Is от

0,08 0.01 0,06 0Л5 0,011 0,03 0,01

Рис. 6-7. Образование трещин в зависимости от содержания серы, марганца и углерода в металле углового шва. Поля диаграммы выше кривых соответствуют наличию, ниже - отсутствию трещин. Коэффициент формы шва равен 1,5

ОТ расхождения. Радикальной мерой предотвращения таких трещин яв- LiTTnc -h-4Н ляется надежное закрепление кон-0,0, 0.5 0,6 0J 0,0 o,9lm свариваемых деталей в присно-

соблении или увеличение жесткости выводных планок.

Влияние химического состава металла шва. Химический состав металла шва оказывает первостепенное влияние на его стойкость против кристаллизационных трещин. Все элементы, входящие в состав металла шва, условно могут быть отнесены к трем основным группам,

Первая группа - элементы, присутствие которых снижает стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. Такие элементы принято называть вредными. Вторая группа - элементы, которые в зависимости от их сочетания и концентрации оказывают положительное (полезные примеси) или отрицательное (вредные примеси) влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Третья группа - элементы, присутствие которых не оказывает влияния на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Сера - вредная примесь. Повышение содержания серы в металле шва резко снижает его стойкость против кристаллизационных трещин. Сера практически нерастворима в твердом железе, а поэтому находится в швах на стали в виде неметаллических сульфидных включений. Непосредственной причиной образования кристаллизационных трещин от серы являются легкоплавкие сульфидные прослойки, располагающиеся по границам кристаллитов металла шва. Критическое содержание серы в шве,- т. е. ее содержание, выше которого наблюдается образование трещин, зависит от величины растягивающих напряжений, формы шва и его химического состава.

Для швов на углеродистых сталях наибольшее влияние на образование трещин кроме серы оказывают также углерод и марганец. На рис. 6-7 представлена зависимость между критическим содержанием серы и содержанием углерода и марганца в металле шва.

Все остальные факторы, определяющие стойкость металла шва против кристаллизационных трещин, подразумеваются постоянными. Приведенные данные свидетельствуют о том, что снижение содержания углерода приводит к снижению вредного влия-

ния серы (критическое содержание серы повышается). Марганец в определенных пределах снижает вредное действие серы.

Сера переходит в металл шва из основного и дополнительного (присадочного) металлов и из материалов, входящих в состав электродного покрытия или флюса. Согласно действующим стандартам содержание серы в конструкционных сталях не должно превышать 0,05%, а обычно составляет 0,03-0,04%. Снижение содержания серы в стали в сравнении с этими количествами возможно, но связано с повышением стоимости выплавки стали.

Из экономических соображений целесообразнее снижать содержание серы в сварочных материалах, в частности в сварочной проволоке. ГОСТ 2246-70 ограничивает содержание серы в низкоуглеродистой и легированной сварочной проволоке в пределах 0,04-0,02%. В некоторых марках высоколегированной проволоки это ограничение составляет 0,015%. Жестко ограничено содержание серы в электродных покрытиях и сварочных флюсах. Значительный практический интерес представляет обессеривание сварочной ванны за счет применения специальных флюсов и покрытий, при которых достигается переход серы из металла сварочной ванны в шлак.

Фосфор часто оказывает вредное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и приводит к резкому снижению ударной вязкости металла, особенно при пониженных температурах. Интенсивность влияния фосфора на образование кристаллизационных трещин пропорциональна содержанию легкоплавких фосфорсодержащих включений на границах кристаллитов металла шва. Возможность образования таких включений тем больше, чем выше концентрация фосфора и ниже его растворимость в твердом металле.

Так как растворимость фосфора в аустените меньше, чем в феррите, опасность образования кристаллизационных трещин от фосфора значительно больше в аустенитных швах. Наиболее Опасен фосфор для швов с чисто аустенитной структурой. Если же на ранних стадиях кристаллизации металла шва кроме аустенита образуется и феррит, опасность образования трещин значительно уменьшается, так как большая часть фосфора растворяется в металле. Фосфор является потенциальной причиной кристаллизационных трещин и в швах на некоторых среднелегированных сталях.

Влияние фосфора и серы на образование кристаллизационных трещин взаимно усиливается тем, что места ликвации этих элементов в металле шва совпадают. Углерод также усиливает вредное влияниефосфора. При обычных концентрациях фосфор в низкоуглеродистых и низколегированных швах кристаллизационных трещин не вызывает.

Фосфор попадает в металл шва из основного и электродного металлов и из материалов, входящих в состав покрытий и флюсов. В конструкционных углеродистых сталях содержание фосфора

допускается не более 0,055%, а в легированных сталях- не более 0,03%. Согласно ГОСТ 2246-70 содержание фосфора в сварочной проволоке не должно превышать 0,04%. В электродное покрытие и флюс фосфор попадает в основном с марганцевой рудой.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства металла шва, его прочность и поведение при эксплуатации. Вместе с тем углерод оказывает резко отрицательное влияние на стойкость металла шва против кристаллизационных трещин. В швах на углеродистых и низколегированных сталях углерод усиливает вредное действие серы. При сварке высоколегированных сталей углерод способствует образованию по границам кристаллитов легкоплавких пленок карбидного происхождения, что снижает стойкость швов против кристаллизационных трещин. Критическое содержание углерода зависит от конструкции узла, наличия или отсутствия предварительного подогрева, формы шва и содержания в нем других элементов, в первую очередь серы (см. рис. 6-7).

Углерод попадает в металл шва из основного и электродного или присадочного металлов. Чтобы снизить содержание углерода в металле шва, применяют сварочную проволоку и электродные стержни с низким содержанием углерода, уменьшают долю основного металла в шве. За счет взаимодействия металла с газовой и шлаковой фазами может происходить окисление (угар) углерода, что также снижает его содержание в шве.

Так как углерод является наиболее дешевым и недефицитным элементом, повышающим прочность металла шва, задача рациональной технологии сварки должна заключаться в сохранении в металле шва возможно более высокого количества углерода, еще не вызывающего снижения стойкости против трещин.

Кремний способствует образованию кристаллизационных трещин в швах на углеродистых сталях. Однако его вредное действие в этом отношении значительно слабее, чем углерода. В чисто аустенитных хромоникелевых швах кремний более опасен в отношении образования кристаллизационных трещин, чем в швах углеродистой стали. Это обусловлено выделением на границах кристаллитов пленок силицидов и других легкоплавких неметаллических соединений. Появление ферритной составляющей в структуре аустенитных швов повышае! их стойкость против образования трещин.

Кремний переходит в шов из основного и дополнительного металла и за счет восстановления его из электродного покрытия или флюса. Рациональная технология сварки должна обеспечи вать присутствие в шве кремния в количестве, повышающем стойкость его против пор (см. ниже), но не вызывающем снижения стойкости против образования трещин. Растворяясь в феррите, кремний повышает его прочность, что весьма желательно. Оптимальное содержание кремния зависит от способа сварки, типа шва и состава основного металла и при сварке углеродист{?Х ц