Stal wysokowęglowa odnosi się do stali węglowej o w(C) wyższym niż 0.6%, która ma większą tendencję do utwardzania niż stal średniowęglowa i tworzy martenzyt wysokowęglowy, który jest bardziej wrażliwy na powstawanie pęknięć na zimno. Jednocześnie struktura martenzytu utworzona w strefie wpływu ciepła spawania jest twarda i krucha, co prowadzi do znacznego zmniejszenia plastyczności i wytrzymałości połączenia. Dlatego spawalność stali wysokowęglowej jest dość słaba i należy stosować specjalne procesy spawania, aby zapewnić wydajność połączenia. . Dlatego w konstrukcjach spawanych jest ona na ogół rzadko stosowana. Stal wysokowęglowa jest stosowana głównie do części maszyn, które wymagają wysokiej twardości i odporności na zużycie, takich jak wały, duże koła zębate i sprzęgła [1]. Aby zaoszczędzić stal i uprościć proces obróbki, te części maszyn są często łączone ze spawanymi konstrukcjami. Problemy ze spawaniem elementów ze stali wysokowęglowej występują również w produkcji ciężkich maszyn. Podczas opracowywania procesu spawania połączeń spawanych ze stali wysokowęglowej należy szczegółowo przeanalizować różne wady spawalnicze, jakie mogą wystąpić, i podjąć odpowiednie środki zaradcze w procesie spawania.
1 Spawalność stali wysokowęglowej
1.1 Metoda spawania
Stal wysokowęglowa jest wykorzystywana głównie do produkcji konstrukcji wymagających dużej twardości i odporności na zużycie, dlatego głównymi metodami spawania są spawanie łukiem elektrodowym, lutowanie twarde oraz spawanie łukiem krytym.
1.2 Materiały spawalnicze
Spawanie stali wysokowęglowej na ogół nie wymaga wytrzymałości połączenia i metalu bazowego. W spawaniu łukiem elektrodowym na ogół stosuje się elektrody niskowodorowe o silnych właściwościach odsiarczania, niskiej zawartości wodoru dyfuzyjnego w osadzonym metalu i dobrej wytrzymałości. Gdy wymagana jest wytrzymałość metalu spoiny i metalu bazowego, należy wybrać elektrodę niskowodorową o odpowiednim poziomie; gdy wytrzymałość metalu spoiny i metalu bazowego nie jest wymagana, należy wybrać elektrodę niskowodorową o poziomie wytrzymałości niższym niż metal bazowy. Nie można wybierać elektrod spawalniczych o wyższej klasie wytrzymałości niż metal bazowy. Jeśli nie wolno podgrzewać metalu bazowego podczas spawania, aby zapobiec pęknięciom na zimno w strefie wpływu ciepła, można użyć elektrod ze stali nierdzewnej austenitycznej w celu uzyskania struktur austenitycznych o dobrej plastyczności i dużej odporności na pękanie.
1.3 Przygotowanie rowka
Aby ograniczyć udział masowy węgla w metalu spoiny, należy zmniejszyć stopień wtopienia, dlatego podczas spawania stosuje się zazwyczaj rowki w kształcie litery U lub V, a także zwraca się uwagę na oczyszczenie rowka oraz usunięcie plam oleju i rdzy w promieniu 20 mm po obu stronach rowka.
1.4 Podgrzewanie wstępne
W przypadku stosowania elektrod do spawania stali konstrukcyjnej, przed spawaniem należy je podgrzać, a temperatura podgrzewania powinna mieścić się w zakresie od 250 do 350 stopni.
1.5 Przetwarzanie międzywarstwowe
W wielowarstwowym spawaniu wieloprzebiegowym pierwsze przejście wykorzystuje elektrody o małej średnicy i spawanie niskoprądowe. Zazwyczaj przedmiot obrabiany jest umieszczany w półpionowym spawaniu lub pręt spawalniczy jest używany do wychylania się na boki, tak aby cała strefa wpływu ciepła metalu bazowego została podgrzana w krótkim czasie, aby uzyskać efekt wstępnego podgrzewania i zachowania ciepła.
1.6 Obróbka cieplna po spawaniu
Bezpośrednio po spawaniu należy umieścić obrabiany przedmiot w piecu grzewczym i utrzymywać go w temperaturze 650 stopni w celu wyżarzania odprężającego
2 Wady spawalnicze stali wysokowęglowej i środki zapobiegawcze
Ze względu na dużą tendencję stali wysokowęglowej do hartowania, podczas spawania istnieje ryzyko wystąpienia pęknięć na gorąco i na zimno.
2.1 Środki zapobiegawcze w przypadku pęknięć termicznych
1) Kontroluj skład chemiczny spoiny, ściśle kontroluj zawartość siarki i fosforu oraz odpowiednio zwiększaj zawartość manganu, aby poprawić strukturę spoiny i zmniejszyć segregację.
2) Kontroluj kształt przekroju spoiny. Stosunek szerokości do głębokości powinien być nieco większy, aby uniknąć segregacji w środku spoiny.
3) W przypadku spawania części o dużej sztywności należy dobrać odpowiednie parametry spawania, kolejność i kierunek spawania.
4) W razie konieczności należy zastosować wstępne podgrzanie i powolne chłodzenie, aby zapobiec powstawaniu pęknięć na gorąco.
5) Zwiększ zasadowość elektrody lub topnika, aby zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń w spoinie i poprawić stopień segregacji.
2.2 Środki zapobiegawcze w przypadku pęknięć zimnych
1) Podgrzanie przed spawaniem i powolne chłodzenie po spawaniu może nie tylko zmniejszyć twardość i kruchość strefy wpływu ciepła, ale także przyspieszyć dyfuzję wodoru w spoinie.
2) Wybierz odpowiednie metody spawania.
3) Zastosować odpowiednią kolejność montażu i spawania, aby zmniejszyć naprężenia w spoinie i poprawić stan naprężeń w spoinie.
4) Wybierz odpowiednie materiały spawalnicze, osusz elektrody i topniki przed spawaniem i używaj ich według potrzeb.
5) Przed spawaniem należy dokładnie usunąć wodę, rdzę i inne zanieczyszczenia znajdujące się na powierzchni metalu bazowego wokół rowka, aby zredukować zawartość wodoru dyfuzyjnego w spoinie.
6) Obróbkę odwodornienia należy wykonać bezpośrednio przed spawaniem, aby umożliwić całkowite ulotnienie się wodoru ze spoiny.
7) Wyżarzanie odprężające należy wykonać bezpośrednio po spawaniu, aby wspomóc dyfuzję wodoru w spoinie na zewnątrz.
3.Wnioski
Ze względu na wysoką zawartość węgla, wysoką hartowność i słabą spawalność stali wysokowęglowej, łatwo jest wytworzyć strukturę martenzytyczną o wysokiej zawartości węgla podczas spawania i łatwo jest wytworzyć pęknięcia spawalnicze. Dlatego podczas spawania stali wysokowęglowej należy wybrać rozsądny proces spawania. I podjąć odpowiednie środki w odpowiednim czasie, aby zmniejszyć występowanie pęknięć spawalniczych i poprawić wydajność spawanych połączeń.
