Таблица свариваемости металлов

Материалы для сварных металлических конструкций

Основными материалами сварных машиностроительных конст­рукций являются не только низкоуглеродистая и низколегирован­ная стали, что характерно для сварных строительных металличе­ских конструкций,, но и средне- и высоколегированная стали, свариваемые в отпущенном и закаленном состоянии, а также цвет­ные металлы. В некоторых случаях встречается необходимость сваривать стали различных марок с цветными металлами.

Рассмотрим вопросы свариваемости различных металлов.

По современным представлениям, образование сварного сое­динения происходит в результате совместной кристаллизации основного и наплавленного металлов и их взаимной диффузии в месте соприкосновения. При таком понимании процесса сварки уже нельзя строго разграничить твердую пайку и сварку, так как и сварка, и твердая пайка осуществляются путем диффузии.

В соответствии с приведенным определением различают сле­дующие возможности получения соединений.

  1. Наплавленный и основной металл однородны по химическо­му составу; например, сварка стали марки Ст. 3 электродом марки Св. I или марки Св. II.
  2. Наплавленный и основной металл имеют одинаковые струк­турные составляющие и при сварке могут давать ряд последова­тельных сплавов, например, холодная сварка чугуна стальным электродом.
  3. Наплавленный и основной металл полностью взаимно раст­воримы в жидком и твердом состояниях, например, медь и ни­кель (фиг. 18, а).
Диаграммы состояния сплавов

Диаграммы состояния сплавов

При полной растворимости в жидком состоянии и ограничен­ной растворимости в твердом состоянии (фиг. 18, б) образование соединения также обеспечено. По диаграмме этого типа кристал­лизуются сплавы железа с медью.

Наплавленный и основной металл могут образовать интер­металлические соединения, которые обычно хрупки и плохо про­тивостоят коррозии, и поэтому соединение не удовлетворяет условиям равнопрочности с основным металлом. Принципиальная диа­грамма сплава представлена на фиг. 18, в. Соединения такого рода образуются при пайке меди оловом.

Наплавленный и основной металл растворяются только в жидком состоянии, а при затвердевании раствор распадается на свои составные части, образуя механическую смесь (фиг. 18, г). Этот тип соединения может иметь высокое сопротивление разры­ву, но при наличии двух различных металлов с различными элек­тродными потенциалами ведет к коррозии и разрушению соедине­ния. К этому типу относятся сплавы цинка с оловом.

Наплавленный и основной металл не смешиваются даже в жидком состоянии, и диффузия не происходит. В лучшем случае здесь образуется склейка, основанная на трении и имеющая не­значительную прочность. Примером могут служить чистые жидкие алюминий и кадмий.

Для определения возможности получения сплавления, а в соот­ветствии с этим и сварки двух различных металлов, рекомендует­ся изучить диаграммы состояния сплавов, для чего использовать имеющуюся литературу по этому вопросу.

Свариваемость определяется способностью к сплавлению, что составляет обязательное условие, но не во всех случаях до­статочное. Основным признаком свариваемости стали считается ее свойство обеспечить сварное соединение без появления дефек­тов и, главным образом, трещин. Исходя из этого условия, стали по свариваемости разделяются на четыре группы:

  • хорошо сваривающаяся конструкционная сталь (ХСК);
  • удовлетворительно сваривающаяся конструкционная сталь (УСК);
  • ограниченно сваривающаяся конструкционная сталь (ОСК);
  • плохо сваривающаяся конструкционная сталь (ПСК).

Хорошо сваривающиеся конструкционные стали свариваются в любых обычных производственных условиях без технологических ограничений и без предъявления требований по термической об­работке стали до и после сварки, а также по тепловому режиму сварки.

Удовлетворительно сваривающаяся конструкционная сталь (УСК) также допускает сварку конструкций и узлов без слож­ных пересечений в нормальных производственных условиях, без появления трещин. В пересеченных конструкциях и в сложных условиях сварки необходимо применение некоторых мер предуп­реждения трещин: предварительная термическая обработка, по­догрев перед сваркой, специальная технология сварочного про­цесса, последующие термические операции после сварки.

Ограниченно сваривающиеся конструкционные стали (ОСК) в обычных условиях сварки склонны к образованию трещин и по­этому требуют тщательной термической обработки перед сваркой, выполнения сварки в определенных технологических условиях с подогревом или с последующими за сваркой операциями терми­ческой обработки.

Плохо сваривающиеся конструкционные стали (ПСК) весьма склонны к образованию трещин. Сварка их возможна при предва­рительной и последующей за сваркой термической обработке и обязательном подогреве во время сварки.

В табл. I приводится разбивка сталей на группы по свари­ваемости. В таблице не указывается верхний предел содержания углерода для сталей плохо сваривающихся (ПСК); этот предел при современном состоянии сварочной техники равен 0,60—0,70%.

Таблица 1

Молибден в значительной степени ухудшает свариваемость, и при суммировании его с другими легирующими примесями со­держание его необходимо увеличить в 4 раза.

Рассмотрим вначале марки и химический состав применяе­мых сталей, а в последующем приведем разбивку наиболее харак­терных сталей по группам свариваемости.

В сварных конструкциях машин и транспортного оборудова­ния широко, а в сварных конструкциях сооружений частично, применяются не только низкоуглеродистые, но и легированные стали. Химический состав и свойства сталей, а также техниче­ские условия на их приемку, устанавливаются следующими ГОСТ.

Марки углеродистой, мартеновской и бессемеровской стали обыкновенного качества установлены ГОСТ 380-50. В зависимо­сти от гарантируемых характеристик качества углеродистая горячекатаная сталь обыкновенного качества разделяется на две группы:

Группа А — сталь, поставляемая по механическим свойст­вам;

Группа Б — сталь, поставляемая по химическому составу.

Сталь группы А подразделяется на следующие марки: Ст. 0. Ст. 1, Ст. 2, ;Ст,. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7.

Сталь группы Б подразделяется на следующие марки:

  • марте­новская— МСт. 0, МСт. 1, МСт. 2, МСт. 3, МСт. 4, МСт. 5, МСт. 6, МСт. 7;
  • бессемеровская — БСт. 0, БСт. 3, БСт. 4, БСт. 5, БСт. 6.

Способ выплавки стали, поставляемой по группе А, выби­рается заводом-изготовителем, если этот способ не оговорен спе­циально в заказе.

Химический состав марок стали группы Б приведен в табл. 2.

Таблица 2

  • Примечание 1. По требованию потребителя, оговоренному в заказе, в стали марок МСт. 1, МСт. 2, МСт. 3, МСт. 4, МСт. 5, ; МСт. 6 и МСт. 7 содержание серы должно быть не более 0,05%, содержание фосфора не более 0,045%.
  • Примечание 2. В кипящей стали марок МСт. 1, МСт. 2, МСт. 3 содержание марганца может быть в пределах 0,30—0,50%.

При контрольном химическом анализе готового проката до­пускаемые отклонения от норм, установленных ГОСТ 380-50, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Допускаемые отклонения от содержания элементов в готовом прокате из углеродистой стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-50)

Нормы механических свойств для марок стали группы А ука­заны в табл. 4.

Таблица 4

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества ГОСТ 380-50

Испытание на загиб в холодном состоянии должно произво­диться:

1) для стали марок Ст. 1, Ст. 2 и Ст. 3 на 180° до соприкосно­вения сторон;

  • для стали марок Ст. 0 и Ст. 4 на 180° вокруг оправки диа­метром, равным двойной толщине образца;
  • для стали марки Ст. 5 на 180° вокруг оправки диаметром, равным тройной толщине образца.

Сталь марок Ст. 6 и Ст. 7 на загиб в холодном состоянии не испытывается.

Гарантируемыми характеристиками механических свойств для стали группы А являются: предел прочности при растяжении, относительное удлинение.

Химический состав стали, поставляемой по группе А, в серти­фикате указывается, но браковочным признаком не является, за исключением особо оговоренных случаев, в частности, по угле­роду, сере и фосфору в сталях для сварных конструкций.

По требованию потребителя, оговоренному в заказе для ма­рок стали группы А, должны быть также гарантированы:

  1. предел текучести;
  2. удовлетворительные результаты испытания на загиб в хо­лодном состоянии;
  3. предельное содержание серы и фосфора (согласно табл. 2);
  4. ударная вязкость стали, предназначенной для ответствен­ных конструкций.

Для стали марки Ст. 3 толщиной от 12 до 25 мм ударная вязкость каждого из образцов должна быть:

  • для сортовой и фа­сонной стали на продольных образцах не менее 10 кгм/см2;
  • для листовой и широкополосной стали на продольных образцах не ме­нее 8 кгм/см2 ;
  • на поперечных образцах не менее 7 кгм/см2.

Нормы ударной вязкости для стали марки Ст. 3 толщиной свыше 25 мм и для стали других марок устанавливаются в соот­ветствующих стандартах или ведомственных технических усло­виях.

Для стали группы Б гарантируемой характеристикой качества является химический состав.

К сталям, применяемым в машиностроении для изготовления конструкций, относится и низколегированная сталь по ГОСТ 5058-49.

В соответствии с этим ГОСТ производится сталь сортовая, фа­сонная, широкополосная и листовая, предназначенная для клепа­ных или сварных конструкций мостов, промышленных и граждан­ских сооружений, вагонов и прочих изделий.

Низколегированная сталь изготовляется следующих марок:

  • НЛ1 (СХЛЗ) —для металлических конструкций и заклепок;
  • НЛ2 (СХЛ2) —для металлических конструкций.

В скобках указаны прежние обозначения марок. Сталь по­ставляется, как правило, без термической обработки. Заводу поставщику предоставляется право поставлять сталь в термически обработанном состоянии; в этом случае род термообработки дол­жен быть указан в сертификате.

Химический состав низколегированной стали должен удовлет­ворять требованиям, указанным в табл. 5.

Таблица 5

Химический состав низколегированной стали ГОСТ 5058-49

Примечание 1. Для листовой и широкополосной стали марки НЛ2 толщиной более 20 мм допускается содержание углерода до 0,20%.

Примечание 2. Допускаются по соглашению сторон, при условии соблюдения ме­ханических свойств и остальных требований ГОСТ 5058-49, следующие отклонения откорм химического состава: по углероду ЧЬ 0,02%; по мар­ганцу, кремнию, хрому, никелю и меди ±0,10% по каждому элементу; по фосфору +0,005%.

Примечание 3. По требованию заказчика в стали марки НЛ1 содержание кремния может быть ограничено в пределах 0,15—0,30%.

Примечание 4. Сталь, предназначенная для гидротехнических сооружений, в тех­нически обоснованных случаях поставляется с пониженным содержанием серы, предел содержания которой устанавливается соглашением сторон.

 

Механические свойства низколегированной стали в состоянии поставки должны удовлетворять требованиям, перечисленным в табл. 6.

Таблица 6

Механические свойства низколегированной стали ГОСТ 5058-49

Примечание 1. Для проката с толщиной сечения менее 8 мм допускается понижение относительного удлинения на 1% (абсолютный) на каждый миллиметр уменьшения толщины.

Примечание 2. Для проката толщиной более 18 мм допускается понижение отно­сительного удлинения на 0,25% (абсолютных) на каждый миллиметр увеличения толщины, но не более, чем на 2% (абсолютных).

Примечание 3. Определение ударной вязкости производится для проката при фак­тической толщине его 10 мм и более. Сталь марки НЛ1, предназначенная для заклепок, испытанию на ударную вязкость не подвергается.

Примечание 4. Для проката толщиной более 30 мм механические свойства устанав­ливаются особым соглашением сторон.

 

По требованию заказчика производится испытание низколеги­рованной стали на чувствительность к старению. Результаты ис­пытания указываются в сертификате.

Химический состав некоторых марок конструкционной угле­родистой (ГОСТ 1050-52) и легированной стали (ГОСТ 4543-48) и их классификация по группам свариваемости приводятся в табл. 7.

Таблица 7

Химический состав некоторых марок конструкционной углеродистой (ГОСТ 1050-52) легированной стали (ГОСТ 4543-48) и их классификация по свариваемости

Пояснения к таблице: зеленый — хорошо сваривающаяся сталь; желтый — удовлетворительно сваривающаяся сталь; светло-красный — ограничено сваривающаяся сталь; красный — плохо сваривающаяся сталь.

Марки стали, обозначенные звездочкой (*) при содержании углерода и легирующих примесей, близком к верхнему пределу, имеют пониженную свариваемость по сравнению с остальными марками соответствующей группы.

Скачать таблицу свариваемости стали в виде картинки

Таблица свариваемости стали

Таблица свариваемости стали

В машиностроительных конструкциях свариваются прокат и поковки с литьем. Марки литой стали установлены ГОСТ 977-41. Химический состав и механические свойства этих сталей .приведены в табл. 8 и 9.

Таблица 8

Химический состав стали, применяемой для фасонного литья (ГОСТ 977-41)

Таблица 9

Механические свойства стали, применяемой для фасонного литья (ГОСТ 977-41)

Сравнение химического состава всех приведенных сталей по­казывает, что при производстве сварных машиностроительных конструкций подлежат сварке весьма различные по химическому составу стали.

Поступающий с металлургического завода металл достав­ляется на склад завода. До определения, соответствует ли по­ступивший металл заказу и сертификатам, посылаемым с метал­лургического завода на данную партию, он не должен переда­ваться в производство.

Приемка металла производится:

  • по химическому анализу и механическим испытаниям;
  • по наружному осмотру: соответствию заказанному профи­лю, размерам, состоянию поверхности;
  • по отсутствию дефектов: трещин, шлаковых включений, пу­зырей, расслоений.

Соответствие основного и электродного металла техническим условиям по химическому составу проверяется сопоставлением сертификатов завода-поставщика с механическим анализом, произведенным на заводе-потребителе (изготовляющем металли­ческие конструкции).

Значительные осложнения в оценку соответствия металла сертификату вносит встречающееся иногда перемешивание от­дельных партий металла при транспортировке. Это бывает при авариях вагонов в пути, вызывающих необходимость перегрузки металла, а также при смешанных транспортных операциях — водно-железнодорожных перевозках. Перемешивание отдельных партий металла крайне осложняет приемку металла, и поэтому нарушение правил перевозки должно быть предотвращено всеми возможными мерами. Может быть произведен поштучный хими­ческий анализ металла крупных размеров— двутавров, швелле­ров, листов, но это создает большие расходы. Поштучный хими­ческий анализ мелких профилей (угловое и круглое железо), да еще при небольших длинах, значительно повышает стоимость металла. Поштучному анализу подвергают только высоколегиро­ванные инструментальные стали.

При разгрузке металла на складе необходимо проверить соот­ветствие партий металла отправочным документам.

Завод-отправитель не должен в один и тот же вагон грузить металл одинаковых профилей, но различного химического соста­ва, если металл не подвергается поштучной маркировке или раз­дельной укладке.

Еще более внимательно необходимо отнестись к раздельной укладке металла различных партий на складе. Это положение часто нарушается на заводах и строительных площадках с пло­хой организацией складского хозяйства.

Приемка металла должна быть организована очень тщатель­но, так как даже один элемент из негодного металла, поставлен­ный в конструкцию, может повести к тяжелым авариям этой конструкции, группы конструкций, а иногда и целых сооружений.

Металл, поступивший на склад, до получения данных хими­ческого анализа и механических испытаний, не считается приня­тым, а на складе эти штабели металла обозначаются как непри­нятые. После получения лабораторных данных и сверки их с сертификатом металл относится к соответствующей марке стали и приходуется.

Следует отметить, что мерный металл, т. е. заказанный на металлургическом заводе по определенным размерам для дан­ных конструкций, значительно меньше подвержен при транспор­тировке возможности перемешивания с другими партиями ме­талла. Мерный металл целесообразно заказывать при больших профилях; обрезь при немерных длинах и обычно в коротких кусках используется на заводе-потребителе со значительными затруднениями.

Читайте также:  Образование отверстий. Строгание кромок