Свариваемость материалов: определение, факторы и особенности стали.
Weldability
Свариваемость материалов: определение, факторы и стандарты (ISO 581). Узнайте, как оценить качество сварных соединений и выбрать оптимальный процесс сварки.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Сварчивость, также известная как свариваемость, материала относится к его способности поддаваться сварке. Многие металлы и термопласты можно сваривать, но некоторые из них свариваются легче, чем другие (см. Реологическую свариваемость). Свариваемость материала используется для выбора процесса сварки и оценки качества сварного соединения по сравнению с другими материалами. Свариваемость часто сложно определить количественно, поэтому большинство стандартов дают ей качественное определение. Например, Международная организация по стандартизации (ISO) определяет свариваемость в стандарте ISO 581 1980 как: "Металлический материал считается пригодным для сварки в определенной степени с использованием заданных процессов и для определенных целей, если сварка обеспечивает целостность металла посредством соответствующей технологии для сварных деталей, чтобы соответствовать техническим требованиям как к их собственным характеристикам, так и к их влиянию на конструкцию, в которую они входят". Другие сварочные организации дают аналогичное определение.
The weldability, also known as joinability, of a material refers to its ability to be welded. Many metals and thermoplastics can be welded, but some are easier to weld than others (see Rheological weldability). A material's weldability is used to determine the welding process and to compare the final weld quality to other materials. Weldability is often hard to define quantitatively, so most standards define it qualitatively. For instance the International Organization for Standardization (ISO) defines weldability in ISO standard 581 1980 as: "Metallic material is considered to be susceptible to welding to an established extent with given processes and for given purposes when welding provides metal integrity by a corresponding technological process for welded parts to meet technical requirements as to their own qualities as well as to their influence on a structure they form." Other welding organizations define it similarly.
Сталь
Для стали существует три основных механизма разрушения, по которым оценивается свариваемость: водородное охрупчивание с отсроченным образованием трещин, ламеллярный разрыв и отслаивание точечной сварки. Наиболее значимым из них является водородное охрупчивание с отсроченным образованием трещин.
For steel there are three major failure modes by which weldability can be measured: hydrogen induced cold cracking, lamellar tearing, and spot weld peeling. The most prominent of these is hydrogen induced cold cracking.
Холодное крекинг, вызванное водородом
Сварчивость стали, в отношении холодного крекинга, вызванного водородом, обратно пропорциональна упрочняемости стали, которая измеряет легкость образования мартенсита при термической обработке. Упрочняемость стали зависит от ее химического состава, при этом большее количество углерода и других легирующих элементов приводит к более высокой упрочняемости и, следовательно, к более низкой свариваемости. Для оценки сплавов, состоящих из множества различных материалов, используется показатель, известный как эквивалентное содержание углерода, для сравнения относительной свариваемости различных сплавов путем сопоставления их свойств с обычными углеродистыми сталями. Влияние на свариваемость элементов, таких как хром и ванадий, хотя и не столь велико, как у углерода, более значительно, чем, например, у меди и никеля. С ростом эквивалентного содержания углерода свариваемость сплава снижается. Высокопрочные низколегированные стали (HSLA) были разработаны специально для сварочных применений в 1970-х годах, и эти, как правило, легко свариваемые материалы обладают хорошей прочностью, что делает их идеальными для многих сварочных задач. Нержавеющие стали, из-за высокого содержания хрома, демонстрируют иное поведение в отношении свариваемости, чем другие стали. Аустенитные марки нержавеющих сталей обычно наиболее свариваемы, но они особенно подвержены деформациям из-за высокого коэффициента теплового расширения. Некоторые сплавы этого типа склонны к образованию трещин и снижению коррозионной стойкости. Горячее растрескивание возможно, если содержание феррита в сварном шве не контролируется – для решения этой проблемы используется электрод, который обеспечивает наплавку металла, содержащего небольшое количество феррита. Другие типы нержавеющих сталей, такие как ферритные и мартензитные нержавеющие стали, свариваются сложнее и часто требуют предварительного нагрева и использования специальных электродов.
The weldability of steel, with regard to hydrogen induced cold cracking, is inversely proportional to the hardenability of the steel, which measures the ease of forming martensite during heat treatment. The hardenability of steel depends on its chemical composition, with greater quantities of carbon and other alloying elements resulting in a higher hardenability and thus a lower weldability. In order to be able to judge alloys made up of many distinct materials, a measure known as the equivalent carbon content is used to compare the relative weldabilities of different alloys by comparing their properties to a plain carbon steel. The effect on weldability of elements like chromium and vanadium, while not as great as carbon, is more significant than that of copper and nickel, for example. As the equivalent carbon content rises, the weldability of the alloy decreases. High strength low alloy steels (HSLA) were developed especially for welding applications during the 1970s, and these generally easy to weld materials have good strength, making them ideal for many welding applications. Stainless steels, because of their high chromium content, tend to behave differently with respect to weldability than other steels. Austenitic grades of stainless steels tend to be the most weldable, but they are especially susceptible to distortion due to their high coefficient of thermal expansion. Some alloys of this type are prone to cracking and reduced corrosion resistance as well. Hot cracking is possible if the amount of ferrite in the weld is not controlled—to alleviate the problem, an electrode is used that deposits a weld metal containing a small amount of ferrite. Other types of stainless steels, such as ferritic and martensitic stainless steels, are not as easily welded, and must often be preheated and welded with special electrodes.
Разрыв ламеллы
Ламельчатое разрушение – это тип дефекта, возникающий только в прокатанных стальных изделиях, который практически исключен благодаря применению более чистых марок стали.
Lamellar tearing is a type of failure mode that only occurs in rolled steel products that has been virtually eliminated with cleaner steels.
Очистка точечной сваркой
Избыточная склонность к упрочнению, возникающая при точечной сварке высокопрочной низколегированной стали, может представлять собой проблему. Эквивалентное содержание углерода можно использовать как параметр для оценки вероятности разрушения.
The excessive hardenability that can occur when spot welding HSLA steel can be an issue. The equivalent carbon content can be used as a parameter to evaluate the propensity for failure.