Применение специальных видов проката: судостроительные и мостовые стали, их отличительные свойства и особенности сварки

01.09.2025

В судостроении применяются марки с гарантированной вязкостью и пределом текучести не ниже 315–390 МПа. Условие, которое проверяется в первую очередь, — способность материала сохранять пластичность при низких температурах.

При испытаниях по Шарпи ударная вязкость должна быть выше 34 Дж/см² при минус 20 °C. Такое требование связано с эксплуатацией корпусов в морской воде, где температурные перепады постоянны.

Указанные характеристики достигаются благодаря легированию марганцем и кремнием, а иногда добавлением никеля, снижающего порог хладноломкости. При выборе листов для киля или обшивки корпуса нужно контролировать содержание серы и фосфора, которое не должно превышать 0,035 %, так как эти элементы повышают склонность к образованию трещин при сварке.

В случае с мостовыми конструкциями требования иные. Здесь расчет ведется на длительные статические и динамические нагрузки.

Согласно СНиП II-23-81, для пролетных строений используются стали с пределом текучести 345–390 МПа, а в некоторых случаях до 450 МПа. При этом нормируется предел выносливости, который проверяется циклическими испытаниями. Для пролета длиной более 50 м материал должен выдерживать не менее 2·10⁶ циклов нагрузки без образования трещин.

Для усиленных узлов, находящихся в зоне действия максимального изгибающего момента, применяют марки с содержанием ванадия или ниобия. Эти элементы увеличивают предел текучести при сохранении хорошей свариваемости.

В зоне опорных частей допускается использование проката с толщиной до 80 мм, при этом учитывается уменьшение ударной вязкости на краевых участках.

Особое значение имеет толщина листа. В судостроении чаще всего применяют прокат от 6 до 40 мм, а в строительстве мостов используют диапазон от 12 до 100 мм.

Чем больше толщина, тем выше риск непроваров при сварке. В таких случаях рекомендуется многопроходная дуговая сварка с применением подогрева кромок до 120–150 °C. Это позволяет снизить скорость охлаждения и избежать закалки в зоне шва.

При сварке судовых марок стали распространены электроды с низким содержанием водорода. Согласно ГОСТ 9467, применяются электроды типов УОНИ-13/55 или аналогичные, обеспечивающие содержание диффузионного водорода не выше 4 мл/100 г наплавленного металла.

Такой режим уменьшает вероятность холодных трещин в сварном соединении.

Для стыковки толстостенных листов при изготовлении пролетных строений часто используют автоматическую сварку под флюсом. Рекомендуется флюс АН-348А, обеспечивающий минимальное содержание неметаллических включений в шве.

При толщине более 50 мм дополнительно выполняют контрольное наплавление в виде облицовочного прохода, снимающего остаточные напряжения.

В судовых корпусах нередко встречаются сопряжения листов разной толщины. В этих случаях применяется ступенчатая разделка кромок с углом раскрытия 25–30 градусов.

Сварка ведется в нижнем положении короткой дугой. Чтобы избежать прожогов, ток уменьшают на 10–15 % от номинального значения.

В мостостроении проблема концентрации напряжений в сварных узлах решается путем выполнения фасонных накладок. Толщина накладки должна составлять не менее 0,3 толщины основного листа.

Такая мера снижает локальное напряжение в зоне сварного соединения и продлевает срок службы конструкции.

Механическая обработка шва после сварки также имеет значение. В судостроении часто выполняется дробеструйная зачистка, которая снимает окалину и уменьшает вероятность зарождения трещин при вибрации корпуса.

В мостовых конструкциях применяют шлифование с переходом в основной металл плавной дугой радиусом не менее 10 мм, что уменьшает усталостную чувствительность.

Прокат для судовых корпусов должен соответствовать требованиям Регистра судоходства. При этом нормируется не только прочность, но и способность сохранять ударную вязкость после старения.

Испытания проводят выдержкой образцов при 250 °C в течение 1 часа, после чего снова выполняется проверка по Шарпи. Снижение вязкости не должно превышать 30 % от первоначального значения.

Для мостов обязательным является контроль свариваемости при разных температурах. Испытываются стыковые соединения при минус 20 °C, где допускается только пластическая деформация без образования трещины.

Кроме того, проверяется металлургическая однородность зоны шва с помощью макрошлифов, на которых не должно быть непроваров.

В работе с судостроительными марками важно учитывать коррозионную стойкость. Хотя задача защиты решается в основном покрытием, содержание меди до 0,3 % позволяет замедлить развитие ржавчины на открытых палубах.

Для пролетных строений этот параметр не столь критичен, но при эксплуатации в условиях повышенной влажности выбирают сталь с ограниченным содержанием серы, так как она ускоряет питтинговую коррозию в зонах напряжений.

При проектировании сварных соединений важно соблюдать симметрию швов. В судостроении нередко выполняют двустороннюю сварку, что уменьшает коробление и повышает прочность стыка.

В случае мостов с большими толщинами предпочтение отдают Х-образной разделке, обеспечивающей равномерное проплавление по всей глубине.

Следует отметить, что использование подогрева при сварке не только снижает вероятность трещин, но и улучшает структуру металла в зоне шва. Для судостроительных марок оптимальная температура подогрева — 120 °C, для мостовых — 150–180 °C.

При толщине свыше 70 мм рекомендуется медленное охлаждение под слоем термоизоляционного материала.

Контроль сварного соединения часто включает изгибные испытания. Для судовых сталей допустимый угол изгиба без разрушения составляет не менее 120 градусов.

Для мостовых элементов этот показатель ниже — 90 градусов, так как расчет ведется на жесткость и сопротивление циклическим нагрузкам.

В моей практике неоднократно встречались случаи, когда нарушение технологии сварки приводило к появлению продольных трещин на стыках листов. Избежать этого помогает выбор правильного режима: ток в пределах 400–500 А для дуговой автоматической сварки и скорость перемещения электрода 25–30 см/мин.

Такой режим обеспечивает равномерное проплавление и отсутствие пор.

При изготовлении судовых корпусов всегда уделяют внимание совмещению листов по кромкам. Допустимый зазор не более 2 мм, превышение которого вызывает непровары и дефекты в шве.

Для мостов допускается зазор до 3 мм при условии последующего заваривания корневого слоя отдельным проходом.

Я часто сталкивался с тем, что при сварке толстостенных деталей без подогрева образуются закалочные структуры в зоне термического влияния. В результате металл становится хрупким и ломается при ударе.

Поэтому всегда стоит выдерживать предписанный температурный режим и пользоваться электродами с минимальным содержанием влаги.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев