Характеристика свариваемости металлов и сплавов

Большое количество применяемых в производстве летательных аппаратов металлов и сплавов не позволяет в данном учебном пособии останавливаться на свариваемости каждого из них в отдельности. Поэтому далее приведены наиболее характерные особенности свариваемости для целых групп однотипных с этой точки зрения сплавов.

Стали. Конструкционные стали по химическому составу подразделяют на углеродистые (обыкновенного качества и качественные) и легированные (низко-, среднеи высоколегированные).

К углеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода от 0,05 до 0,90%. Углерод в этих сталях является элементом, определяющим в основном их механические свойства. В зависимости от его содержания стали делятся на три группы: низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,26—0,45% С) и высокоуглеродистые (0,46— 0,90% С), а от степени раскисления — на спокойные, кипящие (КП), полуспокойные (ПС). Кроме углерода в сталях содержатся примеси: марганец, кремний, сера, фосфор, кислород, азот, водород. Если две первые относятся к полезным, то все остальные ухудшают свариваемость, и их количество в сталях стремятся уменьшить. Именно меньшим содержанием примесей и более узким допуском по содержанию углерода в пределах конкретной марки стали качественная углеродистая сталь отличается от обыкновенной.

Низкоуглеродистые стали (ст. 3, стали 10, 15, 20 и др.) обладают хорошей свариваемостью, позволяющей достаточно легко обеспечивать равнопрочность сварного соединения основному металлу. Исключением является сварка деталей больших толщин при пониженных температурах, которая может сопровождаться образованием закалочных структур и поэтому часто производится с подогревом.

Увеличение содержания углерода в среднеуглеродистых сталях способствует не только появлению закалочных структур, но и усилению ликвации серы в шве и обогащению ею межкристаллитных прослоек, что может привести к образованию горячих трещин. Поэтому среднеуглеродистые стали относятся к сталям с ограниченной свариваемостью. Для снижения скорости охлаждения металла с целью уменьшения доли мартенсита в структуре металла требуется подогрев перед сваркой узлов из этих сталей до 523—573 К. После сварки для восстановления структуры металла и механических свойств, прежде всего пластичности, рекомендуется термическая обработка. Высокоуглеродистые стали относятся также к сталям с ограниченной свариваемостью. Они обладают еще большей чувствительностью к нагреву при сварке, чем среднеуглеродистые, и склонны как к закалке, так и к перегреву металла. При сварке изделий из высокоуглеродистых сталей необходимы подогрев и последующая термообработка. Из-за сложности сварки эти стали в сварных конструкциях применяют довольно редко.

При сварке углеродистых сталей уменьшения склонности к образованию горячих трещин добиваются снижением содержания углерода в наплавленном металле благодаря применению сварочной проволоки с меньшим содержанием углерода по сравнению с основным металлом. Одновременно шов легируют марганцем и кремнием, обеспечивающими сохранение необходимых механических свойств металла шва. Кроме этого, присутствие марганца связывает серу в соединение MnS, в котором сера находится в виде твердого раствора. Температура плавления такого раствора выше 1454 К, поэтому в шве снижается количество легкоплавких примесей, способствующих образованию горячих трещин. Для сварки углеродистых сталей можно рекомендовать ручную дуговую сварку покрытыми электродами, сварку самозащитной порошковой проволокой, под флюсом, сварку в атмосфере защитных газов (аргона, аргона с добавлением кислорода или углекислого газа), электрошлаковую, газовую сварку, контактную сварку.

Сварочные материалы (проволока, электрод, флюсы), режимы сварки конкретно для определенной марки стали выбирают на основе справочной литературы, в том числе отраслевых стандартов и рекомендаций, поэтому сведения о них в данном пособии не приводятся.

В зависимости от вида конструкции или в случае особых требований к ней возможно применение и некоторых других способов сварки.