Критерии выбора технологии сварки металлов и сплавов

Применяемые при изготовлении сварных конструкций различные материалы должны удовлетворять определенным требованиям как эксплуатации, так и технологии сварки. К требованиям эксплуатации можно отнести следующие: прочность конструкции при статической или динамической нагрузке, при нормальной, низкой или высокой температуре, под действием тех или иных активных сред.

Комплексную технологическую характеристику поведения металлов при сварке дают исследования свариваемости. Свариваемость характеризуется совокупностью свойств. Методики, которая позволила бы однозначно характеризовать комплексное понятие свариваемости, нет. Поэтому для оценки свариваемости применяют различные испытания, выбор которых зависит от назначения конструкции от свойств используемых металлов и сплавов.

Под воздействием процесса сварки структура и свойства металла могут изменяться:

1. В процессе кристаллизации металла шва под влиянием возникающих при сварке растягивающих напряжений возможно образование кристаллизационных трещин, являющихся весьма серьезным дефектов. В металле шва могут образовываться и холодные трещины. Трещины, как правило, являются очагами зарождения процессов разрушения сварных конструкций.

2. Под воздействием источника теплоты, применяемого при сварке, может измениться структура основного металла, граничащего со швом. Эти изменения могут привести к образованию околошовных холодных и горячих трещин.

3. Процессы, происходящие в околошовной зоне и в металле шва при сварке, могут стать причиной перехода металла в хрупкое состояние, существенно снижающее стойкость сварного соединения.

4. В результате особых условий, при которых происходит кристаллизация сварочной ванны, и металлургических реакций, протекающих в сварочной ванне, а также вследствие применения сварочных материалов (электродный или присадочный материал, газошлаковая защита), металл шва по химическому составу и структуре отличается от основного металла. Всё это может привести к заметному изменению прочностных и других специальных характеристик металла шва и зоны термического влияния по сравнению с аналогичными характеристиками основного металла.

Учитывая все эти изменения, происходящие под воздействием процесса сварки, в комплекс испытаний свариваемости включаются испытания механических свойств металла шва и сварного соединения при различных температурах и специальные испытания (износостойкости, коррозионной стойкости и т.д.).

Очень часто требования эксплуатации и требования сварки оказываются противоречивыми. В наибольшей степени это проявляется при сварке сложнолегированных высокопрочных сталей и сплавов, в которых в результате воздействия процесса сварки достигается упрочнение. Как правило, чем выше прочность свариваемых материалов, тем труднее обеспечит равнопрочность сварных соединений и основного металла, и избежать образования холодных или горячих трещин.

Несмотря на разнообразие структурных и фазовых превращений, а соответственно, свойств и их изменений, возникающих в разных металлах и сплавов при воздействии процессов сварки, для выбора оптимальной технологии сварки все металлы и сплавы удобно разделяют на три основные группы:

 с большим объёмным эффектом полиморфных превращений;

 с малым объёмным эффектом полиморфных превращений;

 без полиморфных превращений.

При сварке металлов и сплавов первой группы вследствие высокого объемного эффекта полиморфного превращения ведущими в формировании структуры и свойств, как правило, являются мартенситное превращение и отпуск мартенсита; второй группы – кристаллизация, эвтектойдный распад и старение закалённых высокотемпературных фаз; третьей группы – кристаллизация (особенно эвтектическая), рекристаллизация и старение. Общими для материалов второй и третьей групп является невозможность исправления грубой кристаллической структуры металла шва и рекристаллизованной структуры зоны термического влияния последующей термической бработкой из-за малого объёмного эффекта полиморфного превращения или отсутствия фазовой перекристаллизации.