Что такое свариваемость стали

Стали, как известно, являются наиболее широко применяемыми конструкционными материалами. В мостах, зданиях и многих других стальных конструкциях сталь необходимо сваривать – выполнять сварные соединения. Поэтому конструкционная прочность стальной конструкции зависит не только от прочности самой стали, но и прочности сварных соединений – сварных швов. Вот почему свариваемость конкретной стали всегда является важным вопросом.

Свариваемость низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали обычно свариваются легко. Сварка средне- и высокоуглеродистых сталей является сравнительно более сложной, в том числе, из-за возможного образования мартенсита в зоне термического влияния сварного шва. Этот мартенсит может значительно снизить вязкие свойства материала сварного шва.

В низкоуглеродистых сталях прочность сварного шва оказывается выше, чем смежного основного металла. Это происходит потому, что при охлаждении материала зоны термического влияния сварного в нем образуется дисперсная перлитная структура. Остаточный аустенит вдоль границ ферритных зерен сдерживает рекристаллизацию и поэтому помогает сохранить мелкое зерно, что и обеспечивает повышенную прочность материала в зоне сварного шва.

Микроструктура стали в сварном шве

В ходе сварки металл вблизи сварного шва нагревается выше температуры А1 и он переходит в аустенитное состояние. При охлаждении аустенит в этой зоне термического влияния превращается в новую структуру, тип которой зависит от скорости охлаждения и термокинетической диаграммы для этой стали. Обычные низкоуглеродистые стали имеют настолько низкую закаливаемость, что при обычных скоростях охлаждения мартенсит образуется очень редко. Однако сварной шов легированной стали может потребовать  дополнительного термической обработки для отпуска образовавшегося мартенсита.

Сталь, которая до сварки подвергалась термической обработке – закаливалась и отпускалась, имеет при сварке две проблемы. Во-первых, в материале зоны термического влияния сварного шва, который нагревается до температуры выше А1, после охлаждения может образоваться мартенсит. Во-вторых, часть зоны термического влияния ниже температуры А1 может получить чрезмерных отпуск-отжиг. Обычно стали в термически упрочненном состоянии не сваривают.

svarivaemost-staliРисунок – Зона термического влияния в сварном стальном шве:
а) фазы и структуры стали при максимальной температуре;
б) фазы и структуры после охлаждения стали с низкой закаливаемостью;
в) фазы и структуры после охлаждения стали с высокой закаливаемостью.