Свариваемость металлов

Процесс сварки - это комплекс нескольких одновременно проте. кающих процессов, основными из которых являются: тепловое воздействие на металл в околошовных участках, плавление, металлургические процессы, кристаллизация металла шва и взаимная кристаллизация металлов в зоне сплавления. Под свариваемостью, следовательно, необходимо понимать отношение металлов к этим основным процессам. 
Свариваемость металлов рассматривают с технологической и с физической точек зрения. 
Тепловое воздействие на металл в околошовных участках и процесс плавления определяются способом сварки, ero режимами. 
Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими и зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение. 
Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляются выбранным способом сварки, а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость. 
Свариваемые металлы могут иметь как одинаковые, так и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные с точки зрения химического состава и свойств металлы, во втором случае- разнородные. 
Все однородные металлы обладают физической свариваемостью. 
Свойства разнородных металлов иногда не в состоянии обеспечить протекание необходимых физико-химических процессов в зоне сплавления, поэтому эти металлы не обладают физической свариваемостью. 

Под технологической свариваемостью данного металла или сплава понимается совокупность свойств основного металла, определяющих чувствительность к термическому циклу сварки и способность при выбранной технологии сварки образовывать сварное соединение со свойствами, которые удовлетворяют требованиям надежной эксплуатации сварной конструкции.

Технологическая свариваемость зависит также от химического состава наплавляемого (электродного) металла, способа сварки и выбранных режимов, применяемых флюсов, покрытий, защитных газов, конструкции сварного узла и условий эксплуатации сварной конструкции. Под хорошей свариваемостью данного сплава или стали понимают возможность получения равнопрочных сварных соединений без трещин и снижения пластичности в металле шва и околошовной зоны при обычной технологии сварки без применения специальных приемов (например, подогрева перед сваркой).

В зависимости от условий эксплуатации конструкции к свариваемости могут предъявляться дополнительные требования (высокая коррозионная стойкость, температура перехода металла зон сварного соединения в хрупкое состояние и т.д.). Естественно, что с усложнением условий эксплуатации конструкций увеличивается число требований, определяющих хорошую свариваемость. Иными словами, при оценке свариваемости должна учитываться тесная взаимосвязь между свойствами материала, спецификой изготовляемой конструкции и технологией сварки. Эта совокупность значительно усложняет методику определения свариваемости и делает однозначно невозможной разработку единой методики, учитывая комплексное понятие свариваемости. Поэтому для оценки свариваемости проводят ряд испытаний, каждое из которых выявляет или иное свойство. По направленности испытаний их можно разбить на три группы.

• 1. Определение стойкости металла различных зон сварного соединения против образования горячих трещин. Здесь применяется целый ряд проб, позволяющих производить как качественную, так и количественную оценку. Как правило, пробы для качественной оценки имеют различную жесткость, и оценка производится визуальным осмотром контрольного шва или его излома.
  Пробы для количественной оценки представляют собой специальные образцы с поперечным или продольным швом, которые растягиваются в процессе сварки приложением внешней силы. Критерием оценки является величина скорости деформации образца, вызывающая образование трещин в сварном валике, наплавленном на образец во время его нагружения.
• 2. Оценка стойкости металла ЗТВ и шва против образования холодных трещин. Здесь испытание также производится путем сварки проб различной жесткости при различных скоростях охлаждения металла ЗТВ. Далее производится контроль различными способами на предмет обнаружения трещин. Считается, что совокупность материалов, конструктивного оформления сварного соединения и технологии, обеспечивающие отсутствие трещин на пробе, гарантирует их отсутствие и при сварке конструкции.
• 3. Определение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние. Один и тот же металл может разрушаться по-разному - вязко или хрупко. И если первый вид разрушения нормален, так как он наступает после определенного повышения нагрузки и ему предшествует пластическая деформация, то второй вид характеризуется весьма высокой скоростью распространения трещин практически без нарастания нагрузки.

Это говорит о том, что существуют факторы, способствующие переходу металла из одного состояния в другое. К ним относятся температура, скорость нарастания деформации и концентрация напряжений. Проведенные на разных материалах исследования показывают, что сопротивление отрыву мало зависит от изменения температуры и скорости изменения деформации, а сопротивление сдвигу эту зависимость явно демонстрирует. При этом переход металла в хрупкое состояние наступает при определенной температуре (это и есть температура перехода металла в хрупкое состояние). Было показано, что одни и те же материалы в зависимости от температуры и скорости нагружения могут находиться либо в пластическом, либо в хрупком состоянии. Любой надрез на металле повышает предел текучести у корня надреза, увеличивает концентрацию напряжений в его вершине и повышает температуру перехода металла в хрупкое состояние, что может способствовать разрушению конструкции при ее работе и при положительных температурах.

Существует ряд методик определения стойкости против перехода металла в хрупкое состояние, которые можно условно разделить на две группы:

• 1) определение температуры перехода металла в хрупкое состояние (порога хладноломкости) путем испытания серии надрезанных образцов (при различной остроте надреза) на ударный изгиб при различных температурах;
• 2) определение порога хладноломкости специальных образцов, в той или иной степени имитирующих условия эксплуатации конструкции.

Существуют также комплексные методы испытаний стали на ее чувствительность к термическому циклу сварки, которые своей целью имеют выбор таких режимов сварки, которые обеспечивают получение в ЗТВ металла, по своим свойствам отвечающего предъявляемым требованиям (например, проба ИМЕТ или валиковая проба). Часто применяются пробы, определяющие служебные характеристики металла шва, ЗТВ и сварного соединения в целом. На них определяются прочность, пластичность, коррозионная стойкость этих зон либо иные свойства в зависимости от условий эксплуатации данной конструкции.