitjançant equips de gas o d'arc elèctric. S'utilitzen forns especials per escalfar tota la peça i refredar-la sense problemes.

Influència de la microestructura en les propietats

L'essència dels processos de tractament tèrmic es basa en les transformacions estructurals a l'interior del lingot i el seu efecte sobre el metall solidificat. Així, quan s'escalfa a una temperatura de 727 ˚C, és una estructura austenítica granular mixta. El mètode de refrigeració determina les opcions de transformació:

1. Dins del forn (velocitat 1˚C/min) - es formen estructures de perlita amb una duresa d'uns 200 HB (duresa Brinell).
2. Activataire (10˚С/min) – sorbitol (grans de ferrita-perlita), duresa 300 HB.
3. Oli (100˚C/min) – troostita (microestructura de ferrita-cementita), 400 HB.
4. Aigua (1000˚C/min) – martensita: estructura acicular dura (600 HB) però trencadissa.

La junta de soldadura ha de tenir els suficients indicadors de duresa, resistència i qualitat de plasticitat, de manera que les característiques martensítiques de la costura no són acceptables. Els aliatges baixos en carboni tenen una estructura ferrítica, ferrita-perlítica i ferrita-austenítica. Acers de carboni mitjà i d'aliatge mitjà - perlítics. Alt carboni i altament aliats: martensítica o troostita, que és important portar a una forma ferrítica-austenítica.

Soldadura d'acer suau

La soldabilitat dels acers al carboni està determinada per la quantitat de carboni i impureses. Són capaços de cremar-se, convertir-se en formes gasoses i donar una porositat de costura de baixa qualitat. El sofre i el fòsfor es poden concentrar a les vores dels grans, augmentant la fragilitat de l'estructura. La soldadura és la més simplificada, però requereix un enfocament individual.

L'acer al carboni de qualitat comuna es divideix en tres grups: A, B i C. Els treballs de soldadura es realitzen amb metall del grup C.

La soldabilitat dels graus d'acer VST1 - VST4, d'acord amb GOST 380-94, es caracteritza per l'absència de restriccions i requisits addicionals. La soldadura de peces amb un diàmetre de fins a 40 mm es produeix sense escalfar. Possibles indicadors en graus: G - alt contingut de manganès; kp, ps, cn - "bullint", "semi-calma", "calma"respectivament.

L'acer de qualitat baixa en carboni està representat per graus amb la designació de centèsimes de carboni, que indica el grau de desoxidació i contingut de manganès (GOST 1050-88): acer 10 (també 10kp, 10ps, 10G), 15 (també 15kp, 15ps, 15G), 20 (també 20kp, 20ps, 20G).

Per garantir una soldadura de qualitat, cal realitzar el procés de saturació del conjunt de soldadura amb carboni C i manganès Mn.

Mètodes de soldadura:

1. Arc manual amb elèctrodes especials, inicialment calcinats, amb un diàmetre de 2 a 5 mm. Tipus: E38 (per a resistència mitjana), E42, E46 (per a una bona resistència fins a 420 MPa), E42A, E46A (per a alta resistència d'estructures complexes i el seu funcionament en condicions especials). La soldadura amb varetes OMM-5 i UONI 13/45 es realitza sota l'acció del corrent continu. El treball amb elèctrodes TsM-7, OMA-2, SM-11 es realitza amb un corrent de qualsevol característica.
2. Soldadura per gas. Molt sovint no desitjable, però possible. Es realitza amb filferro de farciment Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. El metall prim baix en carboni (d 8 mm) es solda a l'esquerra, gruixut (d 8 mm) - de la manera correcta. Les deficiències en les propietats de la costura es poden eliminar mitjançant la normalització o el recuit.

La soldadura d'acers baixos en carboni es realitza sense escalfament addicional. Per als detalls d'un formulari senzill, no hi ha restriccions. És important protegir les estructures volumètriques i de gelosia del vent. És desitjable soldar objectes complexos en un taller a una temperatura no inferior a 5˚С.

Així, per als graus VST1 - VST4, acer 10 - acer 20 - la soldabilitat és bona, pràcticamentsense restriccions, que requereix una selecció individual estàndard del mètode de soldadura, el tipus d'elèctrode i les característiques actuals.

Acers estructurals de carboni mitjà i alt

La saturació de l'aliatge amb carboni redueix la seva capacitat per formar bons compostos. En el procés d'efectes tèrmics d'un arc o una flama de gas, el sofre s'acumula al llarg de les vores dels grans, donant lloc a la fragilitat vermella, el fòsfor a la fragilitat en fred. Molt sovint, els materials aliats amb manganès es solden.

Això inclou acers estructurals de qualitat normal VSt4, VSt5 (GOST 380-94), d' alta qualitat 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) de diferents produccions metal·lúrgiques..

L'essència del treball és reduir la quantitat de carboni a la piscina de soldadura, saturar el metall amb silici i manganès i garantir una tecnologia òptima. Al mateix temps, és important evitar pèrdues excessives de carboni, que poden provocar la desestabilització de les propietats mecàniques.

Característiques de la soldadura amb acers de carboni mitjà i alt:

1. Escalfament de vora inicial fins a 100-200˚С per a una amplada de fins a 150 mm. Només els graus Vst4 i l'acer 25 es solden sense calefacció addicional. Per als acers de carboni mitjà amb una soldabilitat satisfactòria, es realitza una normalització completa abans de començar el treball. El recuit previ és necessari per als acers rics en carboni.
2. La soldadura d'arc es realitza amb elèctrodes calcinats revestits, de mida que oscil·len entre 3 i 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), sota corrent continu. possible treballar-higasos de flux o de protecció (CO_{2, argó).}
3. La soldadura per gas es realitza amb una flama de cementació, mètode de mà esquerra, amb preescalfament a una temperatura de 200˚C, amb una font uniforme de baixa potència d'acetilè.
4. Tractament tèrmic obligatori de les peces: enduriment i tremp o tremp per separat per minimitzar les tensions internes, prevenir l'esquerda, suavitzar estructures martensítiques i troostites endurides.
5. La soldadura per punts de contacte es realitza sense limitacions.

Així, els acers estructurals de carboni mitjà i alt es solden pràcticament sense restriccions, a una temperatura exterior d'almenys 5˚С. A temperatures més baixes, és obligatori el preescalfament inicial i un tractament tèrmic d' alta qualitat.

Soldadura d'acers de baix aliatge

Els acers aliats són acers que es saturen amb diversos metalls durant la fusió per tal d'obtenir les propietats desitjades. Gairebé tots tenen un efecte positiu sobre la duresa i la resistència. El crom i el níquel formen part dels aliatges inoxidables i resistents a la calor. El vanadi i el silici donen elasticitat, s'utilitzen com a material per a la fabricació de molles i molles. Molibdè, manganès, titani augmenten la resistència al desgast, tungstè - duresa vermella. Al mateix temps, afectant positivament les propietats de les peces, empitjoren la soldabilitat de l'acer. A més, augmenten el grau d'enduriment i la formació d'estructures martensítiques, les tensions internes i el risc d'esquerdes a les costures.

La soldabilitat dels acers aliats també està determinada pel seucomposició química.

Els acers de baix carboni 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) estan ben soldats. En condicions estàndard, no requereixen calefacció ni tractament tèrmic addicionals al final dels processos. Tanmateix, encara hi ha algunes restriccions:

• Interval estret de condicions tèrmiques permeses.
• El treball s'ha de dur a terme a una temperatura no inferior a -10˚С (en condicions de temperatures atmosfèriques més baixes, però no inferiors a -25˚С, aplicar preescalfament fins a 200˚С).

Formes possibles:

• Soldadura per arc elèctric amb corrent continu de 40 a 50 A, elèctrodes E55, E50A, E44A.
• Soldadura automàtica d'arc submergit amb filferro de farciment Sv-08GA, Sv-10GA.

La soldabilitat de l'acer 09G2S, 10G2S1 també és bona, els requisits i els possibles mètodes d'implementació són els mateixos que els aliatges 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Una característica important dels aliatges 09G2S, 10G2S1 és l'absència de la necessitat de preparar vores per a peces amb un diàmetre de fins a 4 cm.

Soldadura d'acers d'aliatge mitjà

Els acers mig aliats 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) produeixen una resistència més important a la formació de costures soltes. Pertanyen al grup amb soldabilitat satisfactòria. Requereixen preescalfament a temperatures de 150-200˚С, soldadures multicapa, enduriment i tremp en acabar la soldadura. Opcions:

• Corrent i diàmetre de l'elèctrode en soldar amb arc elèctrics'escull estrictament en funció del gruix del metall, tenint en compte el fet que les vores més primes s'endureixen més durant el treball. Per tant, amb un diàmetre del producte de 2-3 mm, el valor actual hauria d'estar dins de 50-90 A. Amb un gruix de vora de 7-10 mm, el corrent continu de polaritat inversa augmenta a 200 A utilitzant elèctrodes de 4-6 mm. S'utilitzen barres amb recobriments protectors de cel·lulosa o fluorur de calci (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Quan es treballa en un entorn de gas protector CO_{2 cal utilitzar cable Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM amb un diàmetre superior a fins a 2 mm.}

El mètode d'arc d'argó o la soldadura per arc submergit s'utilitzen sovint per a aquests materials.

Acers resistents a la calor i alta resistència

La soldadura amb aliatges ferro-carboni resistents a la calor 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF s'ha de fer amb preescalfament a temperatures de 300-450˚С, amb enduriment final i temperat elevat.

• Soldadura per arc elèctric en cascada per dissenyar una costura multicapa, utilitzant elèctrodes recoberts calcinats UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Soldadura per gas amb subministrament d'acetilè 100 dm3/mm amb materials de farciment Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. La connexió de la canonada es realitza amb la calefacció prèvia de gas de tota la junta.

Quan es solden materials d' alta resistència d'aliatge mitjà 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, és important seguir les mateixes regles que per als acers resistents a la calor, tenint en compte alguns matisos:

• Neteja a fonsvores i ús de tacs.
• Recuit a alta temperatura de l'elèctrode (fins a 450˚C).
• Preescalfeu fins a 150˚C per a peces de més de 2 cm de gruix.
• Refrigeració lenta de la costura.

Acers d' alt aliatge

L'ús d'una tecnologia especial és necessari quan es solden acers d' alt aliatge. Aquests inclouen una àmplia gamma d'aliatges inoxidables, resistents a la calor i resistents a la calor, alguns d'ells: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZhB, 03Kh16N15MZhB. La soldabilitat dels acers (GOST 5632-72) pertany al quart grup.

Característica de soldabilitat de l'acer d' alt carboni i alt aliatge:

1. És necessari reduir la intensitat del corrent entre un 10 i un 20% de mitjana a causa de la seva baixa conductivitat tèrmica.
2. La soldadura s'ha de fer amb un buit, els elèctrodes de fins a 2 mm de mida.
3. Reduir el contingut de fòsfor, plom, sofre, antimoni, augmentar l'abundància de molibdè, vanadi i tungstè mitjançant l'ús de barres revestides especials.
4. La necessitat de formar una microestructura de soldadura mixta (austenita + ferrita). Això garanteix la ductilitat del metall dipositat i la minimització de les tensions internes.
5. Calefacció de vora obligatòria la vigília de la soldadura. La temperatura es selecciona en el rang de 100 a 300˚С, depenent de la microestructura de les estructures.
6. L'elecció dels elèctrodes recoberts en soldadura per arc està determinada pel tipus de grans, propietats i condicions de treball de les peces: per a acer austenític 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 amb Sv-06Kh19N9T recobriments,Sv-02X19H9; per acer martensític 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 recobert amb Sv-08Kh17T; per a acer austenític-ferrític 12Kh21N5T: TsL-33 recobert amb Sv-08Kh11V2MF.
7. Quan es solda amb gas, el subministrament d'acetilè hauria de correspondre al valor de 70-75 dm3/mm, el cable de farciment utilitzat és Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Les operacions d'arc submergit són possibles amb NZh-8.

La soldabilitat de l'acer és un paràmetre relatiu. Depèn de la composició química del metall, la seva microestructura i propietats físiques. Al mateix temps, la capacitat de formar juntes d' alta qualitat es pot ajustar amb l'ajuda d'un enfocament tecnològic ben pensat, equips especials i condicions de treball.