КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

6.1. СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

Сталь - это железный сплав, содержащий до 2 % С. В углеродистых конструкционных сталях, широко используемых в машиностроении, су­достроении т.д., содержание углерода обычно оставляет 0,06 ... 0,9 %. Углерод является основным легирующим элементом и определяет меха­нические свойства этой группы сталей. Повышение его содержания в стали усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получе­ния равнопрочного сварного соединения без дефектов.

По степени раскисления сталь изготовляют кипящей, спокойной и полуспокойной (соответствующие индексы "кп", "сп" и "пс"). Кипящую сталь, содержащую не более 0,07 % Si, получают при неполном раскис­лении металла. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерно­стью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная по­вышенная концентрация серы может привести к образованию кристалли­зационных трещин в шве и околошовной зоне.

Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. В спокойной ста­ли, содержащей не менее 0,12 % Si, распределение серы и фосфора более равномерно. Эти стали менее склонны к старению. Полуспокойная сталь нанимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью.

Стали с содержанием до 0,25 % С относятся к низкоуглеродистым, с содержанием 0,26 ... 0,45% к среднеуглеродистым, к высокоуглероди­стым относятся, стали, содержащие 0,45 ... 0,75 % С. Они отличаются плохой свариваемостью и их не применяют для изготовления сварных конструкций. Температурная область применения углеродистых сталей от —40 до +425 °С, низколегированных от -70 до +475 °С. По качествен­ному признаку низкоуглеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные.

Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в го­рячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции обычно так-

СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

же не подвергают последующей термообработке. Эта сталь поставляется по ГОСТ 380-94 на сталь углеродистую обыкновенного качества, ГОСТ 5520-79 (в ред. 1990 г.) на сталь для котлостроения, ГОСТ 5521-86 на сталь для судостроения и т.д. (табл. 6.1).

6.1. Химический состав некоторых углеродистых конструкционных сталей, %

Примечания: 1. Массовая доля хрома, никеля и меди в сталях марок Ст1, Ст2 и СтЗ различной выплавки должна быть не более 0,30 % каждого, серы не более 0,050 %, фосфора не более 0,70 %.

2. Для проката из стали марок СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, предназначенного для сварных конструкций, отклонение по содержанию углерода в сторону его уве-личения не допускался.

252 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Конструкционные стали с нормальным и повышенным содержанием марганца (марки 15Г и 20Г) имеют пониженное содержание серы. Меха­нические свойства некоторых марок углеродистой стали приведены в табл. 6.2. Стали этой группы для изготовления конструкций обычно при­меняют в горячекатаном состоянии и меньше - после термообработки, нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термообработки (табл. 6.3).

6.2. Механические свойства некоторых марок углеродистой стали и холодном состоянии

Примечание. Для сталей мирок 10, 15, 20, 15Г и 20Г механические свой-ства определены на образцах из нормализованных заготовок.

СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

6.3. Ударная вязкость некоторых углеродистых конструкционных сталей (Дж/см2)

Легированными называются стали, содержащие специально введен­ные элементы. Марганец считается легирующим компонентом при со­держании его в стали более 0,7 %, а кремний свыше 0,4 %. Поэтому угле­родистые стали марок СтЗГпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца соответствуют низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, вступал во взаимодействие с железом и углеродом, изменяют ее свойства. Это повышает механиче­ские свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.

254 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

При производстве сварных конструкций широко используют низко­углеродистые низколегированные конструкционные стали (табл. 6.4 и 6.5). Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях обыч­но не превышает 4,0 %, а углерода 0,25 %. Низколегированные стали в зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов разделяют на марганцевые, кремнемарганцевые, хромокремненикелемедистые и т.д.

6.4. Химический состав некоторых низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей

СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

6.5. Механические свойства некоторых

низкоуглеродистых низколегированных

конструкционных сталей в состоянии поставки

Примечание. Содержание серы и фосфора не более 0,035 %.

Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладно­ломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравне­нию с другими низколегированными сталями марганцевые позволяют по­лучить сварные соединения более высокой прочности при знакоперемен­ных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали неболь­шого количества меди (0,3 ... 0,4 %) повышает стойкость стали против коррозии атмосферной и в морской воде.

Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термообработка значительно улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от тол­щины проката. При этом может быть достигнуто значительное снижение порога хладноломкости. Поэтому в последние годы некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций ис­пользуют после упрочняющей термообработки.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

6.2. ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ

В сварочной ванне расплавленные основной и, если используют, до­полнительный металлы перемешиваются. По мере перемещения источ­ника теплоты вслед за ним перемещается и сварочная ванна. В результате потерь теплоты на излучение, теплоотвод в изделие, а при электрошлако­вой сварке - и в формирующие ползуны в хвостовой части ванны проис­ходит понижение температуры расплавленного металла, который, за­твердевая, образует сварной шов.

Форма и объем сварочной ванны зависят от способа сварки и основ­ных параметров режима. Ее объем может составлять от миллиметров до сотен кубических сантиметров.

В результате этого изменяются и условия затвердевания (кристалли­зации) металла сварочной ванны, которые также зависят от условий теп-лоотвода, т.е. от толщины свариваемого металла, типа сварного соедине­ния, способа сварки, наличия шлака на поверхности сварочной ванны и т.д. Таким образом, названные выше условия определяют и неодинаковое время существования в расплавленном состоянии металла в различных уча­стках сварочной ванны.

Кристаллизация металла сварочной ванны у границы с нераспла-вившимся основным металлом (границы сплавления) протекает очень быстро. По мере удаления от нее к центру ванны длительность пребыва­ния металла в расплавленном состоянии увеличивается. Переход металла из жидкого в твердое состояние - первичная кристаллизация на границе

сплавления начинается от час­тично оплавленных зерен ос­новного или ранее наплавлен­ного металла (рис. 6.1) в виде дендритов, растущих в направ­лении, обратном теплоотводу, т.е. в глубь сварочной ванны. Таким образом, возникают об­щие зерна.

При многослойной сварке, когда кристаллизация начина­ется от частично оплавленных зерен предыдущего шва, воз­можно прорастание кристаллов из слоя в слой - образуется транскристаллитная структура.

Рис. 6.1. Строение зоны плавления

ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ

На различных этапах кристаллизации металла сварочной ванны и роста дендритов состав кристаллизующего жидкого металла не одинаков. Первые порции металла менее загрязнены примесями, чем последние. В результате образуется зональная и внутридендритная химическая не­однородность металла. Неоднородность химического состава в различ­ных участках одного дендрита, когда его поверхностные слои более за­грязнены примесями - внутридендритная ликвация, имеет преимущест­венное развитие в сварном шве.

Ликвация в сварном шве зависит от его химического состава, формы сварочной ванны и скорости кристаллизации. Способ сварки оказывает существенное влияние на развитие ликвации.

Первичная кристаллизация металла сварочной ванны имеет преры­вистый характер, вызванный выделением перед фронтом кристаллизации скрытой теплоты кристаллизации. Это приводит к характерному слои­стому строению шва и появлению ликвации в виде слоистой неоднород­ности, которая в наибольшей степени проявляется вблизи границы сплавления. Слоистая ликвация также зависит от характера и скорости кристаллизации металла сварочной ванны. Слоистая и дендритная ликва­ции уменьшаются при улучшении условий диффузии ликвирующих эле­ментов в твердом металле.

Образовавшиеся в затвердевшем металле шва в результате первич­ной кристаллизации столбчатые кристаллиты имеют аустенитную микро­структуру (диаграмма состояния системы Fe-C сплавов на рис. 6.2, спра­ва). При дальнейшем охлаждении металла, при температуре аллотропи­ческого превращения Ас₃ начинается процесс перестройки атомов про­странственной решетки - перекристаллизация. В результате перекри­сталлизации происходит распад части аустенита и превращение его в феррит. Так как растворимость углерода в феррите меньше, чем в аусте-ните, выделяющийся углерод вступает в химическое соединение с желе­зом, образуя цементит.

Дальнейшее охлаждение стали ниже температуры превращения Ас, приводит к образованию: эвтектоидной смеси феррита и цементита -перлита. Вторичная кристаллизация сопровождается значительным уве­личением числа зерен, так как в пределах первичного зерна аустенита образуется несколько зерен перлита и феррита. Это благоприятно влияет на механические свойства стали. С увеличением в стали содержания уг­лерода количество перлита возрастает. Одновременно может наблюдать­ся и рост зерен. Количество и строение перлитной фазы зависит также от скорости охлаждения металла шва.

258 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Рис. 6.2. Строение зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке низкоуглеродистой и низколегированной сталей

При некоторых условиях может образоваться видманштеттова структура, характеризующаяся выделением феррита из аустенита не только по границам зерен, но и по кристаллографическим плоскостям отдельных кристаллитов. Видманштеттова структура в сварных соедине­ниях не желательна, так как снижает их механические свойства. Металл шва при комнатной температуре и обычных для сварки скоростях охлаж­дения в области температур перекристаллизации имеет ферритно-перлитную или сорбитообразную структуру.

Теплота, выделяемая при сварке, распространяется вследствие теп­лопроводности в основной металл. Этот процесс характеризуется терми-

ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ

ческим циклом. В каждой точке околошовной зоны температура вначале нарастает, достигая максимума, а затем снижается. Чем ближе точка рас­положения к границе сплавления, тем быстрее происходит нагрев метал­ла в данном участке и тем выше максимальная температура, достигае­мая в нем. При значительном удалении от шва нагрев основного металла практически не происходит.

Таким образом, различные участки основного металла характеризу­ются различными максимальными температурами и различными скоро­стями нагрева и охлаждения, т.е. подвергаются своеобразной термообра­ботке. Поэтому структура и свойства основного металла в различных участках сварного соединения различны. Зону основного металла, в ко­торой под воздействием термического цикла при сварке произошли фа­зовые и структурные изменения, называют зоной термического влияния. Характер этих превращений и протяженность зоны термического влия­ния зависят от состава и теплофизических свойств свариваемого металла, способа и режима сварки, типа сварного соединения и т.п.

На рис. 6.2 слева показаны поперечное сечение стыкового сварного соединения при однослойной сварке низкоуглеродистой стали, кривая распределения температур по поверхности сварного соединения в мо­мент, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и струк­туры различных участков зоны термического влияния шва после сварки, образованные в результате действия термического цикла сварки. Эта схема - условная, так как кривая распределения температур по поверхно­сти сварного соединения во время охлаждения меняет свой характер.

На участке неполного расплавления объемы металла нагревались в ин­тервале температур между солидусом и ликвидусом, что приводило к час­тичному расплавлению (оплавлению) зерен металла. Пространство между нерасплавившимися зернами заполнено жидкими прослойками, связанными с металлом сварочной ванны. Поэтому в него могли проникать и элементы, вводимые в металл сварочной ванны. В результате состав металла на этом участке может отличаться от состава основного металла, а за счет нераспла-вившихся зерен основного металла - и от состава металла шва.

Слоистая ликвация способствует увеличению химической неодно­родности металла на этом участке по сравнению с металлом шва. Состав и структура металла в этой зоне зависят также от диффузии элементов, которая может проходить как из основного нерасплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. Этот участок по существу и является ме­стом сварки. Его протяженность зависит от состава и свойств металла, способа сварки и обьино не превышает 0,5 мм, но свойства металла в нем могут оказывать решающее влияние на свойства всего сварного соединения.

260 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

На участке перегрева металл нагревался в интервале температур от 1100 ... 1150 °С до линии солидуса. Металл, нагревавшийся выше темпе­ратуры Ас3, полностью переходит в состояние аустенита, при этом про­исходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем больше, чем выше температура металла. Даже непродолжительное пребывание метал­ла при температурах свыше 1100 °С приводит к значительному увеличе­нию размера зерен. Крупнозернистая структура металла на этом участке перегрева после охлаждения может привести к образованию неблагопри­ятной видманштеттовой структуры.

Металл, нагретый незначительно выше температур Ас₃, имеет мел­козернистую структуру с высокими механическими свойствами. Этот участок называется участком нормализации (перекристаллизации). На участке неполной перекристаллизации металл нагревался до температу­ры между Ac₁ и Ас₃. Поэтому он характеризуется почти неизменным фе-роитным зерном и некоторым измельчением и сфероидизацией перлит­ных участков.

Металл, нагревавшийся в интервале температур 500 ... 550 °С до Ас₁, (участок рекристаллизации), по структуре незначительно отличается от основного. Если до сварки металл подвергался пластической деформа­ции, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен основного металла - рекристаллизация. При значительной выдержке при этих температурах может произойти значительный рост зерен. Механиче­ские свойства металла этого участка могут несколько снизиться из-за разупрочнения ввиду снятия наклепа.

При нагреве металла в интервале температур 100 ... 500 °С (участок старения) его структура в процессе сварки не претерпевает видимых из­менений. Однако в некоторых сталях, содержащих повышенное количе­ство кислорода и азота (обычно кипящих), их нагрев при температурах 150 ... 350 °С сопровождается резким снижением ударной вязкости и со­противляемости разрушению.

Многослойная сварка ввиду многократного воздействия термическо­го цикла сварки на основной металл в околошовной зоне изменяет строе­ние и структуру зоны термического влияния. При сварке длинными уча­стками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвер­гается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и околошовная зона длительное время находятся в нагретом состоянии. Помимо изменения структур, это увеличивает и протяженность зоны термического влияния.

Последующие слои термически воздействуют на ранее наплавлен­ные швы, имеющие структуру литого металла, и создают в них зону тер-

ОБРАЗОВАНИЕ ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ

мического влияния, строение и структура которой значительно отлича­ются от зоны термического влияния в основном металле, подвергавшемся прокатки. Эта зона на участке перегрева обычно не имеет крупного зерна и характеризуется мелкозернистыми структурами с повышенными пластиче­скими свойствами.

При газовой сварке более медленный нагрев по сравнению с дуговой сваркой приводит к значительному росту нерасплавившихся зерен ос­новного металла, прилегающих к границе сплавления. Начинающаяся от них кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны способст­вует крупнозернистому строению металла шва. Этому способствуют и умеренные способы охлаждения. Протяженность зоны термического влия­ния при газовой сварке значительно больше, чем при дуговой (до 28 мм). Поэтому и ширина различных участков зоны термического влияния больше.

Структура металла швов при электрошлаковой сварке может харак­теризоваться наличием трех зон (рис. 6.3, а): зоны 1 крупных столбчатых кристаллов, которые растут в направлении, обратном отводу теплоты; зоны 2 тонких столбчатых кристаллов с меньшей величиной зерна и не­сколько большим их отклонением в сторону теплового центра; зоны 3 равноосных кристаллов, располагающейся посередине шва. В зависимо­сти от способа электрошлаковой сварки, химического состава металла шва и режима сварки может быть получено различное строение швов. Повышение содержания в шве углерода и марганца увеличивает, а уменьшение интенсивности теплоотвода уменьшает ширину зоны /.

Направленность кристаллизации зависит от коэффициента формы шва. При его увеличении за счет уменьшения скорости подачи электрод­ной проволоки (рис. 6.3, б) происходит отклонение роста кристаллов в сторону теплового центра сварочной ванны. Подобные швы имеют по­вышенную стойкость против кристаллизационных трещин. Медленное охлаждение швов при электрошлаковой сварке в интервале температур фазовых превращений способствует тому, что их структура характеризу­ется грубым ферритно-перлитным строением с утолщенной оторочкой феррита по границам кристаллов.

Термический цикл околошовной зоны при электрошлаковой сварке характеризуется длительным ее нагревом и выдержкой при температурах перегрева и медленным охлаждением. Поэтому в ней могут образовы­ваться грубые видманштеттовы структуры, которые по мере удаления от линии сплавления сменяются нормализованной мелкозернистой структурой. В зоне перегрева может наблюдаться падение ударной вязко­сти, что устраняется последующей термообработкой (нормализация с отпуском).

262 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Рис. 6.3. Строение металла шва при электрошлаковой сварке

Термический цикл электрошлаковой сварки, способствуя распаду аустенита в области перлитного и промежуточного превращений, благо­приятен при сварке низколегированных сталей, так как способствует по­давлению образования закалочных структур.

Основным фактором, определяющим после окончания сварки конеч­ную структуру металла в отдельных участках зоны термического влияния, является термический цикл, которому подвергался металл этого участка при сварке. Решающими факторами термического цикла сварки являются мак­симальная температура, достигаемая металлом в рассматриваемом объеме, и скорость его охлаждения. Ширина и конечная структура различных уча­стков зоны термического влияния определяются способом и режимом свар­ки, составом и толщиной основного металла. Общая протяженность зоны термического влияния может достигать 30 мм. При более концентрирован­ных источниках теплоты протяженность зоны меньше.

Рассмотренное разделение зоны термического влияния - приближенно. При переходе от одного структурного участка к другому имеются промежу­точные структуры. Кроме того, диаграмму железо - углерод мы рассматри­вали статично, в какой-то момент существования сварочной ванны. В дей­ствительности температура в точках зоны термического влияния изменяется во времени в соответствии с термическим циклом сварки.

Повышение прочности низколегированных сталей достигается леги­рованием их элементами, которые растворяются в феррите и измельчают перлитную составляющую. Наличие этих элементов при охлаждении тормозит процесс распада аустенита и действует равносильно некоторо­му увеличению скорости охлаждения. Поэтому при сварке в зоне терми­ческого влияния на участке, где металл нагревался выше температур Ась

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ

при повышенных скоростях охлаждения могут образовываться закалоч­ные структуры. Металл, нагревавшийся до температур значительно выше Ас3, будет иметь более грубозернистую структуру.

При сварке термически упрочненных сталей на участках рекристал­лизации и старения может произойти отпуск металла с образованием структуры сорбита отпуска и понижением прочностных свойств металла. Технология изготовления сварных конструкций из низколегированных сталей должна предусматривать минимальную возможность появления в зоне термического влияния закалочных структур, способных привести к холодным трещинам, особенно при сварке металла больших толщин. При сварке термически упрочненных сталей следует принимать меры, преду­преждающие разупрочнение стали на участке отпуска.

6.3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ

Низкоуглеродистые и низкоуглеродистые низколегированные стали обладают хорошей свариваемостью. Свариваемость среднеуглеродистых сталей, используемых в нормализованном состоянии, затруднена, осо­бенно при повышенной толщине металла. В некоторых случаях техноло­гия их сварки схожа с технологией сварки низколегированных сталей с повышенным содержанием углерода (см. гл. 7) и должна обеспечивать определенный комплекс требований, основные из которых - обеспечение надежности и долговечности конструкций (особенно из термически уп­рочняемых сталей, обычно используемых при изготовлении ответствен­ных конструкций).

Важное требование при сварке рассматриваемых сталей - обеспече­ние равнопрочности сварного соединения с основным металлом и отсут­ствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела соот­ветствующих свойств основного металла.

При сварке низкоуглеродистых и низкоуглеродистых низколегиро­ванных сталей при применении соответствующих сварочных материалов металл шва легирован кремнием и марганцем больше, чем основной ме­талл. Поэтому его механические свойства в большинстве случаев выше, чем у основного металла. В этом случае основное требование при сварке -получение сварного шва с необходимыми геометрическими размерами и без дефектов.

В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допус­кают снижение отдельных показателей механических свойств сварного со­единения. Однако во всех случаях, особенно при сварке ответственных кон­струкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов.

264 ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояния. Иногда к сварному соединению предъявляют допол­нительные требования (работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках, пониженных температурах и т.д.). Технология должна обеспе­чивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности конструкции.

Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки, предыдущей и последующей термообработкой. Химический со­став металла шва при сварке рассматриваемых сталей незначительно от­личается от состава основного металла (табл. 6.6). Это различие сводится к снижению содержания в металле шва углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания в нем углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем, кремнием, а при сварке низколегированных сталей - также и за счет перехода этих элементов из основного металла.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ

Таким образом, химиче­ский состав металла шва зави­сит от доли участия основного и дополнительного металлов в образовании металла шва и взаимодействий между метал­лом, шлаком и газовой фазой. Повышенные скорости охлаж­дения металла шва также спо­собствуют повышению его прочности (рис. 6.4), однако при этом снижаются его пла­стические свойства и ударная вязкость. Это объясняется из­менением количества и строе­ния перлитной фазы.

Критическая температура перехода металла однослойно­го шва в хрупкое состояние

Рис. 6.4. Зависимость между

скоростью охлаждения и

механическими свойствами

металла шва при дуговой сварке

низкоуглеродистых сталей

практически не зависит от скорости охлаждения. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкци­ей сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой из­делия.

Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослой­ных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предвари­тельно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла свар­ки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под воздействием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва.

Обеспечение равнопрочное™ металла шва при дуговых способах сварки низкоуглеродистьх и низколегированных нетермоупрочненных сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида тер­мообработки стали перед сваркой.

При сварке низкоуглеродисгых горячекатаных (в состоянии постав­ки) сталей при толщине металла до 15 мм на обычных режимах, обеспе­чивающих небольшие скорости охлаждения, структуры металла шва и околошовной зоны примерно такие, как было рассмотрено выше (см.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

рис. 6.2). Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсирован­ных режимах металла повышенной толщины, однопроходных угловых швов, при отрицательных температурах и т.д. может привести к появле­нию в металле шва и околошовной зоны закалочных структур на участ­ках перегрева и полной и неполной рекристаллизации.

Как видно из данных табл. 6.7 и рис. 6.5 скорость охлаждения для низкоуглеродистых сталей оказывает большое влияние на их механиче­ские свойства. При повышении содержания марганца это влияние усили­вается. Поэтому даже при сварке горячекатаной низкоуглеродистой стали марки СтЗкп при указанных выше условиях не исключена возможность получения в сварном соединении закалочных структур. Если сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение - закалку, то в зоне термиче­ского влияния шва на участках рекристаллизации и старения будет на­блюдаться отпуск металла, т.е. снижение его прочностных свойств. Уро­вень изменения этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки.

При сварке низколегированных сталей изменение свойств металла шва и околошовной зоны проявляется более значительно. Сварка горячекатаной стали способствует появлению закалочных структур на участках перегрева и нормализации (см. рис. 6.2). Уровень изменения механических свойств металла больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Термообработка низколегированных сталей, наиболее часто - закалка (термоупрочнение) с целью повышения их прочностных показателей при сохранении высокой пластичности (см. табл. 6.7) усложняет тех