Високовуглецева сталь відноситься до вуглецевої сталі з w(C) вище 0,6%, яка має більшу тенденцію до зміцнення, ніж середньовуглецева сталь, і утворює високовуглецевий мартенсит, який більш чутливий до утворення холодних тріщин.У той же час структура мартенситу, що утворюється в зоні термічного впливу зварювання, є твердою і крихкою, що призводить до значного зниження пластичності і в'язкості з'єднання.Таким чином, зварюваність високовуглецевої сталі є досить поганою, і для забезпечення продуктивності з’єднання необхідно застосувати спеціальний процес зварювання..Тому його, як правило, рідко використовують у зварних конструкціях.Високовуглецева сталь в основному використовується для деталей машин, які вимагають високої твердості та зносостійкості, таких як вали, великі шестерні та муфти.З метою економії сталі і спрощення технології обробки ці деталі машин часто комбінують зі зварними конструкціями.Зварювання деталей з високовуглецевої сталі також зустрічається у важкому машинобудуванні.При розробці процесу зварювання високовуглецевої сталі слід всебічно проаналізувати всі види зварювальних дефектів, які можуть виникнути, і вжити відповідних заходів процесу зварювання.
1. Зварюваність високовуглецевої сталі
1.1 Спосіб зварювання
Високовуглецева сталь в основному використовується в конструкціях з високою твердістю і високою зносостійкістю, тому основними методами зварювання є дугове електродне зварювання, пайка і зварювання під флюсом.
1.2 Зварювальні матеріали
Зварювання високовуглецевої сталі зазвичай не вимагає однакової міцності між з’єднанням і основним металом.Для електродугового зварювання зазвичай вибирають електроди з низьким вмістом водню з сильною здатністю до десульфуризації, низьким вмістом дифузійного водню в наплавленому металі та хорошою в’язкістю.Коли необхідна міцність металу шва і основного металу, слід вибрати низьководневий електрод відповідного рівня;коли міцність металу шва та основного металу не потрібна, слід вибрати електрод з низьким вмістом водню з рівнем міцності, нижчим, ніж у основного металу.Не можна вибрати електрод з вищим рівнем міцності, ніж основний метал.Якщо під час зварювання не допускається попередній нагрів основного металу, для запобігання холодних тріщин у зоні термічного впливу можна використовувати електроди з аустенітної нержавіючої сталі для отримання аустенітної структури з хорошою пластичністю та високою тріщиностійкістю.
1.3 Підготовка канавок
Щоб обмежити масову частку вуглецю в наплавленому металі, слід зменшити коефіцієнт плавлення, тому під час зварювання зазвичай використовують U-подібні або V-подібні канавки, і слід подбати про очищення канавок і масляних плям і іржа в межах 20 мм з обох боків канавки.
1.4 Попередній нагрів
При зварюванні електродами з конструкційної сталі їх необхідно попередньо нагріти перед зварюванням, а температуру попереднього нагрівання слід контролювати на рівні від 250°C до 350°C.
1.5 Міжшарова обробка
Для багатошарового багатопрохідного зварювання в першому проході використовуються електроди малого діаметра і зварювання слабким струмом.Як правило, деталь розміщують у напіввертикальному зварюванні або зварювальний стрижень використовується для повороту вбік, так що вся зона термічного впливу основного металу нагрівається за короткий час для отримання ефектів попереднього нагріву та збереження тепла.
1.6 Термообробка після зварювання
Відразу після зварювання заготовка поміщається в нагрівальну піч, і проводиться збереження тепла при 650 °C для відпалу для зняття напруги.
2. Дефекти зварювання високовуглецевої сталі та заходи профілактики
Через високу тенденцію до зміцнення високовуглецевої сталі під час зварювання можуть утворюватися гарячі та холодні тріщини.
2.1 Заходи профілактики термічних тріщин
1) Контролюйте хімічний склад зварного шва, суворо контролюйте вміст сірки та фосфору та відповідно збільшуйте вміст марганцю, щоб покращити структуру зварного шва та зменшити сегрегацію.
2) Контролюйте форму поперечного перерізу зварного шва, і співвідношення ширини до глибини має бути трохи більшим, щоб уникнути сегрегації в центрі зварного шва.
3) Для зварних виробів з високою жорсткістю слід вибрати відповідні параметри зварювання, відповідну послідовність і напрямок зварювання.
4) Якщо необхідно, вживайте заходів для попереднього нагрівання та повільного охолодження, щоб запобігти виникненню термічних тріщин.
5) Збільште лужність електрода або флюсу, щоб зменшити вміст домішок у зварному шві та покращити ступінь сегрегації.
2.2 Профілактичні заходи холодових тріщин.
1) Попереднє нагрівання перед зварюванням і повільне охолодження після зварювання може не тільки зменшити твердість і крихкість зони термічного впливу, але також прискорити зовнішню дифузію водню в зварному шві.
2) Виберіть відповідні заходи зварювання.
3) Прийміть відповідну послідовність складання та зварювання, щоб зменшити напругу гальмування зварних з’єднань і покращити напружений стан зварних виробів.
3 .Висновок
Завдяки високому вмісту вуглецю, високій загартуваності та поганій зварюваності високовуглецевої сталі під час зварювання легко виробляти високовуглецеву мартенситну структуру, а також легко виробляти зварювальні тріщини.Тому при зварюванні високовуглецевої сталі процес зварювання повинен бути розумно обраний.І вчасно вжити відповідних заходів, щоб зменшити виникнення зварювальних тріщин і поліпшити характеристики зварних з'єднань.
Час публікації: 18 липня 2023 р