Принципиальная, или физическая, свариваемость

Принципиальная, или физическая, свариваемость - это способность металлов в условиях сварки образовывать соединение на основе взаимной кристаллизации. Принципиальной свариваемостью обладают все однородные металлы. Не свариваются металлы, не обладающие взаимной растворимостью, они образуют не межатомные связи, а хрупкие химические соединения.

Например, свинец и медь образуют несмешивающиеся пары. Необходимо также условие сходности металлов, например, по атомному весу, температуре плавления и др. По этим причинам не свариваются алюминий и висмут. Медный сплав и титан, а также сталь и титан не обладают взаимной растворимостью, но задача их соединения решена с применением металловставок, например, медь + тантал + титан; титан + ванадий + сталь. Металл вставки образует смешивающиеся пары с обеими свариваемыми металлами. Но принципиального соединения еще мало, так как нужно еще и качество по прочности. При соединении сваркой несмешивающихся металлов, например, железа со свинцом, меди со свинцом и других, зоны сплавления и атомного сцепления не будет, произойдет лишь "слипание" металлов.

Технологическая свариваемость - совокупность свойств основного металла, определяющих чувствительность его к термическому циклу сварки и способность при данной технологии сварки образовывать сварное соединение надлежащего качества по прочности и вязкости без применения специальных технологических приемов (подогрева, отжига и т. д.).

Технологическая свариваемость в свою очередь подразделяется на тепловую (отношение металла к тепловому воздействию) и металлургическую технологическую свариваемость, которая учитывает отношение металла к плавлению, металлургической обработке и кристаллизации.

Учитывается как критерий свариваемости окисляемость металла, стойкость к горячим и холодным трещинам. Особого внимания заслуживает участок перегрева в ЗТВ - как самая ослабленная область в сварном соединении. Она нагревается до температуры 1100- 1400ºС, поэтому структура металла в этой зоне - крупнозернистая с пониженными механическими свойствами (пластичностью и ударной вязкостью). Эти свойства тем ниже, чем крупнее зерно и шире зона перегрева (как у газовой сварки).

Оценочным показателем свариваемости металлов служит сопротивляемость к образованию горячих и холодных трещин, которые описаны в предыдущем разделе при рассмотрении кристаллизации металла шва. Существует много методов оценки свариваемости, применяемых в машиностроении и описанных в литературе, но они распространяются на однородные и, главным образом, стальные материалы. Все они имеют одну основную цель - оценить свариваемость металлов по стойкости против образования горячих и холодных трещин и склонности образовывать закалочные структуры в зоне термического влияния (ЗТВ). На состояние ЗТВ влияет содержимое химических элементов в стали, особенно углерода.

Для определения свариваемости металлов используются в основном два метода: моделирование условий работы сварного соединения, близких к реальным, с изготовлением образцов соединения, и пробы - испытание при сварке либо после сварки, с оценкой свариваемости, технологические пробы и т. д.

Косвенные, количественные методы оценки свариваемости по химическому составу металла. До сих пор не существует достаточно надежной и достоверной единой системы определения свариваемости металлов.

В практической деятельности удобно пользоваться марочниками сталей и сплавов, в которых в разделе технологических свойств на каждую марку сталей приводятся и сведения о свариваемости, способах и условиях сварки.

В практике используется четыре вида испытания металла на свариваемость.

1. Определение стойкости металла шва против образования горячих (кристаллизационных) трещин.
2. Определение стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин.
3. Испытание стойкости основного металла и металла околошовной зоны и шва, а также всего сварного соединения в целом, против перехода в хрупкое состояние (охрупчивание).
4. Проверка соответствия сварного соединения специальным заданным свойствам служебного характера.

Общее число методов испытаний по этим четырем направлениям достигает более 150. Идея (принцип) метода технологических проб состоит в том, что кристаллизация проходит в состоянии пластин, закрепленных разными конструктивными приемами. При этом склонность к трещинам определяется наглядно. Для исключения ошибки выводы делаются по трем образцам.

Заслуживает внимание еще метод МВТУ им. Баумана, когда сварка стыка выполняется одновременно с медленным растягиванием пластин. Этим выявляется критическая скорость растяжения образца, при которой появляются трещины горячие и устанавливается стойкость металла (в мм/с) к образованию горячих трещин.

В остальных методах напряжение растяжения создается за счет усадки металла. Все остальные методы в основном моделируют условия работы сварного соединения.

Свариваемость сталей Сварочные работы Косвенные методы оценки свариваемости металлов