جوش‌پذیری فولاد: طبقه‌بندی. گروه های جوش پذیری فولادها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

فولاد ماده اصلی ساختاری است. این یک آلیاژ آهن-کربن حاوی ناخالصی های مختلف است. تمام اجزای موجود در ترکیب آن بر خواص شمش تأثیر می گذارد. یکی از ویژگی های تکنولوژیکی فلزات، توانایی تشکیل اتصالات جوشی با کیفیت بالا است.

عوامل تعیین کننده جوش پذیری فولاد

ارزیابی جوش پذیری فولاد با مقدار شاخص اصلی - معادل کربن С_{equiv انجام می شود. این یک ضریب مشروط است که درجه تأثیر محتوای کربن و عناصر آلیاژی اصلی را بر ویژگی‌های جوش در نظر می‌گیرد.}

عوامل زیر بر جوش پذیری فولادها تأثیر می گذارد:

1. محتوای کربن.
2. وجود ناخالصی های مضر.
3. درجه دوپینگ.
4. نمای ریزساختار.
5. شرایط محیطی.
6. ضخامت فلز.

آموزنده ترین پارامتر ترکیب شیمیایی است.

توزیع فولادها بر اساس گروه های جوش پذیری

موضوع بههمه این عوامل، جوش پذیری فولاد ویژگی های متفاوتی دارد.

طبقه بندی فولادها بر اساس قابلیت جوش.

• خوب (وقتی С_{eq≧0، 25%): برای قطعات فولادی کم کربن. به ضخامت محصول، شرایط آب و هوایی، در دسترس بودن کارهای مقدماتی بستگی ندارد.}
• رضایت بخش (0.25%≦С_{eq≦0.35%): محدودیت هایی در شرایط محیطی و قطر سازه جوش داده شده وجود دارد (دمای هوا تا -5، در حالت آرامش). آب و هوا، ضخامت تا 20 میلی متر).}
• Limited (0.35%≦C_{eq≦0.45%): برای تشکیل یک درز با کیفیت، پیش گرمایش لازم است. این تبدیلات آستنیتی "صاف"، تشکیل ساختارهای پایدار (فریتی-پرلیتی، بینیتی) را ترویج می کند.}
• بد (Сeq_{≧0، 45%): تشکیل یک اتصال جوش داده شده از نظر مکانیکی پایدار بدون آماده‌سازی دمایی قبلی لبه‌های فلزی و همچنین عملیات حرارتی بعدی غیرممکن است. ساختار جوش داده شده برای تشکیل ریزساختار مورد نظر، گرمایش اضافی و خنک کننده صاف مورد نیاز است.}

گروه‌های جوش‌پذیری فولاد، هدایت ویژگی‌های تکنولوژیکی جوشکاری درجات خاص آلیاژهای آهن-کربن را آسان می‌کنند.

درمان حرارتی

بسته به گروه جوش پذیری فولادها و ویژگی های فنی مربوطه، ویژگی های اتصال جوش داده شده را می توان با استفاده از اثرات دمای متوالی تنظیم کرد. 4 روش اصلی عملیات حرارتی وجود دارد: سخت شدن، تمپر کردن،بازپخت و نرمال کردن.

رایج ترین آنها خاموش کردن و تمپر برای سختی و استحکام همزمان جوش، کاهش تنش، جلوگیری از ترک است. درجه حرارت بستگی به مواد و خواص مورد نظر دارد.

عملیات حرارتی سازه های فلزی در طول کارهای مقدماتی انجام می شود:

• پخت - برای کاهش استرس در داخل فلز، اطمینان از نرمی و انعطاف پذیری آن؛
• پیش گرم شده تا اختلاف دما به حداقل برسد.

مدیریت منطقی تأثیرات دما اجازه می دهد:

• قطعه را برای کار آماده کنید (کلیه تنش های داخلی را با آسیاب کردن دانه ها کاهش دهید)؛
• کاهش اختلاف دما در فلز سرد؛
• با اصلاح حرارتی ریزساختار کیفیت جسم جوش داده شده را بهبود می بخشد.

اصلاح خواص با اختلاف دما می تواند موضعی یا عمومی باشد. گرمایش لبه با استفاده از تجهیزات گاز یا قوس الکتریکی انجام می شود. از کوره های مخصوص برای گرم کردن کل قسمت و خنک کردن نرم آن استفاده می شود.

تاثیر ریزساختار بر خواص

ماهیت فرآیندهای عملیات حرارتی مبتنی بر تحولات ساختاری داخل شمش و تأثیر آنها بر فلز جامد شده است. بنابراین، هنگامی که تا دمای 727 درجه سانتیگراد گرم می شود، یک ساختار آستنیتی مخلوط دانه ای است. روش خنک کننده گزینه های تبدیل را تعیین می کند:

1. داخل فر (سرعت 1˚C/min) - ساختارهای پرلیت با سختی حدود 200 HB (سختی برینل) تشکیل می شوند.
2. روشنهوا (10˚С/دقیقه) - سوربیتول (دانه‌های فریت-پرلیت)، سختی 300 HB.
3. روغن (100˚C/min) - تروستیت (ریزساختار فریت-سیمنتیت)، 400 HB.
4. آب (1000˚C/min) - مارتنزیت: سخت (600 HB) اما ساختار سوزنی شکل شکننده.

اتصال جوش باید دارای سختی، استحکام و نشانگرهای کیفیت پلاستیسیته کافی باشد، بنابراین ویژگی های مارتنزیتی درز قابل قبول نیست. آلیاژهای کم کربن دارای ساختار فریتی، فریت-پرلیتی، فریت-آستنیتی هستند. فولادهای کربن متوسط و آلیاژی متوسط - پرلیت. با کربن بالا و آلیاژ بالا - مارتنزیتی یا تروستیت، که مهم است که به فرم فریتی آستنیتی تبدیل شود.

جوش فولاد ملایم

جوش پذیری فولادهای کربنی بر اساس میزان کربن و ناخالصی ها تعیین می شود. آنها می توانند بسوزند، به اشکال گازی تبدیل شوند و تخلخل درز با کیفیت پایینی ایجاد کنند. گوگرد و فسفر را می توان در لبه های دانه ها متمرکز کرد و شکنندگی ساختار را افزایش داد. جوشکاری ساده‌ترین روش است، اما به یک رویکرد فردی نیاز دارد.

فولاد کربن با کیفیت معمول به سه گروه تقسیم می شود: A، B و C. جوشکاری با فلز گروه C انجام می شود.

قابلیت جوشکاری گریدهای فولادی VST1 - VST4، مطابق با GOST 380-94، با عدم وجود محدودیت ها و الزامات اضافی مشخص می شود. جوشکاری قطعات با قطر تا 40 میلی متر بدون گرم کردن انجام می شود. شاخص های ممکن در گریدها: G - محتوای بالای منگنز. kp، ps، cn - "جوش"، "نیمه آرام"، "آرام"به ترتیب.

فولاد با کیفیت کم کربن با گریدهایی با تعیین صدم کربن نشان داده می شود که نشان دهنده میزان اکسید زدایی و محتوای منگنز (GOST 1050-88): فولاد 10 (همچنین 10kp، 10ps، 10G)، 15 (همچنین 15kp، 15ps، 15G)، 20 (همچنین 20kp، 20ps، 20G).

برای اطمینان از یک جوش با کیفیت، لازم است فرآیند اشباع حوضچه جوش با کربن C و منگنز منگنز انجام شود.

روش های جوشکاری:

1. قوس دستی با استفاده از الکترودهای ویژه، در ابتدا کلسینه شده، با قطر 2 تا 5 میلی متر. انواع: E38 (برای استحکام متوسط)، E42، E46 (برای مقاومت خوب تا 420 مگاپاسکال)، E42A، E46A (برای استحکام بالا سازه های پیچیده و عملکرد آنها در شرایط خاص). جوشکاری با میله های OMM-5 و UONI 13/45 تحت تأثیر جریان مستقیم انجام می شود. کار با الکترودهای TsM-7، OMA-2، SM-11 با جریانی از هر مشخصه انجام می شود.
2. جوشکاری با گاز. اغلب نامطلوب، اما ممکن است. با استفاده از سیم پرکننده Sv-08، Sv-08A، Sv-08GA، Sv-08GS انجام می شود. فلز نازک کم کربن (d 8mm) در سمت چپ، ضخامت (d 8mm) - به روش درست جوش داده می شود. نقص در خواص درز را می توان با نرمال کردن یا بازپخت برطرف کرد.

جوشکاری فولادهای کم کربن بدون حرارت اضافی انجام می شود. برای جزئیات یک فرم ساده، هیچ محدودیتی وجود ندارد. حفاظت از سازه های حجمی و مشبک در برابر باد مهم است. جوشکاری اجسام پیچیده در یک کارگاه در دمای کمتر از 5 درجه سانتیگراد مطلوب است.

بنابراین، برای گریدهای VST1 - VST4، فولاد 10 - فولاد 20 - قابلیت جوشکاری خوب است، عملابدون محدودیت، نیاز به انتخاب فردی استاندارد از روش جوشکاری، نوع الکترود و مشخصات جریان دارد.

فولادهای ساختاری متوسط و کربن بالا

اشباع شدن آلیاژ با کربن توانایی آن را برای تشکیل ترکیبات خوب کاهش می دهد. در فرآیند اثرات حرارتی یک قوس یا شعله گاز، گوگرد در لبه‌های دانه‌ها تجمع می‌یابد که منجر به شکنندگی قرمز، فسفر به شکنندگی سرد می‌شود. اغلب مواد آلیاژ شده با منگنز جوش داده می شوند.

این شامل فولادهای ساختاری با کیفیت معمولی VSt4، VSt5 (GOST 380-94)، با کیفیت بالا 25، 25G، 30، 30G، 35، 35G، 40، 45G (GOST 1050-88) تولیدات متالورژی مختلف است..

ماهیت کار کاهش میزان کربن در حوضچه جوش، اشباع فلز موجود در آن با سیلیکون و منگنز و اطمینان از فناوری بهینه است. در عین حال، جلوگیری از تلفات بیش از حد کربن، که می تواند منجر به بی ثباتی خواص مکانیکی شود، مهم است.

ویژگی های جوشکاری با فولادهای متوسط و پر کربن:

1. گرمایش لبه اولیه تا 100-200˚C برای عرض تا 150 میلی متر. فقط گریدهای Vst4 و فولاد 25 بدون گرمایش اضافی جوش داده می شوند. برای فولادهای کربن متوسط با جوش پذیری رضایت بخش، نرمال سازی کامل قبل از شروع کار انجام می شود. پیش بازپخت برای فولادهای پر کربن مورد نیاز است.
2. جوشکاری قوس الکتریکی با الکترودهای کلسینه پوشش داده شده، در اندازه های 3 تا 6 میلی متر (OZS-2، UONI-13/55، ANO-7)، تحت جریان مستقیم انجام می شود. امکان کار درگازهای شار یا محافظ (CO_{2، آرگون).}
3. جوشکاری گازی با شعله کربنات کننده، به روش دست چپ، با پیش گرمایش تا دمای 200 درجه سانتیگراد، با منبع تغذیه کم یکنواخت استیلن انجام می شود.
4. عملیات حرارتی اجباری قطعات: سخت شدن و تلطیف یا تلطیف جداگانه برای به حداقل رساندن تنش های داخلی، جلوگیری از ترک خوردن، نرم شدن ساختارهای مارتنزیتی و تروستیتی سخت شده.
5. جوشکاری نقطه ای تماسی بدون محدودیت انجام می شود.

بنابراین فولادهای ساختاری با کربن متوسط و بالا عملاً بدون محدودیت در دمای خارجی حداقل 5 درجه سانتیگراد جوش داده می شوند. در دماهای پایین تر، پیش گرمایش اولیه و عملیات حرارتی با کیفیت بالا الزامی است.

جوش فولادهای کم آلیاژ

فولادهای آلیاژی فولادهایی هستند که در حین ذوب با فلزات مختلف اشباع می شوند تا خواص مورد نظر را به دست آورند. تقریباً همه آنها تأثیر مثبتی بر سختی و استحکام دارند. کروم و نیکل بخشی از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و ضد زنگ هستند. وانادیوم و سیلیکون خاصیت ارتجاعی می دهند، به عنوان ماده ای برای ساخت فنرها و فنرها استفاده می شود. مولیبدن، منگنز، تیتانیوم افزایش مقاومت در برابر سایش، تنگستن - سختی قرمز. در عین حال، تأثیر مثبتی بر خواص قطعات، جوش پذیری فولاد را بدتر می کند. علاوه بر این، درجه سخت شدن و تشکیل ساختارهای مارتنزیتی، تنش های داخلی و خطر ترک خوردن در درزها افزایش می یابد.

جوش پذیری فولادهای آلیاژی نیز بر اساس آنها تعیین می شودترکیب شیمیایی.

فولادهای کم آلیاژ کم کربن 2GS، 14G2، 15G، 20G (GOST 4543-71)، 15HSND، 16G2AF (GOST 19281-89) به خوبی جوش داده شده اند. در شرایط استاندارد، آنها نیازی به حرارت اضافی و عملیات حرارتی در پایان فرآیندها ندارند. با این حال، برخی محدودیت ها هنوز وجود دارد:

• محدوده باریک شرایط حرارتی مجاز.
• کار باید در دمای کمتر از -10 درجه سانتیگراد انجام شود (در شرایط دمای پایین اتمسفر، اما نه کمتر از -25 درجه سانتیگراد، پیش گرمایش را تا 200 درجه سانتیگراد اعمال کنید)..

راههای ممکن:

• جوش قوس الکتریکی با جریان مستقیم 40 تا 50 A، الکترودهای E55، E50A، E44A.
• جوشکاری خودکار زیر آب با استفاده از سیم پرکننده Sv-08GA، Sv-10GA.

جوش‌پذیری فولاد 09G2S، 10G2S1 نیز خوب است، الزامات و روش‌های اجرایی ممکن مانند آلیاژهای 12GS، 14G2، 15G، 20G، 15KhSND، 16G2AF است. یکی از ویژگی های مهم آلیاژهای 09G2S، 10G2S1 عدم نیاز به آماده سازی لبه برای قطعات با قطر تا 4 سانتی متر است.

جوش فولادهای آلیاژی متوسط

فولادهای آلیاژی متوسط 20KhGSA، 25KhGSA، 35KhGSA (GOST 4543-71) مقاومت قابل توجهی در برابر تشکیل درزهای شل ایجاد می کنند. آنها به گروهی با جوش پذیری رضایت بخش تعلق دارند. آنها نیاز به پیش گرم کردن تا دمای 150-200 درجه سانتیگراد، جوش های چند لایه، سخت شدن و تلطیف پس از اتمام جوش دارند. گزینه ها:

• جریان و قطر الکترود هنگام جوشکاری با قوس الکتریکیبه شدت بسته به ضخامت فلز انتخاب می شود، با در نظر گرفتن این واقعیت که لبه های نازک تر در حین کار سخت تر می شوند. بنابراین، با قطر محصول 2-3 میلی متر، مقدار جریان باید در 50-90 A باشد. با ضخامت لبه 7-10 میلی متر، جریان مستقیم قطب معکوس با استفاده از الکترودهای 4-6 میلی متر به 200 A افزایش می یابد. میله هایی با پوشش های محافظ سلولز یا فلوراید کلسیم (Sv-18KhGSA، Sv-18KhMA) استفاده می شود.
• هنگام کار در محیط گاز محافظ CO_{2 لازم است از سیم Sv-08G2S، Sv-10G2، Sv-10GSMT، Sv-08Kh3G2SM با قطر بالا استفاده شود. تا 2 میلی متر.}

روش قوس آرگون یا جوشکاری زیر آب اغلب برای این مواد استفاده می شود.

فولادهای مقاوم در برابر حرارت و استحکام بالا

جوشکاری با آلیاژهای آهن-کربن مقاوم در برابر حرارت 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF باید با پیش گرمایش تا دمای 300-450 درجه سانتیگراد با سخت شدن نهایی و تلطیف بالا انجام شود..

• جوشکاری قوس الکتریکی به روش آبشاری برای طراحی یک درز چند لایه، با استفاده از الکترودهای پوشش داده شده کلسینه شده UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• جوشکاری گاز با منبع استیلن 100 dm3/mm با استفاده از مواد پرکننده Sv-08KhMFA، Sv-18KhMA. اتصال لوله با گرمایش گاز قبلی کل اتصال انجام می شود.

هنگام جوشکاری مواد با استحکام بالا با آلیاژ متوسط 14Kh2GM، 14Kh2GMRB، رعایت قوانین مشابه برای فولادهای مقاوم در برابر حرارت مهم است، با در نظر گرفتن برخی نکات ظریف:

• تمیز کردن کامللبه ها و استفاده از تکه ها.
• آنیل الکترود در دمای بالا (تا 450 درجه سانتیگراد).
• برای قطعات با ضخامت بیش از 2 سانتی متر تا دمای 150 درجه سانتیگراد از قبل گرم کنید.
• سرد شدن آهسته درز.

فولادهای پر آلیاژ

استفاده از یک فناوری خاص هنگام جوشکاری فولادهای پر آلیاژ ضروری است. اینها شامل طیف وسیعی از آلیاژهای ضد زنگ، مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر حرارت است که برخی از آنها عبارتند از: 09Kh16N4B، 15Kh12VNMF، 10Kh13SYu، 08Kh17N5MZ، 08Kh18G8N2T، 03Kh18G8N2T، 03Kh16N4B.17N. جوش پذیری فولادها (GOST 5632-72) در گروه چهارم قرار دارد.

ویژگی جوش پذیری فولاد آلیاژی بالا با کربن بالا:

1. به دلیل رسانایی حرارتی پایین آنها باید استحکام جریان را به طور متوسط 10-20% کاهش داد.
2. جوشکاری باید با شکاف، الکترودهایی تا اندازه ۲ میلی‌متر انجام شود.
3. کاهش محتوای فسفر، سرب، گوگرد، آنتیموان، افزایش فراوانی مولیبدن، وانادیم، تنگستن با استفاده از میله‌های روکش دار خاص.
4. نیاز به تشکیل ریزساختار جوش مخلوط (آستنیت + فریت). این امر شکل‌پذیری فلز رسوب‌شده و به حداقل رساندن تنش‌های داخلی را تضمین می‌کند.
5. گرم کردن لبه اجباری در آستانه جوشکاری. بسته به ریزساختار سازه ها، دما در محدوده 100 تا 300 درجه سانتیگراد انتخاب می شود.
6. انتخاب الکترودهای پوشش داده شده در جوشکاری قوس الکتریکی با توجه به نوع دانه ها، خواص و شرایط کاری قطعات تعیین می شود: برای فولاد آستنیتی 12X18H9: UONII 13 / NZh، OZL-7، OZL-14 با Sv-06Kh19N9T پوشش ها،Sv-02X19H9; برای فولاد مارتنزیتی 20Kh17N2: UONII 10Kh17T، AN-V-10 با پوشش Sv-08Kh17T؛ برای فولاد آستنیتی-فریتی 12Kh21N5T: TsL-33 با پوشش Sv-08Kh11V2MF.
7. هنگام جوشکاری گاز، عرضه استیلن باید با مقدار 70-75 dm3/mm مطابقت داشته باشد، سیم پرکننده مورد استفاده Sv-02Kh19N9T، Sv-08Kh19N10B است.
8. عملیات قوس زیردریایی با استفاده از NZh-8 امکان پذیر است.

جوش پذیری فولاد یک پارامتر نسبی است. این بستگی به ترکیب شیمیایی فلز، ریزساختار و خواص فیزیکی آن دارد. در عین حال، توانایی ایجاد اتصالات با کیفیت بالا را می توان با کمک یک رویکرد فناورانه سنجیده، تجهیزات ویژه و شرایط کاری تنظیم کرد.