Tính hàn của thép: phân loại. Các nhóm thép có khả năng hàn

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Thép là vật liệu kết cấu chính. Nó là một hợp kim sắt-cacbon có chứa các tạp chất khác nhau. Tất cả các thành phần có trong thành phần của nó đều ảnh hưởng đến các đặc tính của thỏi. Một trong những đặc tính công nghệ của kim loại là khả năng tạo ra các mối hàn chất lượng cao.

Yếu tố quyết định tính hàn của thép

Đánh giá khả năng hàn của thép được thực hiện bằng giá trị của chỉ số chính - đương lượng cacbon của С_{equiv. Đây là hệ số điều kiện có tính đến mức độ ảnh hưởng của hàm lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim chính đến các đặc tính của mối hàn.}

Các yếu tố sau ảnh hưởng đến khả năng hàn của thép:

1. Hàm lượng carbon.
2. Có tạp chất có hại.
3. Mức độ pha tạp.
4. Chế độ xem vi cấu trúc.
5. Điều kiện môi trường.
6. Độ dày kim loại.

Thông số nhiều thông tin nhất là thành phần hóa học.

Phân phối thép theo nhóm khả năng hàn

Theotất cả những yếu tố này, khả năng hàn của thép có những đặc điểm khác nhau.

Phân loại thép theo khả năng hàn.

• Tốt (khi С_{eq≧ 0, 25%): dành cho các bộ phận bằng thép cacbon thấp; không phụ thuộc vào độ dày của sản phẩm, điều kiện thời tiết, tính sẵn sàng của công việc chuẩn bị.}
• Đạt yêu cầu (0,25% ≦ С_{eq≦ 0,35%): có các hạn chế về điều kiện môi trường và đường kính của cấu trúc hàn (nhiệt độ không khí lên đến -5, trong điều kiện yên tĩnh thời tiết, độ dày lên đến 20 mm).}
• Limited (0.35% ≦ C_{eq≦ 0.45%): Cần gia nhiệt trước để tạo thành đường may chất lượng. Nó thúc đẩy quá trình chuyển đổi austenit "trơn tru", sự hình thành các cấu trúc ổn định (feritic-lêlitic, bainitic).}
• Xấu (С_{eq≧ 0, 45%): không thể hình thành mối hàn ổn định về mặt cơ học nếu không có sự chuẩn bị nhiệt độ trước đó của các cạnh kim loại, cũng như xử lý nhiệt sau đó của kết cấu hàn. Cần có thêm hệ thống sưởi và làm mát êm để tạo thành cấu trúc vi mô mong muốn.}

Nhóm khả năng hàn của thép giúp dễ dàng điều hướng các tính năng công nghệ hàn các cấp cụ thể của hợp kim sắt-cacbon.

Xử lý nhiệt

Tùy thuộc vào nhóm khả năng hàn của thép và các tính năng công nghệ tương ứng, các đặc tính của mối hàn có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các hiệu ứng nhiệt độ liên tiếp. Có 4 phương pháp xử lý nhiệt chính: tôi cứng, tôi luyện,ủ và bình thường hóa.

Phổ biến nhất là tôi và tôi luyện độ cứng và độ bền đồng thời của mối hàn, giảm căng thẳng, chống nứt. Mức độ ủ tùy thuộc vào chất liệu và đặc tính mong muốn.

Xử lý nhiệt kết cấu kim loại trong quá trình chuẩn bị được thực hiện:

• ủ - để giảm bớt căng thẳng bên trong kim loại, đảm bảo độ mềm và dẻo của nó;
• làm nóng trước để giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ.

Quản lý hợp lý các ảnh hưởng của nhiệt độ cho phép:

• chuẩn bị phần việc cho công việc (giải tỏa mọi căng thẳng bên trong bằng cách mài hạt);
• giảm chênh lệch nhiệt độ trên kim loại lạnh;
• cải thiện chất lượng của vật hàn bằng cách hiệu chỉnh nhiệt vi cấu trúc.

Hiệu chỉnh các đặc tính do chênh lệch nhiệt độ có thể là cục bộ hoặc chung chung. Gia nhiệt cạnh được thực hiện bằng cách sử dụng khí đốt hoặc thiết bị hồ quang điện. Lò đặc biệt được sử dụng để làm nóng toàn bộ bộ phận và làm mát êm ái.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đến tính chất

Bản chất của các quá trình nhiệt luyện là dựa trên sự biến đổi cấu trúc bên trong thỏi và tác động của chúng lên kim loại đã đông đặc. Vì vậy, khi được nung nóng đến nhiệt độ 727 ° C, nó là một cấu trúc Austenit dạng hạt hỗn hợp. Phương pháp làm mát xác định các tùy chọn chuyển đổi:

1. Bên trong lò (tốc độ 1˚C / phút) - cấu trúc ngọc trai được hình thành với độ cứng khoảng 200 HB (độ cứng Brinell).
2. Bậtkhông khí (10˚С / phút) - sorbitol (hạt ferit-ngọc trai), độ cứng 300 HB.
3. Dầu (100˚C / phút) - troostit (vi cấu trúc ferit-ximăng), 400 HB.
4. Nước (1000˚C / phút) - Mactenxit: cứng (600 HB) nhưng cấu trúc dạng thấu kính giòn.

Mối hàn phải có đủ các chỉ tiêu chất lượng về độ cứng, độ bền, độ dẻo, do đó đặc tính mactenxit của đường hàn không được chấp nhận. Hợp kim cacbon thấp có cấu trúc ferit, ferit-lêlitic, ferit-Austenit. Thép cacbon trung bình và thép hợp kim trung bình - lêlitic. Cacbon cao và hợp kim cao - mactenxit hoặc troostit, rất quan trọng để chuyển sang dạng ferit-austenit.

Hàn thép nhẹ

Khả năng hàn của thép cacbon được xác định bởi lượng cacbon và tạp chất. Chúng có thể cháy hết, chuyển thành dạng khí và tạo độ xốp cho đường may chất lượng thấp. Lưu huỳnh và phốt pho có thể tập trung ở các cạnh của hạt, làm tăng tính dễ vỡ của cấu trúc. Tuy nhiên, hàn là cách đơn giản nhất, đòi hỏi một cách tiếp cận riêng.

Thép cacbon chất lượng thông thường được chia thành ba nhóm: A, B và C. Công việc hàn được thực hiện với kim loại thuộc nhóm C.

Khả năng hàn của các loại thép VST1 - VST4, phù hợp với GOST 380-94, được đặc trưng bởi không có các hạn chế và yêu cầu bổ sung. Hàn các bộ phận có đường kính đến 40 mm xảy ra mà không cần gia nhiệt. Các chỉ số có thể có trong các cấp: G - hàm lượng mangan cao; kp, ps, cn - "sôi", "bán bình tĩnh", "bình tĩnh"tương ứng.

Thép chất lượng cacbon thấp được biểu thị bằng các cấp với ký hiệu là phần trăm cacbon, cho biết mức độ khử oxy và hàm lượng mangan (GOST 1050-88): thép 10 (cũng 10kp, 10ps, 10G), 15 (cũng 15kp, 15ps, 15G), 20 (cũng 20kp, 20ps, 20G).

Để đảm bảo mối hàn đạt chất lượng, cần thực hiện quá trình bão hòa vũng hàn bằng cacbon C và mangan Mn.

Phương pháp hàn:

1. Hồ quang thủ công sử dụng điện cực nung ban đầu, đặc biệt, có đường kính từ 2 đến 5 mm. Các loại: E38 (cho độ bền trung bình), E42, E46 (cho độ bền tốt đến 420 MPa), E42A, E46A (cho độ bền cao của kết cấu phức tạp và hoạt động của chúng trong điều kiện đặc biệt). Hàn bằng que OMM-5 và UONI 13/45 được thực hiện dưới tác dụng của dòng điện một chiều. Công việc với các điện cực TsM-7, OMA-2, SM-11 được thực hiện với dòng điện có đặc tính bất kỳ.
2. Khí hàn. Hầu hết thường không mong muốn, nhưng có thể. Nó được thực hiện bằng cách sử dụng dây phụ Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Kim loại cacbon thấp mỏng (d 8mm) được hàn theo cách bên trái, dày (d 8mm) - theo cách bên phải. Những khiếm khuyết trong đặc tính của đường may có thể được loại bỏ bằng cách chuẩn hóa hoặc ủ.

Hàn thép cacbon thấp được thực hiện mà không cần gia nhiệt thêm. Đối với các chi tiết của một biểu mẫu đơn giản, không có hạn chế. Điều quan trọng là phải bảo vệ các cấu trúc thể tích và mạng tinh thể khỏi gió. Nên hàn các vật thể phức tạp trong xưởng ở nhiệt độ không thấp hơn 5˚С.

Vì vậy, đối với các lớp VST1 - VST4, thép 10 - thép 20 - khả năng hàn là tốt, thực tếkhông có giới hạn, yêu cầu lựa chọn cá nhân tiêu chuẩn về phương pháp hàn, loại điện cực và đặc tính dòng điện.

Thép kết cấu cacbon trung bình và cao

Sự bão hòa của hợp kim với cacbon làm giảm khả năng tạo hợp chất tốt của nó. Trong quá trình tác dụng nhiệt của hồ quang hoặc ngọn lửa khí, lưu huỳnh tích tụ dọc theo mép hạt dẫn đến giòn đỏ, photpho chuyển sang giòn lạnh. Thông thường, các vật liệu hợp kim với mangan được hàn.

Điều này bao gồm thép kết cấu có chất lượng thông thường VSt4, VSt5 (GOST 380-94), chất lượng cao 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) trong sản xuất luyện kim khác nhau.

Bản chất của công việc là giảm lượng carbon trong vũng hàn, bão hòa kim loại trong đó bằng silicon và mangan, và đảm bảo công nghệ tối ưu. Đồng thời, điều quan trọng là phải ngăn ngừa sự thất thoát cacbon quá mức, có thể dẫn đến sự mất ổn định của các đặc tính cơ học.

Tính năng hàn với thép cacbon trung bình và cao:

1. Gia nhiệt cạnh ban đầu lên đến 100-200˚С cho chiều rộng lên đến 150 mm. Chỉ có lớp Vst4 và thép 25 được hàn mà không cần gia nhiệt thêm. Đối với thép cacbon trung bình có khả năng hàn đạt yêu cầu, việc chuẩn hóa hoàn toàn được thực hiện trước khi bắt đầu công việc. Quá trình ủ trước là bắt buộc đối với thép cacbon cao.
2. Hàn hồ quang được thực hiện với các điện cực nung tráng, có kích thước từ 3 đến 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), dưới dòng điện một chiều. có thể làm việc trongthông lượng hoặc khí che chắn (CO_{2, argon).}
3. Hàn khí được thực hiện với ngọn lửa cacbon hóa, phương pháp tay trái, gia nhiệt sơ bộ đến nhiệt độ 200 ° C, với nguồn cung cấp axetylen thấp đồng nhất.
4. Xử lý nhiệt bắt buộc các bộ phận: làm cứng và ủ hoặc ủ riêng để giảm thiểu ứng suất bên trong, ngăn ngừa nứt, làm mềm các cấu trúc mactenxit và troostit đã cứng.
5. Hàn điểm tiếp xúc được thực hiện không giới hạn.

Vì vậy, thép kết cấu cacbon trung bình và cao được hàn thực tế mà không bị hạn chế, ở nhiệt độ bên ngoài ít nhất là 5˚С. Ở nhiệt độ thấp hơn, bắt buộc phải làm nóng sơ bộ ban đầu và xử lý nhiệt chất lượng cao.

Hàn thép hợp kim thấp

Thép hợp kim là thép bão hòa với các kim loại khác nhau trong quá trình nấu chảy để đạt được các đặc tính mong muốn. Hầu như tất cả chúng đều có ảnh hưởng tích cực đến độ cứng và sức mạnh. Chrome và niken là một phần của hợp kim không gỉ và chịu nhiệt. Vanadi và silicon tạo độ đàn hồi, được dùng làm vật liệu để sản xuất lò xo và lò xo. Molypden, mangan, titan tăng khả năng chống mài mòn, vonfram - độ cứng màu đỏ. Đồng thời, ảnh hưởng tích cực đến các tính chất của các bộ phận, chúng làm xấu đi tính hàn của thép. Ngoài ra, mức độ cứng và hình thành cấu trúc mactenxit, ứng suất bên trong và nguy cơ nứt trong các đường nối tăng lên.

Khả năng hàn của thép hợp kim cũng được xác định bởithành phần hóa học.

Thép cacbon thấp hợp kim thấp 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) được hàn tốt. Trong điều kiện tiêu chuẩn, chúng không yêu cầu gia nhiệt bổ sung và xử lý nhiệt ở cuối quá trình. Tuy nhiên, một số hạn chế vẫn còn tồn tại:

• Phạm vi điều kiện nhiệt cho phép hẹp.
• Công việc phải được thực hiện ở nhiệt độ không thấp hơn -10˚С (trong điều kiện nhiệt độ khí quyển thấp hơn, nhưng không thấp hơn -25˚С, áp dụng gia nhiệt sơ bộ lên đến 200˚С).

Cách có thể:

• Hàn hồ quang điện với dòng điện một chiều 40 đến 50 A, điện cực E55, E50A, E44A.
• Hàn hồ quang chìm tự động sử dụng dây phụ Sv-08GA, Sv-10GA.

Khả năng hàn của thép 09G2S, 10G2S1 cũng tốt, các yêu cầu và phương pháp thực hiện có thể giống như đối với hợp kim 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Một đặc tính quan trọng của hợp kim 09G2S, 10G2S1 là không cần chuẩn bị các cạnh cho các bộ phận có đường kính lên đến 4 cm.

Hàn thép hợp kim trung bình

Thép hợp kim trung bình 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) tạo ra khả năng chống lại sự hình thành các đường nối lỏng lẻo hơn. Chúng thuộc nhóm có khả năng hàn đạt yêu cầu. Chúng yêu cầu gia nhiệt trước đến nhiệt độ 150-200˚С, mối hàn nhiều lớp, làm cứng và tôi luyện sau khi hoàn thành quá trình hàn. Tùy chọn:

• Dòng điện và đường kính điện cực khi hàn bằng hồ quang điệnđược lựa chọn nghiêm ngặt tùy thuộc vào độ dày của kim loại, có tính đến thực tế là các cạnh mỏng hơn sẽ cứng hơn trong quá trình làm việc. Vì vậy, với đường kính sản phẩm 2-3 mm, giá trị dòng điện phải nằm trong khoảng 50-90 A. Với độ dày cạnh 7-10 mm, dòng điện một chiều của phân cực ngược tăng lên 200 A khi sử dụng điện cực 4-6 mm. Sử dụng que có lớp phủ bảo vệ bằng xenlulo hoặc canxi florua (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Khi làm việc trong môi trường khí bảo vệ CO_{2cần sử dụng dây Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM có đường kính trở lên đến 2 mm.}

Phương pháp hồ quang argon hoặc hàn hồ quang chìm thường được sử dụng cho các vật liệu này.

Thép chịu nhiệt và độ bền cao

Hàn bằng hợp kim sắt-cacbon chịu nhiệt 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF phải được làm nóng sơ bộ đến nhiệt độ 300-450˚С, với độ cứng cuối cùng và tôi luyện cao.

• Hàn hồ quang điện theo cách nối tầng để thiết kế đường may nhiều lớp, sử dụng điện cực tráng nung UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Hàn khí với nguồn cung cấp axetylen 100 dm3/ mm sử dụng vật liệu phụ Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Việc kết nối đường ống được thực hiện với sự gia nhiệt khí trước đó của toàn bộ mối nối.

Khi hàn vật liệu có độ bền cao hợp kim trung bình 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, điều quan trọng là phải tuân theo các quy tắc tương tự như đối với thép chịu nhiệt, có tính đến một số sắc thái:

• Làm sạch kỹ lưỡngcác cạnh và sử dụng đinh.
• Ủ điện cực ở nhiệt độ cao (lên đến 450˚C).
• Làm nóng trước lên đến 150˚C cho các bộ phận dày trên 2 cm.
• Làm mát đường may chậm.

Thép hợp kim cao

Việc sử dụng công nghệ đặc biệt là cần thiết khi hàn thép hợp kim cao. Chúng bao gồm một loạt các hợp kim không gỉ, chịu nhiệt và chịu nhiệt, một số trong số đó: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZB, 15Kh17G14A9. Khả năng hàn của thép (GOST 5632-72) thuộc nhóm thứ 4.

Đặc tính hàn thép hợp kim cao cacbon cao:

1. Cần giảm cường độ dòng điện trung bình 10-20% do độ dẫn nhiệt thấp.
2. Nên thực hiện hàn với khe hở, điện cực có kích thước lên đến 2 mm.
3. Giảm hàm lượng phốt pho, chì, lưu huỳnh, antimon, tăng lượng molypden, vanadi, vonfram thông qua việc sử dụng các thanh phủ đặc biệt.
4. Nhu cầu hình thành vi cấu trúc mối hàn hỗn hợp (austenit + ferit). Điều này đảm bảo độ dẻo của kim loại lắng đọng và giảm thiểu ứng suất bên trong.
5. Bắt buộc gia nhiệt cạnh trước khi hàn. Nhiệt độ được chọn trong khoảng từ 100 đến 300˚С, tùy thuộc vào cấu trúc vi mô của cấu trúc.
6. Việc lựa chọn điện cực phủ trong hàn hồ quang được xác định bởi loại hạt, đặc tính và điều kiện làm việc của các bộ phận: đối với thép Austenit 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 với Sv-06Kh19N9T lớp phủ,Sv-02X19H9; đối với thép mactenxit 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 phủ Sv-08Kh17T; đối với thép Austenit-ferit 12Kh21N5T: TsL-33 phủ Sv-08Kh11V2MF.
7. Khi hàn khí, nguồn cung cấp axetylen phải tương ứng với giá trị 70-75 dm3/ mm, dây phụ được sử dụng là Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Các hoạt động hồ quang chìm có thể sử dụng NZh-8.

Khả năng hàn của thép là một thông số tương đối. Nó phụ thuộc vào thành phần hóa học của kim loại, cấu trúc vi mô và tính chất vật lý của nó. Đồng thời, khả năng hình thành các khớp chất lượng cao có thể được điều chỉnh với sự trợ giúp của phương pháp tiếp cận công nghệ tốt, thiết bị đặc biệt và điều kiện làm việc.