Свариваемость , также известная как соединяемость , [1] материала относится к его способности свариваться . Многие металлы и термопласты можно сваривать, но некоторые из них сваривать легче, чем другие (см. Реологическая свариваемость ). Свариваемость материала используется для определения процесса сварки и сравнения конечного качества сварки с другими материалами.
Свариваемость часто трудно определить количественно, поэтому большинство стандартов определяют ее качественно. Например, Международная организация по стандартизации (ISO) определяет свариваемость в стандарте ISO 581-1980 следующим образом: «Металлический материал считается восприимчивым к сварке в установленной степени с заданными процессами и для заданных целей, когда сварка обеспечивает целостность металла соответствующим технологическим процессом для свариваемых деталей, чтобы соответствовать техническим требованиям как к их собственным качествам, так и к их влиянию на структуру, которую они формируют». Другие организации, занимающиеся сваркой, определяют ее аналогичным образом. [2]
Для стали существует три основных режима разрушения , по которым можно измерить свариваемость: холодные трещины , вызванные водородом , ламеллярный разрыв и отслоение точечной сварки . Наиболее заметным из них является холодные трещины, вызванные водородом . [3]
Свариваемость стали, в отношении холодного растрескивания , вызванного водородом , обратно пропорциональна закаливаемости стали, которая измеряет легкость образования мартенсита во время термической обработки. Закаливаемость стали зависит от ее химического состава, при этом большее количество углерода и других легирующих элементов приводит к более высокой закаливаемости и, следовательно, к более низкой свариваемости. Для того чтобы иметь возможность судить о сплавах, состоящих из многих различных материалов, мера, известная как эквивалентное содержание углерода , используется для сравнения относительной свариваемости различных сплавов путем сравнения их свойств с простой углеродистой сталью . Влияние на свариваемость таких элементов, как хром и ванадий , хотя и не такое большое, как у углерода , более существенно, чем, например, у меди и никеля . По мере увеличения эквивалентного содержания углерода свариваемость сплава снижается. [4]
Высокопрочные низколегированные стали (HSLA) были разработаны специально для сварки в 1970-х годах, и эти, как правило, легко свариваемые материалы обладают хорошей прочностью, что делает их идеальными для многих видов сварки. [5]
Нержавеющие стали из-за высокого содержания хрома ведут себя по-другому в отношении свариваемости, чем другие стали. Аустенитные сорта нержавеющей стали, как правило, наиболее свариваемы, но они особенно подвержены деформации из-за высокого коэффициента теплового расширения. Некоторые сплавы этого типа склонны к растрескиванию и снижению коррозионной стойкости. Горячие трещины возможны, если количество феррита в сварном шве не контролируется — для решения этой проблемы используется электрод, который наплавляет металл шва, содержащий небольшое количество феррита. Другие типы нержавеющей стали, такие как ферритные и мартенситные нержавеющие стали, не так легко свариваются и часто должны предварительно нагреваться и свариваться специальными электродами. [6]
Слоистые разрывы — это тип разрушения, который встречается только в изделиях из прокатной стали и который был практически устранен при использовании более чистых сталей.
Чрезмерная закаливаемость, которая может возникнуть при точечной сварке стали HSLA, может быть проблемой. Эквивалентное содержание углерода может использоваться в качестве параметра для оценки склонности к отказу. [3]
Свариваемость алюминиевых сплавов значительно различается в зависимости от химического состава используемого сплава. Алюминиевые сплавы подвержены образованию горячих трещин, и для борьбы с этой проблемой сварщики увеличивают скорость сварки, чтобы снизить подачу тепла. Предварительный нагрев снижает температурный градиент в зоне сварки и, таким образом, помогает уменьшить образование горячих трещин, но он может ухудшить механические свойства основного материала и не должен использоваться, когда основной материал ограничен. Также можно изменить конструкцию соединения и выбрать более совместимый присадочный сплав, чтобы снизить вероятность образования горячих трещин. Алюминиевые сплавы также следует очищать перед сваркой с целью удаления всех оксидов , масел и свободных частиц с поверхности, подлежащей сварке. Это особенно важно из-за восприимчивости алюминиевого шва к пористости из-за водорода и шлаку из-за кислорода. [7]
Хотя свариваемость может быть в целом определена для различных материалов, некоторые сварочные процессы работают лучше для данного материала, чем другие. Даже в рамках определенного процесса качество сварки может сильно различаться в зависимости от параметров, таких как материал электрода, защитные газы, скорость сварки и скорость охлаждения. [1]