Saldabilità dell'acciaio: classificazione. Gruppi di saldabilità degli acciai

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

L'acciaio è il principale materiale strutturale. È una lega ferro-carbonio contenente varie impurità. Tutti i componenti inclusi nella sua composizione influiscono sulle proprietà del lingotto. Una delle caratteristiche tecnologiche dei metalli è la capacità di formare giunti saldati di alta qualità.

Fattori che determinano la saldabilità dell'acciaio

La valutazione della saldabilità dell'acciaio è fatta dal valore dell'indicatore principale - l'equivalente di carbonio di С_{equiv. Si tratta di un coefficiente condizionale che tiene conto del grado di influenza del contenuto di carbonio e dei principali elementi di lega sulle caratteristiche della saldatura.}

I seguenti fattori influenzano la saldabilità degli acciai:

1. Contenuto di carbonio.
2. Presenza di impurità nocive.
3. Grado di doping.
4. Vista microstruttura.
5. Condizioni ambientali.
6. Spessore metallo.

Il parametro più informativo è la composizione chimica.

Distribuzione degli acciai per gruppi di saldabilità

Soggetto atutti questi fattori, la saldabilità dell'acciaio ha caratteristiche diverse.

Classificazione degli acciai per saldabilità.

• Buono (quando С_{eq≧0, 25%): per parti in acciaio a basso tenore di carbonio; non dipende dallo spessore del prodotto, dalle condizioni atmosferiche, dalla disponibilità dei lavori preparatori.}
• Soddisfacente (0.25%≦Сeq_{≦0.35%): ci sono restrizioni sulle condizioni ambientali e sul diametro della struttura saldata (temperatura dell'aria fino a -5, in condizioni di calma tempo, spessore fino a 20 mm).}
• Limitato (0,35%≦C_{eq≦0,45%): il preriscaldamento è necessario per formare una cucitura di qualità. Favorisce le trasformazioni austenitiche "lisce", la formazione di strutture stabili (ferritico-perlitiche, bainitiche).}
• Bad (С_{eq≧0, 45%): la formazione di un giunto saldato meccanicamente stabile è impossibile senza una preventiva preparazione a temperatura dei bordi metallici, nonché un successivo trattamento termico della struttura saldata. Sono necessari ulteriore riscaldamento e raffreddamento regolare per formare la microstruttura desiderata.}

I gruppi di saldabilità dell'acciaio facilitano la navigazione tra le caratteristiche tecnologiche della saldatura di gradi specifici di leghe ferro-carbonio.

Trattamento termico

A seconda del gruppo di saldabilità degli acciai e delle relative caratteristiche tecnologiche, le caratteristiche del giunto saldato possono essere regolate utilizzando successivi effetti di temperatura. Esistono 4 metodi principali di trattamento termico: tempra, rinvenimento,ricottura e normalizzazione.

I più comuni sono la tempra e il rinvenimento per la durezza e la resistenza simultanea della saldatura, il sollievo dallo stress, la prevenzione delle crepe. Il grado di rinvenimento dipende dal materiale e dalle proprietà desiderate.

Viene effettuato il trattamento termico delle strutture metalliche durante i lavori preparatori:

• ricottura - per alleviare lo stress all'interno del metallo, garantendone morbidezza e flessibilità;
• preriscaldato per ridurre al minimo la differenza di temperatura.

La gestione razionale degli influssi della temperatura consente:

• preparare la parte per il lavoro (alleviare tutte le sollecitazioni interne macinando i grani);
• ridurre le differenze di temperatura sul metallo freddo;
• migliorare la qualità dell'oggetto saldato correggendo termicamente la microstruttura.

La correzione delle proprietà in base alle differenze di temperatura può essere locale o generale. Il riscaldamento dei bordi viene effettuato utilizzando apparecchiature a gas o ad arco elettrico. Vengono utilizzati forni speciali per riscaldare l'intera parte e raffreddarla dolcemente.

Influenza della microstruttura sulle proprietà

L'essenza dei processi di trattamento termico si basa sulle trasformazioni strutturali all'interno del lingotto e sul loro effetto sul metallo solidificato. Quindi, quando riscaldato a una temperatura di 727 ˚C, è una struttura austenitica granulare mista. Il metodo di raffreddamento determina le opzioni di trasformazione:

1. All'interno del forno (velocità 1˚C/min) - si formano strutture di perlite con una durezza di circa 200 HB (durezza Brinell).
2. Onaria (10˚С/min) – sorbitolo (granuli di ferrite-perlite), durezza 300 HB.
3. Olio (100˚C/min) – troostite (microstruttura ferrite-cementite), 400 HB.
4. Acqua (1000˚C/min) – martensite: struttura aciculare dura (600 HB) ma fragile.

Il giunto di saldatura deve avere sufficienti indicatori di durezza, resistenza, plasticità, quindi le caratteristiche martensitiche del cordone non sono accettabili. Le leghe a basso tenore di carbonio hanno una struttura ferritica, ferrite-perlitica, ferrite-austenitica. Acciai al carbonio medio e medio legati - perlitici. Alto tenore di carbonio e altolegato - martensitico o troostite, che è importante portare ad una forma ferritico-austenitica.

Saldatura di acciaio dolce

La saldabilità degli acciai al carbonio è determinata dalla quantità di carbonio e dalle impurità. Sono in grado di bruciare, trasformandosi in forme gassose e conferendo una porosità della cucitura di bassa qualità. Zolfo e fosforo possono essere concentrati ai bordi dei grani, aumentando la fragilità della struttura. La saldatura è la più semplificata, tuttavia richiede un approccio individuale.

L'acciaio al carbonio di qualità comune è diviso in tre gruppi: A, B e C. I lavori di saldatura vengono eseguiti con metallo del gruppo C.

La saldabilità dei gradi di acciaio VST1 - VST4, in conformità con GOST 380-94, è caratterizzata dall'assenza di restrizioni e requisiti aggiuntivi. La saldatura di parti con un diametro fino a 40 mm avviene senza riscaldamento. Possibili indicatori nei gradi: G - alto contenuto di manganese; kp, ps, cn - "bollente", "semi-calmo", "calmo"rispettivamente.

L'acciaio di qualità a basso tenore di carbonio è rappresentato da gradi con la designazione di centesimi di carbonio, che indicano il grado di disossidazione e contenuto di manganese (GOST 1050-88): acciaio 10 (anche 10kp, 10ps, 10G), 15 (anche 15kp, 15ps, 15G), 20 (anche 20kp, 20ps, 20G).

Per garantire una saldatura di qualità, è necessario eseguire il processo di saturazione del bagno di saldatura con carbonio C e manganese Mn.

Metodi di saldatura:

1. Arco manuale utilizzando speciali elettrodi inizialmente calcinati, con un diametro da 2 a 5 mm. Tipi: E38 (per una resistenza media), E42, E46 (per una buona resistenza fino a 420 MPa), E42A, E46A (per un'elevata resistenza di strutture complesse e il loro funzionamento in condizioni speciali). La saldatura con barre OMM-5 e UONI 13/45 viene eseguita sotto l'azione della corrente continua. Il lavoro con gli elettrodi TsM-7, OMA-2, SM-11 viene eseguito con una corrente di qualsiasi caratteristica.
2. Saldatura a gas. Molto spesso indesiderabile, ma possibile. Viene eseguito utilizzando filo di apporto Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Il metallo sottile a basso tenore di carbonio (d 8 mm) è saldato a sinistra, spesso (d 8 mm) - nel modo giusto. Le carenze nelle proprietà della cucitura possono essere rimosse mediante normalizzazione o ricottura.

La saldatura di acciai a basso tenore di carbonio viene eseguita senza riscaldamento aggiuntivo. Per i dettagli di un modulo semplice, non ci sono restrizioni. È importante proteggere dal vento le strutture volumetriche e reticolari. È auspicabile saldare oggetti complessi in un'officina a una temperatura non inferiore a 5˚С.

Quindi, per i gradi VST1 - VST4, acciaio 10 - acciaio 20 - la saldabilità è buona, praticamentesenza restrizioni, richiedendo una selezione individuale standard del metodo di saldatura, del tipo di elettrodo e delle caratteristiche della corrente.

Acciai strutturali a medio e alto tenore di carbonio

La saturazione della lega con carbonio riduce la sua capacità di formare buoni composti. Nel processo di effetti termici di un arco o di una fiamma a gas, lo zolfo si accumula lungo i bordi dei grani, portando a fragilità rossa, fosforo a fragilità fredda. Molto spesso, i materiali in lega di manganese vengono saldati.

Questo include acciai strutturali di qualità ordinaria VSt4, VSt5 (GOST 380-94), alta qualità 25, 25G, 30, 30G, 35, 35G, 40, 45G (GOST 1050-88) di varia produzione metallurgica.

L'essenza del lavoro è ridurre la quantità di carbonio nel bagno di saldatura, saturare il metallo in esso contenuto con silicio e manganese e garantire una tecnologia ottimale. Allo stesso tempo, è importante prevenire perdite eccessive di carbonio, che possono portare alla destabilizzazione delle proprietà meccaniche.

Caratteristiche della saldatura con acciai a medio e alto tenore di carbonio:

1. Riscaldamento bordo iniziale fino a 100-200˚С per larghezze fino a 150 mm. Solo i gradi Vst4 e acciaio 25 vengono saldati senza riscaldamento aggiuntivo. Per gli acciai a medio tenore di carbonio con saldabilità soddisfacente, la normalizzazione completa viene eseguita prima di iniziare il lavoro. La prericottura è richiesta per gli acciai ad alto tenore di carbonio.
2. La saldatura ad arco viene eseguita con elettrodi calcinati rivestiti, di dimensioni variabili da 3 a 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7), in corrente continua. possibile lavorareflusso o gas di protezione (CO_{2, argon).}
3. La saldatura a gas viene eseguita con fiamma di cementazione, metodo sinistrorso, con preriscaldamento ad una temperatura di 200˚C, con una bassa alimentazione uniforme di acetilene.
4. Trattamento termico obbligatorio delle parti: tempra e rinvenimento o rinvenimento separato per ridurre al minimo le sollecitazioni interne, prevenire fessurazioni, ammorbidire le strutture martensitiche e troostitiche indurite.
5. La saldatura a punti a contatto viene eseguita senza limitazioni.

Così, gli acciai strutturali a medio e alto tenore di carbonio vengono saldati praticamente senza restrizioni, ad una temperatura esterna di almeno 5˚С. A temperature più basse sono obbligatori il preriscaldamento iniziale e un trattamento termico di alta qualità.

Saldatura di acciai basso legati

Gli acciai legati sono acciai saturi di vari metalli durante la fusione per ottenere le proprietà desiderate. Quasi tutti hanno un effetto positivo su durezza e forza. Il cromo e il nichel fanno parte delle leghe resistenti al calore e inossidabili. Il vanadio e il silicio conferiscono elasticità, sono usati come materiale per la fabbricazione di molle e molle. Molibdeno, manganese, titanio aumentano la resistenza all'usura, tungsteno - durezza rossa. Allo stesso tempo, influendo positivamente sulle proprietà delle parti, peggiorano la saldabilità dell'acciaio. Inoltre, aumentano il grado di indurimento e la formazione di strutture martensitiche, le sollecitazioni interne e il rischio di screpolature delle cuciture.

La saldabilità degli acciai legati è determinata anche dalla lorocomposizione chimica.

Gli acciai bassolegati a basso tenore di carbonio 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89) sono ben saldati. In condizioni standard, non richiedono ulteriore riscaldamento e trattamento termico alla fine dei processi. Tuttavia, esistono ancora alcune restrizioni:

• Gamma ristretta di condizioni termiche consentite.
• Il lavoro deve essere eseguito ad una temperatura non inferiore a -10˚С (in condizioni di temperatura atmosferica inferiore, ma non inferiore a -25˚С, applicare un preriscaldamento fino a 200˚С).

Modi possibili:

• Saldatura ad arco elettrico con corrente continua da 40 a 50 A, elettrodi E55, E50A, E44A.
• Saldatura automatica ad arco sommerso con filo d'apporto Sv-08GA, Sv-10GA.

Buona anche la saldabilità degli acciai 09G2S, 10G2S1, i requisiti e le possibili modalità di realizzazione sono gli stessi delle leghe 12GS, 14G2, 15G, 20G, 15KhSND, 16G2AF. Una caratteristica importante delle leghe 09G2S, 10G2S1 è l'assenza della necessità di preparare bordi per pezzi con un diametro fino a 4 cm.

Saldatura di acciai medio legati

Gli acciai medio legati 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) producono una resistenza più significativa alla formazione di giunzioni sciolte. Appartengono al gruppo con saldabilità soddisfacente. Richiedono il preriscaldamento a temperature di 150-200˚С, saldature multistrato, tempra e rinvenimento al termine della saldatura. Opzioni:

• Diametro corrente ed elettrodo durante la saldatura con arco elettricoviene scelto rigorosamente in base allo spessore del metallo, tenendo conto del fatto che i bordi più sottili sono più temprati durante il lavoro. Quindi, con un diametro del prodotto di 2-3 mm, il valore della corrente dovrebbe essere compreso tra 50-90 A. Con uno spessore del bordo di 7-10 mm, la corrente continua di polarità inversa aumenta a 200 A utilizzando elettrodi 4-6 mm. Vengono utilizzate barre con rivestimenti protettivi in cellulosa o fluoruro di calcio (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).
• Quando si lavora in un ambiente con gas inerte CO_{2 è necessario utilizzare fili Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM con un diametro superiore a 2 mm.}

Per questi materiali vengono spesso utilizzati il metodo dell'arco di argon o la saldatura ad arco sommerso.

Acciai resistenti al calore e ad alta resistenza

Le saldature con leghe resistenti al calore ferro-carbonio 12MX, 12X1M1F, 25X2M1F, 15X5VF devono essere eseguite con preriscaldo a temperature di 300-450˚С, con indurimento finale ed elevato rinvenimento.

• Saldatura ad arco elettrico in cascata per la progettazione di un cordone multistrato, utilizzando elettrodi rivestiti calcinati UONII 13 / 45MH, TML-3, TsL-30-63, TsL-39.
• Saldatura a gas con alimentazione di acetilene 100 dm3/mm utilizzando materiali di riempimento Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Il collegamento delle tubazioni viene effettuato con il previo riscaldamento a gas dell'intero giunto.

Quando si saldano materiali medio legati ad alta resistenza 14Kh2GM, 14Kh2GMRB, è importante seguire le stesse regole degli acciai resistenti al calore, tenendo conto di alcune sfumature:

• Pulizia approfonditabordi e uso di chiodini.
• Ricottura ad alta temperatura dell'elettrodo (fino a 450˚C).
• Preriscaldare fino a 150˚C per parti di spessore superiore a 2 cm.
• Raffreddamento lento della cucitura.

Acciai alto legati

L'uso di una tecnologia speciale è necessario per la saldatura di acciai altolegati. Questi includono una vasta gamma di leghe inossidabili, resistenti al calore e resistenti al calore, alcune delle quali: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15MZB, 15Kh17G14A9. La saldabilità degli acciai (GOST 5632-72) appartiene al 4° gruppo.

Caratteristica di saldabilità dell'acciaio altolegato ad alto tenore di carbonio:

1. È necessario ridurre l'intensità della corrente in media del 10-20% a causa della loro bassa conducibilità termica.
2. La saldatura deve essere eseguita con uno spazio vuoto, elettrodi fino a 2 mm di dimensione.
3. Ridurre il contenuto di fosforo, piombo, zolfo, antimonio, aumentare l'abbondanza di molibdeno, vanadio, tungsteno mediante l'uso di speciali bacchette rivestite.
4. La necessità di formare una microstruttura di saldatura mista (austenite + ferrite). Ciò garantisce la duttilità del metallo depositato e la minimizzazione delle sollecitazioni interne.
5. Riscaldamento bordo obbligatorio alla vigilia della saldatura. La temperatura è selezionata nell'intervallo da 100 a 300˚С, a seconda della microstruttura delle strutture.
6. La scelta degli elettrodi rivestiti nella saldatura ad arco è determinata dal tipo di grana, dalle proprietà e dalle condizioni di lavoro dei pezzi: per acciaio austenitico 12X18H9: UONII 13 / NZh, OZL-7, OZL-14 con Sv-06Kh19N9T rivestimenti,Sv-02X19H9; per acciaio martensitico 20Kh17N2: UONII 10Kh17T, AN-V-10 rivestito con Sv-08Kh17T; per acciaio austenitico-ferritico 12Kh21N5T: TsL-33 rivestito con Sv-08Kh11V2MF.
7. Nella saldatura a gas, la fornitura di acetilene dovrebbe corrispondere al valore di 70-75 dm3/mm, il filo di apporto utilizzato è Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Le operazioni ad arco sommerso sono possibili utilizzando NZh-8.

La saldabilità dell'acciaio è un parametro relativo. Dipende dalla composizione chimica del metallo, dalla sua microstruttura e dalle proprietà fisiche. Allo stesso tempo, la capacità di formare giunti di alta qualità può essere regolata con l'aiuto di un approccio tecnologico ben congegnato, attrezzature speciali e condizioni di lavoro.