Зварюваність матеріалів
Зварюваність це здатність матеріалу утворювати зварні з'єднання за певних технологічних умов з потрібними властивостями.
Зварюваність, як правило, визначається шляхом порівняння властивостей зварного з’єднання з основним зварюваним матеріалом. Властивості, які є основними для оцінки цілісності, вважаються показниками зварюваності.
Для оцінки зварюваності використовують дві групи показників:
- Показники цілісності зварних з'єднань, , що характеризують стійкість зварних з'єднань до появи тріщин та інших недопустимих дефектів.
- Показники властивостей зварних з'єднань, , що характеризують зміни окремих властивостей металу в зоні зварного з'єднання в результаті зварювання.
Показники цілісності зварних з'єднань класифікують за чотирма основними видами тріщин:
Гарячі тріщини — це тріщини, які виникають під час охолодження зварних з’єднань при високих температурах. У сталях вони утворюються при температурі вище 650 °C. За сучасною класифікацією розрізняють три види гарячих тріщин у зварних з'єднаннях.
- Кристалізаційні тріщини виникають в металі шва під час його кристалізації.
- Лікваційні тріщини виникають у сильно нагрітій зоні термічного впливу основного матеріалу або у зварному шві у випадку багатошарового зварювання.
- Полігонізаційнітріщини, які також називаються тріщинами, що виникають через зниження пластичності, можуть виникати так само, як і лікваційні тріщини, у зоні термічного впливу основного матеріалу або наплавленого металу при нижчій температурі (~850 °C). Проте, полігонізаційні тріщини характерні лише для високолегованих аустенітних сталей і нікелевих сплавів. сплавів.
Холодні тріщини, тріщини, так звані тріщини, спричиненені воднем, у випадку якщо вони з'являються через певний час після закінчення зварювання, вони називаються уповільненими тріщинами - з'являються при температурах нижче 300 °C у ЗТВ (зоні термічного пливу) та в одно або багатопрохідних з'єднаннях високої міцності. Імовірність їх появи зростає за наявності мартенситних і бейнітних структур в металі шва або ЗТВ. Їх утворенню сприяє висока концентрація водню в основному матеріалі і ЗТВ, в який водень потрапляє з пакувального матеріалу електродів, флюсу, вологи навколишнього середовища, із забруднених захисних газів або з недостатньо очищеного електродного дроту і кромок швів. Значною мірою їх утворенню сприяє також жорсткість затискачів, яка після зварювання викликає напруження стискання у зварному з'єднанні.
Пластинчасті тріщини - це тип дефекту в зоні зварного з'єднання, який може виникнути, якщо в області ЗТВ під час зварювання виникають напруження в напрямку товщини листа. Ці тріщини зазвичай виникають на межах ЗТВ або в основному матеріалі. Тріщини мають каскадну (ступінчасту) форму, переважно паралельну поверхні листового металу. Вони можуть зароджуватися в області зварних з'єднань двома способами:
- екзогенно, , від дефекту іншого типу, наприклад від гарячої мікротріщини;,
- ендогенно, якщо вони виникають в результаті сильного напруження в напрямку осі руйнування.
Тріщини відпалу — це міжкристалічні тріщини в сильно нагрітій зоні ЗТВ (рідше в металі шва), які виникають і поширюються внаслідок відпалу зварних з'єднань для зменшення внутрішніх напружень. Існує два основних типи тріщин відпалу:
- низькотемпературні - (вони зустрічаються в діапазоні від 200°C до 300°C);
- високотемпературні - (виникають при температурах вище 300°С), їх причиною є вичерпування пластичності критичної зони термічного впливу при відпалі, точніше при релаксації залишкових напружень.
Окремим випадком високотемпературних тріщин є тріщини відпалу, які переважно виникають у крупнозернистій зоні термічного впливу, нагрітій під впливом сусіднього шва до температури трохи нижче Aс1. Вони орієнтовані під кутом від 45 до 90° до напрямку зварювання. Вони утворюються при зварюванні стрічковим аустенітним електродом.
У зварних з'єднаннях утворюються переважно поєднання різних видів тріщин, наприклад лікваційні + холодні, лікваційні + тріщини відпалу або холодні і пластинчасті. Показники цілісності зварних з'єднань необхідно перевіряти для окремих класів ковких сталей і виливок сталей.
Показниками механічних властивостей зварних з'єднань є:
- міцність зварного з'єднання;
- ударна в'язкість і температура її переходу в зоні термічного впливу;
- твердість зварного з'єднання.
Окрім показників механічних властивостей, існують також показники спеціальних властивостей зварних з'єднань:
- стійкість до крихкого руйнування;
- характеристики втоми;
- стійкість до корозії;
- стійкість до радіаційного опромінення;
- жаростійкі властивості тощо.
Зварні з'єднання повинні бути суцільними. Найнебезпечнішими дефектами є тріщини, які діють, як концентратори напружень завдяки ефекту надрізів і можуть поширюватися далі раптово (крихке руйнування) або поступово (чіпкий або втомний перелом). Зварюваність сталі дуже добра, якщо можна легко, без обмежень отримати зварні з'єднання необхідних властивостей. Навпаки, якщо ми повинні використовувати обмежувальні умови під час зварювання (попередній підігрів, обмеження питомої теплоємності тощо), ми говоримо, що матеріал володіє обмеженою зварюваність.
Зварюваність можна класифікувати на:
- металургійну – фізичні, хімічні, металургійні та металографічні зміни, спричинені термічним циклом зварювання. Вирішальний вплив на зварюваність має хімічний склад зварюваного матеріалу;
- технологічну – вплив конкретної технології зварювання та її параметрів (спосіб зварювання, додаткові матеріали, підведення тепла, порядок виконання зварних швів, тепловий режим зварювання, термообробка зварного з’єднання);
- конструктивну - сюди входять товщина зварюваного матеріалу, розташування, розміри, форма зварного шва, форма і підготовка зварювальних поверхонь, умови стану розтягу, деформацій, напружень, кількість зварних швів тощо;
- оперативну - наприклад можливості обробки зварного виробу. Комплектація конструктивного вузла на місці його встановлення (частини мостів, кораблів тощо).
