Высокоуглеродистая сталь не имеет в своем составе легирующих элементов, среди которых находятся хром, ванадий и никель. Стоит отметить, что данный вид стали имеет в своем составе углерод свыше 0,6%. Содержание углерода определяет свойства сталей. Таким образом, с увеличением процентного содержания углерода в составе стали, возрастает предел ее прочности и повышается твердость, но, в тот же момент, снижаются ее пластические свойства.

Углеродистая сталь более устойчива к высоким температурам и сохраняет свои свойства при подогреве до 450 градусов по Цельсию. Она прекрасно воспринимает динамические нагрузки разной тяжести и способна не поддеваться коррозии. В этом случае углеродистая сталь очень легкая и устойчива к износу. Например углеродистой сталью является чугун и его изделия.

Разные виды углеродистых сталей применяются для производства инструментов, деталей для котлов, труб, турбин и других изделий, которые применяются для эксплуатации при высоких нагрузках.

Средне- и высокоуглеродистые стали имеют характерную особенность – образовывать закалочные структуры в сварочном шве и зоне термического влияния, которые могут создавать опасность хрупкого разрушения. Для получения надежных сварочных швов подбирается марка стали в соответствии возможности получения требуемых стабильных механических свойств сварочных соединений.

Высокоуглеродистые стали склонны к хрупкости после воздействия термического цикла сваривания и выражается значительно сильнее, в чем в среднеуглеродистых сталях. Стали данного вида чувствительны к горячим и холодным трещинам. Из-за этого следует обязательно подогревать свариваемый металл до температуры 350 – 400 градусов по Цельсию. После подогрева требует производить отжиг и проводить его до тех пор, пока свариваемое изделие не остынет до температуры 20 градусов по Цельсию.

Изготовление надежных сварочных соединений может затрудняться из-за нависшей опасности образования холодных трещин и повышенной чувствительности сталей данного вида к концентраторам напряжения при статических и динамических нагрузках.

Сварные конструкции проектируются с наименьшей концентрацией напряжений. Радиусы перехода от одного сечения в свариваемой детали к другой должны быть максимальными исходя из допустимых конструктивны соображений.

Для того чтобы повысить прочность сварочных швов высокоуглеродистой стали, следует создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла. Для стыкового сварочного соединения стоит удалять усиление сварочного шва.

Особое внимание в этом случае нужно уделять проплаву сварочного шва, который имеет более крутой переход от шва к металлу изделия. В случае, когда механическая обработка внутренней поверхности детали для зачистки и проплавления невозможна, то следует проводить комбинированное сваривание без остающейся подкладки.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа и углерода с незначительным содержанием кремния, марганца, фосфора и серы. В углеродистой стали, в отличие от нержавеющей, отсутствуют легирующие элементы (молибден, хром, марганец, никель, вольфрам) Свойства углеродистой стали сильно изменяются в зависимости от незначительного изменения содержания углерода. С ростом содержания углерода растут твердость и прочность стали, а ударная вязкость и пластичность снижаются. При содержании углерода более 2,14% сплав называется чугуном.

Классификация углеродистых сталей

• низкоуглеродистую (с содержанием углерода до 0,25%)
• среднеуглеродистую (с содержанием углерода 0,25 - 0,6%)
• высокоуглеродистую (с содержанием углерода 0,6 - 2,0%)

По способу производства различают сталь:

1. Обыкновенного качества (углерода до 0,6%) кипящую, полуспокойную, спокойную

Существует 3 группы сталей обыкновенного качества:

• Группа А. Поставляется по механическим свойствам без регламентации состава сталей. Стали эти обычно используются в изделиях без последующей обработки давлением и сваркой. Чем больше число условного номера, тем выше прочность и меньше пластичность стали.
• Группа Б. Поставляется с гарантией химического состава. Чем больше число условного номера, тем выше содержание углерода. В дальнейшем могут обрабатываться ковкой, штамповкой, температурным воздействием без сохранения начальной структуры и механических свойств.
• Группа В. Могут свариваться. Поставляются с гарантией состава и свойств. Эта группа сталей имеет механические свойства в соответствии с номерами по группе А, а химический состав – с номерами по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

2. Высококачественную с содержанием серы до 0,030 % и фосфора до 0,035%. Сталь имеет повышенную чистоту и обозначается буквой А после марки стали

По назначению стали могут быть:

• строительные
• машинострои­тельные (конструкционные)
• инструментальные
• стали с осо­быми физическими свойствами

Такие стали хорошо свариваются. Чтобы правильно выбрать электроды нужного типа и марки, необходимо учитывать следующие требования:

• Равнопрочное сварочное соединение с основным металлом
• Бездефектный сварной шов
• Оптимальный химический состав шовного металла
• Устойчивость сварных соединений при вибрационных и ударных нагрузках, повышенных и пониженных температурах

Для сварка низкоуглеродистых сталей используются электроды марок ОММ-5,СМ – 5, ЦМ – 7, КПЗ-32Р, ОМА – 2, УОНИ – 13/45, СМ – 11

Сварка углеродистых сталей

Углерод увеличивает возможность закалки стали. Сталь с содержанием углерода (0,25–0,55%) подвержена закалке и отпуску, что значительно увеличивает ее твердость и износостойкость. Эти качества стали используются в производстве деталей механизмов, осевых валов, зубчатых колес, корпусов, звездочек и других деталей, требующих повышенной износостойкости. Зачастую сварка становится единственной технологией изготовления и ремонта деталей машин, станин производственного оборудования и т.д.

Проблемы сварки углеродистых сталей и методы их решения

Однако, сварка углеродистых сталей затруднена по следующей причине: углерод, содержащийся в таких сталях, способствует образованию при сварке кристаллизационных горячих трещин и малопластичных закалочных образований и трещин в околошовных зонах. Металл самого шва отличается по свойствам от основного металла, а углерод снижает устойчивость швов к образованию трещин, усиливая отрицательное влияние серы и фосфора.

Критическое содержание углерода в шве зависит от:

• конструкции узла
• формы шва
• содержания в шве различных элементов
• предварительного подогрева участка шва

Соответственно, методы повышения устойчивости от образования горячих трещин направлены на:

• Ограничение элементов, способствующих образованию трещин
• Снижение растягивающих напряжений в шве
• Формирование оптимальной формы шва максимально однородного химического состава

Кроме того, повышенное содержание углерода способствует формированию малопластичных структур, которые под действием различных напряжений склонны к образованию холодных трещин и разрушению. Для предотвращения этого используются способы, исключающие факторы, способствующие возникновению таких условий.

Требования к технологии сварки углеродистых сталей

При выполнении сварных соединений сталей с повышенным содержанием углерода для стойкости швов к образованию трещин следует соблюдать следующие условия:

• Применять сварочные электроды и проволоку с низким содержанием углерода
• Использовать режимы сварки и технологические меры, ограничивающие дрейф углерода из основного металла в сварочный шов (разделку кромок, увеличенный вылет, использование присадочной проволоки и пр.)
• Вводить элементы, способствующие образованию в шве тугоплавких или округлых сульфидных образований (марганца, кальция и т.д.)
• Использовать определенный порядок наложения швов, снижать жесткость узлов. Использовать другие режимы и методы, обеспечивающие снижение напряжений в сварочном шве
• Выбирать нужные формы шва и снижать его химическую неоднородность
• Минимизировать содержание диффузионного водорода (применять низко-водородные электроды, сушку защитных газов, очистку кромок и проволоки, прокаливать электроды, проволоку, флюсы)
• Обеспечивать медленное охлаждение сварочного шва (использовать многослойную, двухдуговую или многодуговую сварку, наплавку отжигающего валика, использовать экзотермические смеси и др.)

Технологические особенности сварки углеродистых сталей

Некоторые особенности подготовки и сварки деталей из углеродистых сталей:

При сварке углеродистой стали основной металл очищается от ржавчины, грязи, слоя окалины, масла и прочих загрязнений, которые являются источниками водорода и способны образовывать поры и трещины в шве. Очищаются кромки с прилегающими участками металла шириной до 10 мм. Таким образом обеспечивается плавный переход к основному металлу конструкции и прочность шва при различных нагрузках.

• Сборка деталей под сварку. Разделка кромок

При сборке деталей под сварку обязательно соблюдается зазор, зависящий от толщины деталей. Ширина зазора на 1-2 мм больше, чем при сборке элементов хорошо свариваемых сталей. Разделку кромок следует проводить при толщине металла от 4 мм, что способствует уменьшению перехода углерода в шов. Поскольку высока склонность к закалке, от прихваток малого сечения следует отказаться или использовать перед прихватками предварительный локальный подогрев.

• Сварочный режим должен обеспечивать наименьшую проплавку основного металла и оптимальную быстроту охлаждения. Правильность выбора режима сварки может быть подтверждена результатами замера твердости металла шва. При оптимальном режиме она не должна превышать 350 HV.
• Ответственные узлы свариваются в два и более прохода. Сварной шов к основному металлу должен иметь плавный подход. Частые разрывы дуги, вывод кратера на основной металл и его ожоги не допускаются.
• Ответственные конструкции из углеродистых сталей, а также узлов с жестким контуром и др. свариваются с предварительным подогревом. Подогрев осуществляется в температурном диапазоне 100–400 °С, причем температура подогрева тем выше, чем больше содержание углерода и толщина свариваемых деталей.
• Охлаждение сварных соединений после окончания сварки углеродистой стали должно быть медленным. Сварной узел для этого накрывается специальным теплоизоляционным материалом, перемещается в специальный термостат или используется после сварочный нагрев.

Сварочные материалы для сварки углеродистых сталей

• Для сварки сталей с содержанием углерода до 0,4% можно использовать сварочные электроды, пригодные для сварки низколегированных сталей с небольшими ограничениями. Для ручной сварки применяют электроды с покрытием основного типа, которые обеспечивают минимальное содержание водорода в шовном наплаве. Используются электроды марок УОНИ–13/45, УОНИ–13/55 и др.
• Механизированная сварка углеродистой стали в защитном газе предполагает использование проволоки марок Св–08Г2С, Св–09Г2СЦ или аналогичных, а также газовой смеси углекислоты и кислорода (при содержании последнего до 30%) или углекислого газа. Допускается использовать окислительные аргоновые газовые смеси (70-75% Ar+20-25% СО2+5% О2). Наиболее оптимальная толщина проволоки 1,2 мм.
• Если углеродистая сталь прошла термическую обработку или легирована, то электродная проволока Св–08Г2С не обеспечит необходимые механические свойства. В этих случаях для сварки применяются проволоки комплексно-легированные марок Св–08ГСМТ, Св–08ХГСМА, Св–08Х3Г2СМ и др.
• Автоматическая сварка углеродистой стали под флюсом производится проволоками Св–08А, Св–08АА, Св–08ГА при совместном использовании с флюсами АН–348А, ОСЦ–45. Рекомендуется применение флюсов АН–43 и АН–47, которые обладают хорошими технологическими качествами и устойчивостью к образованию трещин.
• Материалы для сварки (проволока, электроды) должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий. Не допускается использовать электроды со значительными дефектами покрытия. Проволока должна быть без грязи и ржавчины, флюсы и электроды перед использованием прокаливаются при температурах, которые рекомендованы сопроводительной технической документацией. Для сварки следует использовать только сварочный углекислый газ. Пищевой углекислый газ можно применять только после дополнительной осушки.

Похожие статьи

goodsvarka.ru

Сварка низкоуглеродистых сталей – Осварке.Нет

Низкоуглеродистыми называют стали с низким содержанием углерода до 0,25%. Низколегированными называют стали с содержанием до 4% легирующих элементов без учета углерода.

Хороша свариваемость низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей является главной причиной их массового применения для производства сварочных конструкций.

Химический состав и свойства сталей

В углеродистых конструкционных сталях углерод основной легирующий элемент. От количества содержания этого элемента зависят механические свойства сталей. Низкоуглеродистые стали разделяют на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества

В зависимости от степени раскисления стали обыкновенного качества разделяют на:

• кипящие - кп;
• полуспокойные - пс;
• спокойные - сп.

Кипящие стали

Стали этой группы содержат не более 0,07% кремния (Si). Получают сталь путем неполного раскисления стали марганцем. Отличительной особенностью кипящей стали является неравномерное распределение серы и фосфора по толщине проката. Попадание участка со скоплением серы в зону сварки может привести к появлению кристаллизационных трещин в шве и зоне термического влияния. Находясь в среде пониженных температур такая сталь может перейти в хрупкое состояние. Поддавшись сварке такие стали могут стареть в околошовной зоне.

Спокойные стали

Спокойные стали содержат не менее 0,12% кремния (Si). Получают спокойные стали при раскислении стали марганцем, кремнием, алюминием. Отличаются более равномерным распределением в них серы и фосфора. Спокойные стали меньше отзываются на нагрев, меньше склонны к старению.

Полуспокойные стали

Полуспокойные стали имеют средние характеристики между спокойными и кипящими сталями.

Производят углеродистые стали обыкновенного качества трех групп. Стали группы А не используют для сварки, поставляют по их механическим свойствам. Букву «А» в обозначение стали не ставят, например «Ст2».

Стали группы Б и В поставляют по их химическим свойствам, химическим и механическим соответственно. В начало обозначения стали ставят букву группы, например БСт2, ВСт3.

Полуспокойные стали марок 3 и 5 могут поставляться с повышенным содержанием марганца. В таких сталях после обозначения марки ставят букву Г (например, БСт3Гпс).

Для изготовления ответственных конструкций следует использовать обыкновенные стали группы В. Изготовление сварочных конструкций из низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества не требует применения термической обработки.

Качественные стали

Низкоуглеродистые качественные стали поставляют с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца. Качественные стали содержат пониженное количество серы. Для изготовления сварочных конструкций из сталей этой группы применяют стали в горячекатаном состоянии, реже стали с термической обработкой. Сварка этих сталей для повышения прочности конструкции может производится с последующей термической обработкой.

Низколегированные стали

Если в углеродистую сталь вводят специальные химические элементы, которые изначально в ней отсутствует, то такую сталь называют легированной. Марганец и кремний считают легирующими компонентами если их содержание превышает 0,7% и 0,4% соответственно. Поэтому стали ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 15Г и 20Г считают одновременно низкоуглеродистыми и низколегированными конструкционными сталями.

Легирующие элементы способны образовывать соединения с железом, углеродом и другими элементами. Это способствует улучшению механических свойств сталей и снижает предел хладноломкости. Как следствие появляется возможность снизить массу конструкции.

Легирование металла марганцем влияет на повышение ударной вязкости и стойкость к хладноломкости. Сварочные соединения с марганцовистых сталей отличаются более высокой прочностью при знакопеременных ударных нагрузках. Повысить стойкость стали от атмосферной и морской коррозии можно легированием медью (0,3-0,4%). Большинство низколегированных сталей для производства сварочных конструкций используют в горячекатаном состоянии. Механические свойства легированных сталей можно улучшить термической обработкой, поэтому некоторые марки сталей для сварных конструкций используют после термической обработки.

Свариваемость низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать равные механические свойства шва и основного металла (не ниже нижнего предела свойств основного металла). В ряде случаев обусловленных условиями работы конструкции допускается снижение некоторых механических свойств шва. В шве должны отсутствовать трещины, непровары, поры, подрезы и другие дефекты. Форма и геометрические размеры шва должны соответствовать требуемым. К сварному соединению могут предъявляться дополнительные требования, которые связаны с условиями работы конструкции. Все без исключения сварочные швы должны быть долговечными и надежными, а технология обеспечивать производительность и экономичность процесса.

На механические свойства сварного соединения влияет его структура. Структура металла при сварке зависит от химического состава материала, режимов сварки и термической обработки.

Подготовка и сборка деталей под сварку

Подготовку и сборку под сварку осуществляют в зависимости от типа сварочного соединения, способа сварки и толщины металла. Для выдерживания зазора между кромок и правильного положения деталей используют специально созданные сборочные приспособления или универсальные приспособления (подходят для многих простых деталей). Сборку могут выполнять с использованием прихваток, размеры которых зависят от толщины свариваемого металла. Прихватка может быть длиной 20-120 мм, а расстояние между ними 500-800 мм. Сечение прихватки равно примерно трети шва, но не более 25-30 мм2. Прихватки можно выполнять ручной дуговой сваркой или механизированной сваркой в защитных газах. Прежде чем переходить к сварке конструкции прихватки зачищают, осматривают и при наличии них дефектов вырубают или удаляют другими методами. Во время сварки прихватки полностью переплавляют из-за возможного возникновения в них трещин как результат быстрого теплоотвода. Перед электрошлаковой сваркой детали размещают с зазором, который постепенно увеличивается к концу шва. Фиксация деталей для сохранения их взаимоположения выполняется с помощью скоб. Скобы должны быть на расстоянии 500-1000 мм. Удалять их необходимо по мере наложения шва.

При автоматических методах сварки следует устанавливать заходные и выходные планки. При автоматической сварке тяжело обеспечить качественный провар корня шва и предупредить прожоги металла. Для этого применяют остающиеся и съемные подкладки, флюсовые подушки. Можно также сваривать корень шва ручной дуговой сваркой или полуавтоматической в защитных газах, а остальную часть шва выполнять автоматическими методами.

Сварка ручными и механизированными методами выполняется на весу.

Кромки сварочных деталей тщательно зачищают от шлака, ржавчины, масла и других загрязнений для предупреждения образования дефектов. Ответственные конструкции сваривают преимущественно с двух сторон. Способ заполнения разделки кромок при сварке толстостенных конструкций зависит от его толщины и термический обработки металла перед сваркой. Выявленные после сварки непровары, трещины, поры и другие дефекты удаляют механическим инструментом, воздушно-дуговой или плазменной резкой, после чего заваривают обратно. При сварке низкоуглеродистых сталей свойства и химический состав сварного соединения во многом зависит от используемых материалов и режимов сварки.

Ручная дуговая сварка низкоуглеродистых сталей

Для получения качественного соединения при помощи ручной дуговой сварки необходимо правильно выбрать сварочные электроды, выставить режимы и применить правильную технику сварки. Недостатком ручной сварки является большая зависимость от опыта и квалификации сварщика, несмотря на хорошую свариваемость рассматриваемых сталей.

Сварочные электроды следует выбирать исходя из типа свариваемой стали и назначения конструкции. Для этого можно воспользоваться каталогом электродов, где хранятся паспортные данные множества марок электродов.

При выборе электрода следует обратить внимание на рекомендуемые условия по роду и полярности тока, пространственного положения, силе тока и т. д. В паспорте на электроды может указываться типичный состав наплавленного металла и механические свойства соединения выполненных этими электродами.

В большинстве случаев сварка низкоуглеродистых сталей производиться без мер направленных на предупреждение образования закалочных структур. Но все же при сварке толстостенных угловых швов и первого слоя многослойного шва для предотвращения образования трещин используют предварительный подогрев деталей до температуры 150-200° C.

При сварке нетермоупрочненных сталей хороший эффект достигается использованием методов сварки каскадом и горкой, что не дает металлу шва быстро остывать. Этот же эффект дает предварительный подогрев до 150-200° C.

Для сварки термоупрочненных сталей рекомендуется выполнять длинные швы по охлажденным предыдущим швам, чтобы избежать разупрочнения околошовной зоны. Также следует выбирать режимы с малой погонной энергией. Исправление дефектов при многослойной сварке следует делать швами большого сечения, длиной не менее 100 мм или предварительно подогревать сталь до 150-200° C.

Дуговая сварка в защитных газах низкоуглеродистых сталей

Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляется с применением углекислого газа или его смесей в качестве защитного газа. Можно применять смеси углекислый газ + аргон или кислород до 30%. Для ответственных конструкций сварку можно выполнять с использованием аргона или гелия.

В некоторых случаях применяют сварку угольным и графитовым электродом, для сварки бортовых соединений толщиной 0,2-2,0 мм (например, корпуса конденсаторов, канистры и т. д.). Так как сварка выполняется без использования присадочного прутка, содержание марганца и кремния в шве невелико, в результате теряется прочность соединения на 30-50% ниже от основного металла.

Сварка в углекислом газе выполняется с использованием сварочной проволоки. Для автоматической и полуавтоматической сварки в разных пространственных положениях применяют проволоку диаметром до 1,2 мм. Для нижнего положения используют проволоку 1,2-3,0 мм.

Как видно из таблицы для сварки всех сталей можно использовать проволоку Св-08Г2С.

Сварка низкоуглеродистых сталей под флюсом

Качественное сварное соединение с равной прочностью шва и основного металла достигается путем правильного подбора флюсов, проволоки, режимов и техники сварки. Автоматическую сварку под флюсом низкоуглеродистых сталей рекомендуют выполнять проволокой диаметра от 3 до 5 мм, полуавтоматическую сварку под флюсом диаметром 1,2-2 мм. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45. Низкоуглеродистую сварочную проволоку марок Св-08 и Св-08А, а для ответственных конструкций можно применить проволоку Св-08ГА. Такой комплект сварочных материалов позволяет получить швы с равными или превышающими механическими свойствами основному металлу.

Для сварки низколегированных сталей рекомендуется применять сварочную проволоку Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2 и другие с содержанием марганца. Флюсы что и для низкоуглеродистых сталей. Такие материалы позволяют получить необходимые механические свойства и стойкость металла от образования пор и трещин. При сварке без скоса кромок увеличение доли основного металла в металле шва может повысить содержание углерода. Это повышает прочностные свойства, но уменьшает пластические свойства соединения.

Режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей отличаются незначительно и зависят от техники сварки, типа соединения и шва. При сварке угловых однослойных швов, угловых и стыковых швов толстой стали марки ВСт3 на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне могут образовываться закалочные структуры и понизиться пластичность. Для предотвращения этого следует увеличить сечение шва или применить двухдуговую сварку.

Для предупреждения разрушения шва в зоне термического влияния при сварке низколегированных сталей следует использовать режимы с малой погонной энергией, а для сварки не термоупрочненных сталей - режимы с повышенной погонной энергией. Во втором случае для обеспечения пластических свойств шва и прилегающей зоны не хуже основного металла необходимо применять двухдуговую сварку или предварительный подогрев до 150-200° C.

osvarke.net

Сварка углеродистых сталей: высоко-, низко-, средне-, легированных, нержавеющих, электроды, технология, под флюсом

Главная страница » О сварке » Как правильно варить » Сварка углеродистых сталей

Углеродистая сталь - сплав железа и углерода с незначительным содержанием полезных примесей: кремний и марганец, вредных примесей: фосфор и сера. Концентрация углерода в сталях данного типа составляет 0,1-2,07%. Углерод выступает в качестве основного легирующего элемента. Именно он определяет сварочно-механические свойства этого класса сплавов.

В зависимости от величины содержания углерода выделяют следующие группы углеродистых сталей:

• менее 0,25% - низкоуглеродистые;
• 0,25-0,6 % - среднеуглеродистые;
• 0,6-2,07 % - высокоуглеродистые.

Сварка низкоуглеродистых сталей

Из-за малого концентрата углерода данный вид имеет следующие свойства:

• высокая упругость и пластичность;
• значительная ударная вязкость;
• хорошо поддается обработке с помощью сварки.

Низкоуглеродистые стали широко применяются в строительстве и при производстве деталей методом холодной штамповки.

Технология сварки низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали поддаются свариванию лучше всего. Их соединение может проводиться методом ручной дуговой сварки электродами с обмазкой. Применяя данный способ важно правильно подобрать марку электродов, что обеспечит равномерную структуру наплавленного металла. Сваривание должно осуществляться быстро и точно. Перед началом работ нужно подготовить соединяемые детали.

Газовая сварка осуществляется без применения дополнительных флюсов. В качестве присадочного материала используются металлические проволоки с небольшим содержанием углерода. Это поможет предотвратить образование пор.

Для обработки ответственных конструкций применяется газовая сварка в среде аргона.

После сварки готовую конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке путем операции нормализации: изделие следует нагреть до температуры примерно в 400°С; выдержать и охладить на воздухе. Данная процедура способствует тому, что структура стали становится равномерной.

Особенности сварки низкоуглеродистых сталей

Хорошая свариваемость таких сталей обеспечивает равнопрочность сварного шва с основным металлом, а также отсутствие дефектов.

Металл шва обладает пониженным содержанием углерода, доля кремния и марганца увеличена.

При ручной дуговой сварке околошовная область подвергается перегреву, что способствует его незначительному упрочнению.

Шов, наплавленный методом многослойной сварки, отличается повышенным уровнем хрупкости.

Соединения обладают высокой стойкостью против МКК из-за низкой концентрации углерода.

Виды сварки низкоуглеродистых сталей

1. Первым методом для соединения низкоуглеродистых сталей является ручная дуговая сварка электродами с покрытием. Для выбора оптимального вида и марки расходников необходимо учитывать следующие требования:

• сварной шов без дефектов: пор, подрезов, непроваренных участков;
• равнопрочное соединение с основным изделием;
• оптимальный химический состав металла шва;
• устойчивость швов при ударных и вибрационных нагрузках, а также повышенных и пониженных температурах.

Наименьший показатель напряжения и деформации исполнитель получает при выполнении сварки в нижнем пространственном положении.

Для сварки рядовых конструкций используются следующие марки электродов:

Сварочные электроды АНО-6

• АНО-3.
• АНО-4.
• АНО-5.
• АНО-6.
• ОЗС-3.
• ОММ-5.
• ЦМ-7.

Для сваривания ответственных конструкций применяются следующие марки сварочных материалов:

2. Газовая сварка осуществляется в защитной среде из аргона, без использования флюса, с применением металлической проволоки в качестве присадочного материала.

3. Электрошлаковая сварка осуществляется при помощи флюсов. Проволочные и пластинчатые электроды подбираются с учетом состава основного сплава.

4. Автоматическая и полуавтоматическая сварка осуществляется с защитной среде; применяется чистый аргон или гелий, часто используется углекислый газ. CO2 должен обладать высоким качеством. Если соединение кислорода и углерода будет перенасыщено водородом или азотом, то это приведет к порообразованию.

5. Автоматическая сварка под флюсом выполняется электродной проволокой диаметром 3-5 мм; полуавтоматическая - 1,2-2 мм. Сваривание выполняется постоянным током обратной полярности. Режим сварки варьируется в значительных величинах.

6. Наиболее оптимальным способом является сваривание порошковыми проволоками. Сила тока располагается в диапазоне от 200 до 600 А. Сварку рекомендуется проводить в нижнем положении.
7. Для сварки в защитных газах используется углекислый газ, а также смеси инертного газа с кислородом или CO2.

Соединение изделий толщиной менее 2 мм. осуществляется в атмосфере инертных газов вольфрамовым электродом.

Чтобы повысить стабильность дуги, улучшить формирование шва и понизить чувствительность наплавленного металла к пористости следует применять смеси газов.

Сваривание в атмосфере углекислого газа предназначено для работ со сплавами толщиной более 0,8 мм. и менее 2,0 мм. В первом случае используется плавящийся электрод, во втором - графитовый или угольный. Вид тока постоянный, полярность обратная. Следует отметить, что данный способ отличается повышенным уровнем разбрызгивания.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Среднеуглеродистые стали используются в тех случаях, когда необходимы высокие механические свойства. Данные сплавы могут подвергаться ковке.

Также они применяются для деталей, производимых методом холодной пластической деформации; характеризуются как спокойные, что позволяет использовать их в машиностроении.

Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Сваривание данных сплавов выполняется не так хорошо, как соединение низкоуглеродистых сталей. Обусловлено это несколькими трудностями:

• отсутствие равнопрочности основного и наплавленного металлов;
• высокий уровень риска образования больших трещин и непластичных структур в околошовной зоне;
• малый показатель стойкости к формированию кристаллизационных дефектов.

Однако, эти проблемы довольно легко решаются посредством выполнения следующих рекомендаций:

• применение электродов и проволоки с небольшим содержанием углерода;
• сварочные стержни должны обладать повышенным коэффициентом наплавки;
• для обеспечения наименьшей степени проплавления основного металла следует производить разделку кромок, устанавливать оптимальный режим сварки, использовать присадочную проволоку;
• предварительный и сопутствующий подогрев заготовок.

Технология сварки углеродистой стали при выполнении вышеперечисленных рекомендаций не обнаруживает появление проблем и затруднений.

Особенности сварки среднеуглеродистых сталей

Перед свариванием изделие необходимо очистить от грязи, ржавчины, масла, окалины и других загрязнений, которые являются источником водорода и могут поспособствовать образованию пор и трещин в шве. Очищению подвергаются кромки и прилегающие к ним участки шириной не более 10 мм. Это гарантирует прочность соединения при нагрузках различного рода.

Сборка деталей под сварку подразумевает соблюдение зазора, ширина которого зависит от толщины изделия и должна быть на 1-2 мм. больше, чем при работе с хорошо свариваемыми материалами.

Если толщина изделия из среднеуглеродистой стали превышает 4 мм., нужно выполнить разделку кромок.

Для наименьшей проплавки основного металла и оптимального уровня охлаждения следует верно подбирать режим сваривания. Правильность выбора можно подтвердить, осуществив замер твердости наплавленного металла. При оптимальном режиме, она не должна быть выше 350 HV.

Ответственные узлы соединяются в два и более прохода. Не допускаются частые разрывы дуги, ожог (прижег) основного металла и вывод на него кратера.

Сваривание ответственных конструкций осуществляется с предварительным подогревом от 100 до 400°С. Чем больше содержание углерода и толщина деталей, тем выше должна быть температура.

Охлаждение должно быть медленным, изделие помещается в термостат или накрывается теплоизоляционным материалом.

Виды сварки среднеуглеродистых сталей

Сварка среднеуглеродистых сталей может проводиться несколькими способами, которые мы рассмотрим далее.

1. Ручная дуговая сварка выполняется электродами с основным типом покрытия, обеспечивающие малое содержание водорода в наплавленном металле. Чаще всего исполнители используют следующие электроды для сварки углеродистых сталей:

• АНО-7.
• АНО-8.
• АНО-9.
• ОЗС-2.
• УОНИ-13/45.
• УОНИ-13/55.
• УОНИ-13/65.

Особое покрытие сварочных материалов УОНИ гарантирует увеличение стойкости соединения к образованию трещин, а также обеспечивает прочность шва.

Следует учитывать следующие нюансы:

• вместо поперечных перемещений нужно выполнять продольные;
• необходимо производить заварку кратеров, иначе увеличивается степень риска формирования трещин;
• рекомендуется осуществлять термообработку шва.

2. Газовая сварка углеродистых сталей тонколистового формата выполняется левым способом с помощью проволоки, также используется нормальное сварочное пламя. Средний расход ацетилена составляет 120-150 л/ч на 1 мм. толщины свариваемого сплава. С целью уменьшения риска образования кристаллизационных трещин, следует применять сварочные материалы с содержанием углерода не более 0,2-0,3 %.

Толстостенные изделия следует соединять правым способом газовой сварки, который характеризуется более высокой производительностью. Расчет ацетилена также равен 120-150 л/ч. Чтобы избежать перегрева рабочей зоны, расход нужно уменьшать.

Сварка углеродистых сталей газовой сваркой также включает следующие особенности:

• уменьшение окисления в сварочной ванне достигается пламенем с небольшим переизбытком ацетилена;
• положительное влияние на процесс оказывает применение флюсов;
• для избежания хрупкости в околошовной зоне применяют замедление охлаждения с помощью предварительного нагрева до 200-250°С или последующий отпуск при температуре 600-650°С.

После сваривания можно провести термическую обработку или проковку изделия. Эти операции существенно улучшают свойства.

Технология газовой сварки углеродистых сталей разработана с целью получения соединений, обладающих необходимыми механическими свойствами. Поэтому для исполнителя важно учитывать данные специфические черты.

3. Технология сварки под флюсом углеродистых сталей подразумевает применение сварочной проволоки и плавленых флюсов: АН-348-А и ОСЦ-45. Сваривание осуществляется на малых величинах тока. Это позволяет «насытить» наплавленный металл необходимым уровнем кремния и марганца. Данные элементы интенсивно переходят из флюса в металл шва.

Достоинства данного метода: высокая производительность; наплавляемый металл надежно защищен от взаимодействия с воздухом, что обеспечивает высокое качество соединения; экономичность процесса достигается за счет малого разбрызгивания и благодаря сокращению потерь металла на угар; стабильность горения дуги гарантирует получение мелкочешуйчатой поверхности шва.

4. Исполнители часто используют метод аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. Основная трудность при сварке среднеуглеродистых сталей данным способом - сложно избежать образования пор из-за небольшого раскисления основного металла. Для решения этой проблемы нужно снизить долю основного металла в наплавленном. Для этого необходимо верно подобрать режимы сварки аргоном углеродистой стали. Сваривание осуществляется постоянным током прямой полярности.

Величина напряжения устанавливается в зависимости от толщины конструкции при однопроходной сварке и исходя из высоты валика, которая составляет 2,0-2,5 мм - при многопроходной. Ориентировочные показатели тока можно определить таким образом: 30-35 А на 1 мм. вольфрамового прутка.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Демонстрационная сварка стали от рессор электродом Zeller 655

Потребность в высокоуглеродистых сталях возникает при проведении ремонтных работ, при производстве пружин, режущих, бурильных, деревообрабатывающих и других инструментов, высокопрочной проволоки, а также в тех изделиях, которые должны обладать высокой износостойкостью и прочностью.

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Сваривание возможно, как правило, с предварительным и сопутствующим подогревом до 150-400°С, а также последующей термообработкой. Обусловлено это склонностью данного типа сплавов к хрупкости, чувствительностью к горячим и холодным трещинам, химической неоднородностью шва.

К сведению! Исключения возможны, если использовать специализированные электроды для разнородных сталей. См. фото и подпись к нему ниже.

• После подогрева необходимо произвести отжиг, который нужно проводить до тех пор, пока изделие не остынет до температуры 20°С.
• Важным условием является недопустимость осуществления сварки на сквозняках и при температуре окружающей среды ниже 5°С.
• Для повышения прочности соединения необходимо создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла.
• Хорошие результаты достигаются при сваривании узкими валиками, с охлаждением каждого наплавленного слоя.
• Исполнителю следует также соблюдать правила, предусмотренные для соединения среднеуглеродистых сплавов.

Данный демонстрационный образец (сварены воедино рессора, напильники, подшипник и пищевая нержавейка). Если не обращать внимания на качество швов, варили не профессиональные сварщики, фото подтверждает, что вполне возможна сварка «несвариваемых» сталей.

Особенности сварки высокоуглеродистых сталей

Рабочую поверхность необходимо очистить от загрязнений различного рода: ржавчина, окалина, механические неровности и грязь. Присутствие загрязнений может привести к образованию пор.

Охлаждать конструкции из высокоуглеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, для нормализации структуры.

Предварительный подогрев ответственных изделий до 400°С позволяет достичь необходимого показателя прочности.

Виды сварки высокоуглеродистых сталей

1. Оптимальным вариантом проведения сварочного процесса является ручная дуговая сварка с помощью покрытых электродов. Работа с высокоуглеродистыми сталями обладает большим количеством специфических характеристик. Поэтому сварка высокоуглеродистой стали проводится специально разработанными электродами, например, НР-70. Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности.

2. Сварка под флюсом также используется для соединения сплавов данного типа. Равномерно покрыть флюсом рабочую зону в ручном режиме довольно сложно. Поэтому, в большинстве случаев, используется автоматическая технология. Расплавленный флюс образует плотную оболочку и предотвращает воздействие вредных атмосферных факторов на сварочную ванну. Для сваривания под флюсом используются трансформаторы, выдающие переменный ток. Данные аппараты позволяют создавать устойчивую дугу. Главное достоинство данного метода - небольшие потери металла вследствие малого разбрызгивания.

Важно отметить, что не рекомендуется применять метод газовой сварки. Процесс характеризуется выгоранием большого количества углерода, в результате чего образуются закалочные структуры, которые отрицательно сказываются на качестве шва.

Однако, если свариванию подвергаются рядовые конструкции, то применение данного способа возможно. Соединение производится на нормальном или незначительном пламени, мощность которого не превышает 90 м3 ацетилена в час. Изделие нужно подогреть до 300°С. Сварка осуществляется левым способом, что дает возможность уменьшить время нахождения металла в расплавленном состоянии и продолжительность его перегрева.

Сварка нержавейки и углеродистой стали

Сварка коррозионностойких и углеродистых сталей является ярким примером соединения разнородных материалов.

Предварительный и сопутствующий нагревы изделий до температуры примерно в 600°С позволят получить шов с более однородной структурой. После работ нужно произвести термическую обработку, это поможет избежать образование трещин. Для сваривания нержавейки и низкоуглеродистых сталей на практике применяются два метода, которые подразумевают использование сварочных стержней:

• электроды из высоколегированной стали или электроды на никелевой основе заполняют сварочный шов;
• кромки изделия из низкоулегродистой стали наплавляется легированными электродами, затем плакированный слой, кромки из нержавейки свариваются специальными электродами для нержавейки.

Сварку нержавеющих и углеродистых сталей также можно проводить аргонодуговым методом. Однако, такая технология используется крайне редко и только для работы с особо ответственными конструкциями.

Также исполнитель может произвести соединение методом полуавтоматической сварки с помощью металлического электрода в защитной среде инертных газов.

Сварка углеродистых и легированных сталей

Сварка и наплавка углеродистых и низколегированных сталей выполняется с помощью электродов типов Э42 и Э46.

Сварка углеродистых сталей легированных сталей электродуговым методом выполняется электродными материалами, которые обеспечивают необходимые механические характеристики и теплоустойчивость металла шва:

Электроды ЦЛ-39

Основная проблема - закалка околошовной зоны для предотвращения образования холодных трещин. Для решения этой задачи необходимо:

• для замедления охлаждения нужно подогреть изделия до температуры в 100-300°С;
• вместо однослойной сварки использовать многослойную, при этом сваривание выполняется небольшого сечения по неостывшему предыдущему слою;
• электроды и флюсы прокаливать;
• соединение производится постоянным током обратной полярности;
• для повышения пластичности следует проводить отпуск изделий до 300°С, сразу после сварки.

weldelec.com

§ 75. Сварка низколегированных сталей

Легированные стали подразделяются на низколегированные (легирующих элементов в сумме менее 2,5%), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (более 10%). Низколегированные стали делят на низколегированные низкоуглеродистые, низколегированные теплоустойчивые и низколегированные сред неуглеродистые.

Механические свойства и химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведены в табл. 33.

33. Механические свойства низколегированных низкоуглеродистых сталей при данном химическом составе

Содержание углерода в низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,22%. В зависимости от легирования стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемар-ганцовистые (14ХГС и др.), марганцовоазотнованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФ, 18Г2АФпс и др.), марганцовониобиевая (10Г2Б), хромокремненикельмедистые (10ХСНД, 15ХСНД) и т. д.

Низколегированные низкоуглеродистые стали применяют в транспортном машиностроении, судостроении, гидротехническом строительстве, в производстве труб и др. Низколегированные стали поставляют по ГОСТ 19281 - 73 и 19282 - 73 и специальным техническим условиям.

Низколегированные теплоустойчивые стали должны обладать повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Наиболее широко теплоустойчивее стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. Для повышения жаропрочности в их состав вводят молибден (М), вольфрам (В) и ванадий (Ф), а для обеспечения жаростойкости - хром (X), образующий плотную защитную пленку на поверхности металла.

Низколегированные среднеуглеродистые (более 0,22% углерода) конструкционные стали применяют в машиностроении обычно в термообработанном состоянии. Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей подобна технологии сварки среднелегирован-ных сталей.

Особенности сварки низколегированных сталей. Низколегированные стали сваривать труднее, чем низкоуглеродистые конструкционные. Низколегированная сталь более чувствительна к тепловым воздействиям при сварке. В зависимости от марки низколегированной стали при сварке могут образоваться закалочные структуры или перегрев в зоне термического влияния сварного соединения.

Структура околошовного металла зависит от его химического состава, скорости охлаждения и длительности пребывания металла при соответствующих температурах, при которых происходит изменение микроструктуры и размера зерен. Если в доэвтектоидной стали получить нагревом аустенит (рис. 100), а затем сталь охлаждать с различной скоростью, то критические точки стали снижаются.

Рис. 100. Диаграмма изотермического (при постоянной температуре) распада аустенита низкоуглеродистой стали: А - начало распада, Б - конец распада, A1 - критическая точка стали, Мн и Мк - начало и конец превращения аустенита в мартенсит; 1, 2, 3 и 4 - скорости охлаждения с образованием различных структур

При малой скорости охлаждения получают структуру перлит (механическая смесь феррита и цементита). При большой скорости охлаждения аустенит распадается на составляющие структуры при относительно низких температурах и образуются структуры - сорбит, троостит, бейнит и при очень высокой скорости охлаждения - мартенсит. Наиболее хрупкой структурой является мартенситная, поэтому не следует при охлаждении допускать превращения аустенита в мартенсит при сварке низколегированных сталей.

Скорость охлаждения стали, особенно большой толщины, при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения металла на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита.

Для предупреждения образования при сварке закалочной мартенситной структуры необходимо применять меры, замедляющие охлаждение зоны термического влияния, - подогрев изделия и применение многослойной сварки.

В некоторых случаях в зависимости от условий эксплуатации изделий допускают перегрев, т. е. укрупнение зерен в металле зоны термического влияния сварных соединений, выполненных из низколегированных сталей.

При Высоких температурах эксплуатации изделий для повышения сопротивления ползучести (деформирование изделия при высоких температурах с течением времени) необходимо иметь крупнозернистую структуру и в сварном соединении. Но металл с очень крупным зерном обладает пониженной пластичностью и поэтому размер зерен допускается до известного предела.

При эксплуатации изделий в условиях низких температур ползучесть исключается и необходима мелкозернистая структура металла, обеспечивающая увеличенную прочность и пластичность.

Покрытые электроды и другие сварочные материалы при сварке, низколегированных сталей подбираются такими, чтобы содержание углерода, серы, фосфора и других вредных элементов в них было ниже по сравнению с материалами для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей. Этим удается увеличить стойкость металла шва против кристаллизационных трещин, так как низколегированные стали в значительной степени склонны к их образованию.

Технология сварки низколегированной стали. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке не закаливаются и не склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят при любом тепловом режиме, аналогично режиму сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типа Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла.

Сварочные материалы при сварке порошковой проволокой и в защитном газе подбирают такими, чтобы обеспечить прочностные свойства металлу шва на уровне прочности, достигаемой электродами типа Э50А.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовывать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается, если сварка выполняется с относительно большой погонной энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения. Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен (перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Это особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали.

Режим сварки необходимо подбирать так, чтобы не было большого количества закалочных микроструктур и сильного перегрева металла. Тогда можно производить сварку стали любой толщины без ограничений при окружающей температуре не ниже - 10°С. При более низкой температуре необходим предварительный подогрев до 120 - 150°С При температуре ниже - 25°С сварка изделий из закаливающихся сталей запрещается. Для предупреждения большого перегрева сварку сталей 15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пониженной погонной тепловой энергии (при пониженных значениях тока электродами меньшего диаметра) по сравнению со сваркой низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного соединения при сварке этих сталей надо применять электроды типа Э50А или Э55.

Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и других подобна технологии сварки сред не легированных сталей.

В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь делится на:

• низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%)
• среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25 до 0,6%)

Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.), называется легированной. Легированные стали бывают:

• низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%)
• среднелегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%)
• высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10%).

Технология сварки легированных сталей

Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Свариваемость таких сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов и ухудшается с ростом содержания углерда и легирующих компонентов. Стали кремнемарганцевой группы 15ГС, 18Г2С и 25Г2С сваривают электродами типа Э60А марки УОНИ-13/65. Перед сваркой кромки тщательно зачищают от грязи, ржавчины и окалины.

Сварку выполняют предельно короткой дугой. Изделие перед сваркой подогревают до температуры 200 С, электроды перед сваркой прокаливают при 400°С в течение одного часа.

Кремнемарганцемедистые стали 10Г2СД, 10ХГСНД, 15ХСНД и 12ХГ сваривают электродами типа Э50А марки УОНИ-13/55. Изделие перед сваркой не подогревают.
Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Особенности сварки высоколегированных сталей

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%. В основном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.

Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает свариваемость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную коррозию. Бор повышает прочность, но затрудняет свариваемость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфор способствует образованию холодных трещин.

Содержание тех или иных легирующих элементов определяют по маркировке стали. Первые две цифры в маркировке означают содержание углерода в сотых долях процента; легирующие элементы обозначают буквенными символами, а стоящие за ними цифры указывают на примерное содержание этих элементов, при этом единицу и меньше не ставят. Символ «А», установленный в конце маркировки, указывает, что сталь высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Наиболее широкое применение получили коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 10Х23Н18 и некоторые другие).

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки. В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положительное влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую , так механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов . Сварка выполняется при минимальном тепловложении с использованием термообработки и применением дополнительного охлаждения. Введение легирующих элементов меняет и технологические особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое сопротивление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей выполняют при пониженных тока обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой ниточными валиками без поперечных колебаний.

Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее свариваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной температуры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин. Для защиты сварочной ванны используют инертный газ или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углекислым газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникновения межкристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и остаточных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возникает необходимость в термообработке.

Технология сварки углеродистых сталей

Сварка низкоуглеродистых сталей

Углеродистая сталь делится на:

• низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%),
• среднеуглеродистую (содержанна утлеророда от 0,25 до 0,6%)
• высокоуглеродистую (содержание углерода от 0,6 до 2,0%).

Низкоуглеродистые стали имеют хорошую свариваемость. При выборе типа и марки электрода для сварки низкоуглеродистых сталей руководствуются следующими требованиями:

• обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом;
• получение сварных швов без дефектов;
• обеспечение требуемого химического состава металла шва;
• получение стойкости сварных соединений в условиях вибрационных и ударных нагрузок, а также при повышенных или пониженных температурах.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют электроды марок ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, КПЗ-32Р, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и др.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Такие стали имеют повышенное содержание углерода, который является причиной образования кристаллизационных трещин при сварке, а также малопластичных закалочных структур и трещин в околошовной зоне. Поэтому для повышения стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин следует понизить количество углерода в металле шва. Это достигается применением электродов с пониженным содержанием углерода, а также уменьшением доли участия основного металла в металле шва.

Чтобы снизить вероятность появления закалочных структур, необходимо применять предварительный и сопутствующий подогрев изделия. Надежным способом достижения равнопрочности сварного соединения при низком процентном содержании углерода является дополнительное легирование металла шва марганцем и кремнием.

Среднеуглеродистые стали свариваются электродами УОНИ-13/45, УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2,УОНИ-13/55, К-5А. УОНИ-13/65 и др.

Сварка сталей в защитной среде

Дуговую сварку в среде защитных газов и под флюсами применяют для снижения вредного воздействия атмосферных газов на сварочную ванну. Кроме защитных свойств такая сварка может приводить к изменениям свойств сварочного шва, так как, взаимодействуя с некоторыми защитными газами, жидкий металл может менять свою структуру и химический состав. Так, азот, кислород, водород и некоторые другие газы растворяются в металле, изменяя его пластичность и вязкость.

Любой защитный газ, введенный в зону сварки, может оказывать значительное влияние на происходящие в жидком металле физические и металлургические процессы (горение дуги, плавление основного металла и т.д.). Поэтому, если требуется сохранить физические свойства металлов, в качестве защитных применяют инертные газы, доля влияния которых на процессы, происходящие в сварочной ванне, минимальна. Сварка в среде инертного газа или смесей инертных газов практически представляет собой простой переплав основного и электродного металлов без существенного изменения их химического состава.

Преимущества сварки в среде защитных газов заключаются в возможностях существенно повысить производительность труда и качество свариваемых швов по сравнению с простой дуговой сваркой. Кроме того, достигается большой диапазон (от десятых доле миллиметра до десятков миллиметров) свариваемых толщин, доступность наблюдения за сварочным процессом и т.д.

Сварку в среде защитных газов ведут как плавящимся, так и неплавящимся электродом, в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.

Сварка сталей в защитных газах плавящимся электродом

Сварка сталей плавящимся электродом выполняется преимущественно в среде углекислого газа или аргона. При сварке плавящимся электродом источником тепла является дуга, возбуждаемая между свариваемыми элементами и электродной проволокой, непрерывно подаваемой в зону сварочной дуги. Сварочный шов создается за счет формирования сварочной ванны из расплавленного основного и электродного металлов. Основным способом местной защиты является газовый поток с центральной, боковой и комбинированной подачей газа.

Сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа

Сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа применяют для большинства сталей, которые имеют удовлетворительную свариваемость другими видами дуговой сварки. Отличительной характеристикой такой сварки является ее высокая производительность и относительно низкая стоимость. Для сварки в среде этого защитного газа используют проволоку с повышенным содержанием раскислителей (кремния и марганца), которые компенсируют выгорание этих компонентов в зоне сварки.

Особенностью сварки в среде углекислого газа является разложения его на атомарный кислород (О) и окись углерода (СО). Окись углерода в свою очередь распадается на углерод и кислород. Атомы кислорода окисляют железо и легирующие присадки, в результате чего металл сварочной ванны насыщается кислородом и оксидом железа, и его свойства ухудшаются. Кроме того, образовавшийся в результате кристаллизации металла углекислый газ начинает выделяться в виде пузырьков. Часть пузырьков этого газа не успевает покинуть металл, застывая в виде пор. Легирование кремнием и марганцем сварочной проволоки снижает эту вероятность, так как окислы железа раскисляются не за счет углерода, а за счет веществ, содержащихся в этих компонентах. При этом образования окиси углерода при кристаллизации металла не происходит, а качество сварочного шва улучшается.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от типа сварного соединения, толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. Эта зависимость отражена в таблице.

Зависимость диаметра сварочной проволоки от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве

Металл толщиной более 4 мм необходимо сваривать с двух сторон, для более тонких металлов следует подбирать режимы, чтобы выполнить полный провар за один проход. Более тонкие металлы сваривают за один проход, обеспечивая тщательную предсварочную сборку деталей, точное направление электрода по стыку и неизменные режимы сварки. При сварке однослойных стыков и первого слоя многослойных швов горелку перемещают возвратно-поступательными движениями. Если сварка выполняется со скосом кромок, то электрод следует направлять в угол разделки.

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом

Аргонодуговая сварка плавящимся электродом применяется в основном для легированных сталей и цветных металлов. Процесс сварки происходит капельным и струйным способом переноса электродного металла и высокой глубиной проплавления основного металла. Переход капельного переноса электродного металла в струйный происходит при критических значениях токов, и при сварке сталей находится в пределах 60 -120 А на 1 мм² сечения электродной проволоки.

Зависимость величины критического значения тока от толщины сварочной проволоки отражена в таблице. Этот вид сварки предусматривает тщательную зачистку кромок и подгонку свариваемых поверхностей.

Последовательность выполнения сварки сталей в защитных газах плавящимся электродом

Металл сварочной проволоки расплавляется дугой и переносится каплями в сварочную ванну, не взаимодействуя с окружающим воздухом. Размер капель электродного металла зависит от состава металла и защитного газа, направления и величины тока. Так, с увеличением силы тока растет электродинамическая сила и размер капель расплавленного металла уменьшается. При достижении силы тока критического состояния капельный перенос металла переходит в струйный.

На величину критического тока оказывает влияние поверхностное натяжение металла. Эти две величины находятся в прямой зависимости: чем больше поверхностное натяжение металла, тем больше критический ток и наоборот. Изменять критический ток можно, составляя различные газовые смеси. Так, при добавлении к основному газу азота или водорода критический ток повышается, а добавление кислорода снижает его значение. Принципиальная схема поста, предназначенного для сварки плавящимся электродом, представлена на рис.1.

Источник питания должен обеспечивать надежное возбуждение сварочной дуги и поддерживать ее устойчивое горение, способствовать благоприятному переносу электродного материала с минимальным его разбрызгиванием, иметь возможность настройки на необходимый режим. Для сварки плавящимся электродом применяют выпрямители, преобразователи и агрегаты. К наиболее универсальным выпрямителям относят аппараты серии ВДУ (рис.2), так как их электрические схемы предусматривают переключение для работы с жесткими и падающими внешними характеристиками. Эти выпрямители обеспечивают плавное дистанционное регулирование выходного тока и напряжения, стабилизацию при изменениях напряжения в сети.

Включение выпрямителей в силовую сеть защищено от кратковременных аварийных коротких замыканий автоматическим выключателем. Конструкции горелок, предназначенных для подачи сварочной проволоки и защитного газа в зону электросварочной дуги, показаны на рис.3 и 4.

Рис. 2. : 1 - блок управления; 2 - уравнительный реактор; 3 - автоматический выключатель; 4 - блок обратной связи; 5 - вентилятор; 6 - силовой блок тиристоров; 7 - дроссель; 8 - силовой трансформатор

Рис. 3. : 1 - сопло сменное; 2 - наконечник; 3 - щиток; 4 - микропереключатель; 5 - направляющий канал; 6 - рукав для подачи газа и токопровод; 7 -9 - рукава для подачи воды; 8 - провод управления

Рис. 4. : 1 - токосъемный наконечник; 2 - сопло; 3 - спираль; 4 - втулка; 5 - ручка; 6 - трубка для подачи газа; 7 - спираль; 8 - плетенка; 9 - втулки резиновые; 10 - микропереключатель; 11 - пружина.

Стабильность сварочного шва зависит от постоянства длины дуги, которая обеспечивается за счет поддержания нужной скорости подачи электродной проволоки, равной скорости ее плавления. Так как одним из условий устойчивого горения дуги является высокая плотность сварочного тока, для сварки используют проволоку малых (0,8 - 2, 5 мм) диаметров, что требует относительно больших скоростей ее подачи. При больших скоростях подачи проволоки регулирование параметров ручными методами выполнить практически невозможно. Поэтому дл поддержания стабильной дуги и для обеспечения процесса ее саморегулирования применяю источники питания постоянного тока с жестко или возрастающей внешней характеристикой.

К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся сила тока полярность, напряжение дуги, диаметр и скорость подачи проволоки, расход защитного газа, вылет электрода и скорость сварки. Несмотря на то, что при прямой полярности скорость расплавлении металла выше, в этом режиме не обеспечиваете стабильность горения дуги, и происходит интенсивное разбрызгивание металла. Поэтому сварку плавящимся электродом лучше выполнять при обратной полярности с непрерывной подаче проволоки, то есть в полуавтоматическом ил автоматическом режимах. Техника сварки в полуавтоматическом режиме практически не отличается от ручной дуговой сварки покрытым электродами. Сварку можно выполнять в любых пространственных положениях с использованием приемов удержания сварочной ванны. Металл толщиной до 4 мм сваривают без раздела кромок, а для улучшения условий формирования шва сварку лучше выполнять на остывающей подкладке из основного металла или на медной подкладке с формирующей канавкой.

Сварка сталей в среде защитных газов неплавящимся электродом

Сварку неплавящимся электродом можно выполнять как на постоянном, так и на переменном токе (трехфазном или однофазном). Принципиальные схемы сварочных постов в среде защитных газов в зависимости от применяемого для питания дуги напряжения приведены на рис. 1 и 2.

Питание сварочной дуги однофазным переменным током требует более высокого напряжения холостого тока. Это связано с тем, что дуговой разряд происходит за счет термоионной эмиссии, что создает неодинаковые условия горения дуги при прямой и обратной полярности тока, когда положение анода и катода меняется местами. Так, в полупериоды обратной полярности тока, когда катодом является изделие, для возбуждения дуги требуется относительно высокое напряжение. После возбуждения дуги напряжение падает до некоторой постоянной величины и выдерживается при таком значении до смены полярности тока. При прямой полярности, когда изделие является анодом, дуга горит при более низких напряжениях. Поэтому в установках с однофазным переменным током для надежного возбуждения дуги используют генераторы импульсов высокого напряжения и осцилляторы. Кроме того, для устойчивого горения дуг применяют конденсаторные батареи.

Рис. 1. : 1 - баллон с газом; 2 - редуктор; 3 - ротаметр; 4 - горелка; 5 - свариваемая деталь; 6 - акумулятор; 7 - дроссель; 8 - дроссель высокочастотный; 9 - вольтметр; 10 - баластный реостат; 11-12 - амперметры переменного и постоянного тока; 13 - осцилятор; 14 - трансформатор сварочный

Рис. 2. : 1 - сварочный преобразователь; 2 - баластный реостат; 3 - баллоны с защитным газом; 4 - редуктор; 5 - электрогазовый клапан; 6 - ротометр; 7 - шунт; 8 - горелка; 9 - свариваемое изделие; 10 - ресивер; 11 - контактор; 12 - приспособление для защиты обратной стороны шва.

Сварочные установки с трехфазным переменным током лишены этого недостатка, так как в них одновременно горит три дуги. В установках этого типа используется два вольфрамовых электрода, к каждому из которых подается отдельная фаза, а третья фаза подается к свариваемому изделию. Благодаря такой электрической схеме одновременно горит три сварочные дуги: две между каждой дугой и изделием, а третья (независимая) дуга - между электродами. Поэтому трехфазное питание предусматривает питание от источников с более низким напряжением холостого хода. Конструктивная схема горелок, применяемых в однофазном и трехфазном режимах, показана на рис. 3 и 4.

Рис. 3. : 1 - керамическое сопло; 2 - цанга; 3 - корпус; 4 - клапан газовый; 5 - рукоятка; 6 - рукав

Рис. 4. : 1 - цанга; 2 - вольфрамовые электроды; 3 - колпачки; 4 - керамическое сопло; 5 - рукоятка

Рис. 5. («Разряд-250»): 1 - щиток; 2 - трансформатор; 3 - стабилизатор; 4 - заземление; 5 - переключатель режимов работы

Основой сварочного поста для ручной сварки неплавящимся электродом в условиях мастерских и строительных площадок служит трансформатор. Хорошо зарекомендовали себя аппараты типа и-120УЗ («Разряд-250» и «Разряд-160»), которые хорошо переносят транспортировку и переноску (рис.5). Отличаются эти конструкции одна от другой трансформаторами. В установке «Разряд-250»состоит из трех ленточных магнитопроводов, а в установке «Разряд-160» - из двух.

Поэтому для получения трехфазной дуги используют два стандартных трансформатора, соединяя их в электрическую схему треугольником. Технически характеристики устройств питания сварочной дуг типа И-У120УЗ приведены в таблице.

При сварке на постоянном токе к свариваемому изделию подключают положительную клемму, благодаря чему во время всего процесса сварки соблюдается прямая полярность и создаются лучшие условия для термоэлектронной эмиссии.

Характеристики устройств питания сварочной дуги

Показатель	"Разряд-250"	"Разряд-160"
Сварочный ток, А: -номинальный -предел регулирования	43 90-250	43 60-160
Число ступеней регулирования сварочного тока	7	7
Напряжение, В: -питания -холостого хода -номинальное рабочее	380 60 +2 30	160 60 +2 26,4
Продолжительность работы ПН, %	20	20
Частота следлвания стабилизируиалх импульсов, Гц	100	100
Габариты, мм	350x310x480	350x310x480
Масса, кг	50	42

Технология сварки стали под флюсом

Сварка под флюсом применяется для высокоуглеродистых сталей и цветных металлов и их сплавов. Флюсы защищают сварочную дугу и ванну от вредного атмосферного воздействия, повышая качество шва. Кроме того, флюсы оказывают влияние на устойчивость горения дуги, формирование и химический состав сварочного шва. Требуемые механические свойства, структуру металла и сварочного соединения обеспечивают сочетанием необходимого состава флюса и электродного материала.

Так как выполнить равномерное покрытие флюсом в ручном режиме очень сложно, то данная технология чаще всего предусматривает сварку в автоматическом режиме (рис. 1). Флюс 6 в зону горения сварочной дуги подается из бункера 3 таким образом, чтобы, расплавившись под действием тепла, он полностью покрыл образовавшуюся сварочную полость плотной оболочкой 7, непроницаемой для атмосферного воздуха.

Флюсовый свод поддерживается давлением паров металла, флюса и газов, образовавшихся под действием сварочной дуги. Флюсовая пленка не только защищает сварочную ванну, но предотвращает разбрызгивание металла. Кроме того, расплавленный флюс вступает в химическое взаимодействие с металлом, принимая активное участие в формировании кристаллической решетки сварочного шва и околошовной зоны.

Теплопроводность флюса намного ниже теплопроводности металла, поэтому образовавшаяся корка 9 замедляет процесс охлаждения сварочной ванны, предоставляя дополнительную возможность выходу на поверхность жидкого металла выделяемых газов и механических включений. Это способствует очищению сварочного шва и образованию более однородной его структуры.

После полного остывания сварочного шва флюсовая корка легко отделяется, а нерасплавленный флюс удаляется при помощи отсасывающего устройства 5 и может использоваться при последующей сварке. Флюсовая аппаратура, применяемая при сварке под флюсом, показана на рис. 2.

Для сварки под флюсом служат трансформаторы переменного тока с пологопадающей характеристикой. Это оборудование позволяет с большей экономичностью создать устойчивую сварочную дугу.

Параметры режима сварки подбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и требований, которым должен отвечать сварочный шов. Так, увеличение силы сварочного тока вызывает увеличение давления сварочной дуги, что в свою очередь приводит к росту глубины плавления металла.

Увеличение диаметра электрода при неизменном токе приводит к снижению глубины плавления, но автоматически увеличивает ширину сварочного шва. На практике больше применяют малые диаметры электродной проволоки, что позволяет при меньшем токе добиться высокой производительности сварочного процесса.

На параметры сварочного шва существенное влияние оказывает скорость сварки. Так, при малых скоростях глубина проплавления существенно не меняется, но увеличивается ширина шва. При увеличении скорости сварки ширина сварочного шва заметно снижается, но увеличивается его выпуклость. Заметное увеличение скорости сварки может привести к краевым непроварам. Зависимость формы сварочного шва от скорости сварки наглядно представлена на рис.3. Для удержания сварочной ванны от вытекания применяют флюсовые подушки или специальные подкладки.

Существенным достоинством сварки под флюсом являются незначительные потери на угар металла и его разбрызгивание. Это увеличивает эффективность тепловой мощности дуги и позволяет расширить диапазон свариваемых толщин деталей без скоса кромок.

Рис. 3. Зависимость формы шва от скорости сварки (метры в час)

Выполнение такого технологического процесса, как , связано с определенными сложностями и отличается рядом особенностей. Главная причина подобной ситуации состоит в том, что основным элементом, формирующим характеристики углеродистых сталей и, соответственно, оказывающим влияние на их свариваемость, является углерод.

Особенности сварки изделий из углеродистых стальных сплавов

Углеродистыми, как известно, называют такие стальные сплавы, содержание углерода в которых может варьироваться в пределах 0,1–2,07%. В зависимости от того, сколько углерода в своем составе содержат такие сплавы, они подразделяются на низко- (до 0,25%), средне- (0,25–0,6%), а также высокоуглеродистые (0,6–2,07%). Сварка низкоуглеродистых сталей, также как среднеуглеродистых и высокоуглеродистых, отличается определенными особенностями. Однако есть и общие правила осуществления такого процесса, которые позволяют получать качественные и надежные соединения изделий из углеродистых сталей.

Чтобы обеспечить хорошую провариваемость корня шва при выполнении стыковых сварных соединений деталей, изготовленных из углеродистых сталей, данный процесс выполняют, держа соединяемые изделия на весу. Этой рекомендации стараются придерживаться при выполнении порошковой и обычной проволокой, а также при осуществлении газовой и ручной дуговой сварки, осуществляемой при помощи покрытых углеродов. При использовании для выполнения сварки углеродистых сталей автоматического оборудования стараются создать условия для обеспечения провариваемости корня шва и исключения такого явления, как прожоги металла.

Перед началом сварки изделий, изготовленных из углеродистых сталей, их необходимо точно расположить относительно друг друга и надежно зафиксировать, для чего лучше всего использовать специальные сборочные приспособления. При отсутствии такого приспособления обеспечить фиксацию можно при помощи прихваток. Прихватки, суммарная длина которых может доходить до трети длины самого сварного шва, желательно накладывать со стороны соединения деталей, являющейся противоположной по отношению к шву. Если же предстоит выполнение многопроходного сварного шва, то прихватки накладывают с той стороны соединения, которая является противоположной по отношению к его первому слою.

После выполнения прихваток их тщательно зачищают, осматривают и исправляют их дефекты, если они обнаружены. При выполнении сварки углеродистых сталей необходимо добиваться полной переплавки прихваток, которые в противном случае могут стать очагом возникновения трещин в месте сваривания.

Технологию многослойной или двухсторонней сварки углеродистых сталей выбирают, если формируемое соединение должно соответствовать повышенным требованиям по своей прочности и надежности, или соединить необходимо детали значительной толщины. Если при осмотре сформированного сварного шва обнаруживаются дефекты (трещины, поры, подрезы, плохо проваренные участки и др.), то для их устранения необходимо предпринять следующие действия:

• удалить наплавленный металл в области обнаружения дефекта;
• зачистить область дефекта;
• подварить шов в зачищенной зоне.

Особенность выполнения электрошлаковой и автоматической сварки деталей из углеродистых сталей заключается в том, что соединяемые изделия фиксируют с зазором, который должен иметь некоторое расширение к концу. Для осуществления такой фиксации используют сборочные приспособления или специальные скобы. Для того чтобы обеспечить высокое качество начальной и конечной области сварного шва при использовании вышеуказанных технологий, сварочный процесс начинают не на самих деталях, а на специальных планках, фиксируемых вместе с ними.

Сварка изделий из низкоуглеродистых стальных сплавов

Сварка сталей, относящихся к категории низкоуглеродистых, не составляет больших сложностей для специалиста; для этого может быть использована любая из традиционных технологий. Выбор конкретной методики получения сварного соединения осуществляют, ориентируясь на параметры свариваемых деталей и требования, которые предъявляются к готовому соединению.

Особенность сварки низкоуглеродистых сталей, в составе которых дополнительно имеются легирующие добавки, состоит в том, что основной металл и металл соединения имеют ряд отличий, к которым относятся следующие:

• металл сварного шва характеризуется уменьшенным содержанием углерода, а вот доля марганца и кремния в нем повышена;
• металл соединяемых деталей в области, расположенной рядом со сварным швом, подвергается перегреву, что сопровождается его незначительным упрочнением; такая ситуация особенно характерна для тех случаев, когда используется сварка по ручной дуговой технологии;
• при сварке деталей, которые выполнены из нестареющих легированных сталей, наблюдается снижение ударной вязкости основного металла в области, расположенной в непосредственной близости со сварным швом;
• при выполнении сварки многослойным методом металл шва может отличаться повышенной хрупкостью.

Сварные соединения изделий, изготовленных из углеродистых сталей с небольшим содержанием углерода, если они выполнены с соблюдением всех необходимых требований, отличаются высоким качеством и надежностью.

Изделий из углеродистых сталей, в составе которых содержится до 0,25% углерода, также не вызывает особых сложностей. При выполнении сварки по данной технологии не требуется использование флюса, а ее особенностью является то, что при ее осуществлении правым способом расходуется большее количество горючего газа.

Изделия из углеродистых сталей, в составе которых содержится небольшое количество углерода, отлично свариваются и при использовании электродуговой технологии. Типами , которые оптимально подходят для практической реализации данного метода, являются рутиловое (Э46Т) и кальциево-фтористорутиловое (Э42А). Кроме этого, многие специалисты-сварщики используют для сварки деталей из углеродистых стальных сплавов такой категории электроды, в покрытие которых добавлено некоторое количество железного порошка.

Для сваривания деталей из низкоуглеродистых сталей при помощи электрошлаковой сварки используют следующие марки флюсов: АН-8, АН-8М, АН-22, ФЦ-1 и ФЦ-7. Тип сварочной проволоки традиционно подбирают в зависимости от того, каким химическим составом обладает материал изготовления элементов, которые необходимо соединить.

Как выполняют сварку деталей из среднеуглеродистой стали

По причине того, что углерода в таких сталях содержится больше, чем в низкоуглеродистых, свариваются они несколько хуже. При сварке изделий из углеродистых сплавов данной категории могут возникать следующие проблемы:

• основной металл и металл сварного шва могут иметь разную степень прочности;
• в металле, расположенном в непосредственной близости от шва, могут возникать трещины и формироваться структуры, отличающиеся низкой пластичностью;
• металл сварного шва и основной металл, расположенный рядом с местом соединения, отличаются невысокой устойчивостью к появлению в них кристаллизационных дефектов.

Для того чтобы избежать подобных проблем при сварке углеродистых сталей с повышенным содержанием углерода, можно воспользоваться следующими технологическими приемами:

• использование электродов, в составе которых содержится незначительное количество углерода;
• выполнение сварки по двухдуговой технологии, когда сварной шов формируется одновременно в нескольких ваннах расплавленного металла;
• разделка кромок соединяемых изделий таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное проплавление основного металла;
• предварительный и сопутствующий подогрев соединяемых частей.

Что касается деталей, изготовленных из , то при ее выполнении следует придерживаться таких рекомендаций:

• использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием (УОНИ 13/45 и 13/55), которые не только увеличивают прочность сварного шва, но и повышают его устойчивость к образованию кристаллизационных трещин;
• минимизировать риск появления трещин в области сварного соединения позволяют и такие технологические приемы, как осуществление продольных, а не поперечных перемещений электрода в процессе выполнения сварки, обязательно заваривание кратеров сформированного сварного шва;
• при выполнении сварки необходимо использовать короткую дугу и накладывать шов в виде нешироких валиков;
• чтобы повысить пластичность сформированного сварного шва, можно использовать термическую обработку полученного соединения.

Осуществляя газовую сварку изделий, изготовленных их , преимущественно используют левый способ и применяют стандартное или науглероживающее пламя, мощность которого находится в пределах 75–100 дм 3 /час. Чтобы улучшить качество полученного таким способом сварного соединения, после его получения можно подвергнуть детали термической обработке или выполнить их проковку. При необходимости выполнения газовой сварки деталей, толщина которых превышает 3 мм, их необходимо подвергнуть общему (до 3500) или локальному подогреву (до 6500).

Сварку деталей, изготовленных из углеродистых сталей данной категории, можно выполнять и при достаточно низких температурах окружающей среды: до –300. Чтобы сформированное соединение при его получении в таких условиях отличалось высоким качеством и надежностью, сваренную конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке и обеспечить постоянный прогрев зоны сварки в процессе осуществления технологической операции.

Сварка углеродистых сталей имеет ряд особенностей и определенных трудностей, которые обусловлены именно тем, что углерод в них является главным легирующим элементом.

1 Главные особенности сварки углеродистой стали

К углеродистым относят стали с содержанием углерода от 0,1 до 2,07 %. Сплавы, в которых данный элемент содержится в количестве 0,6–2,07 %, называют высокоуглеродистыми, 0,25–0,6 % – среднеуглеродистыми, менее 0,25 % – низкоуглеродистыми. Технология сварки для каждой из этих групп легированных сталей своя. При этом есть и общие рекомендации, коих следует придерживаться, осуществляя сварку изделий из сплавов, включающих в свой состав на правах главного легирующего элемента углерод. О них мы и поговорим.

Стыковые швы, соединяемые полуавтоматами при помощи порошковых проволок и в защитной атмосфере, электродами покрытого вида (вручную), а также с применением газосварки, в большинстве случаев сваривают на весу. Если же используется автоматическое оборудование, необходимо применять такие методики, которые, во-первых, гарантируют достаточный провар корня шва, а во-вторых, исключают вероятность образования прожогов.

Для разных методов сварки имеются собственные стандарты, которые описывают требования к параметрам швов и процессу подготовки кромок соединяемых деталей. Сварные конструкции с целью надежной фиксации между собой компонентов, входящих в них, рекомендовано собирать, используя специальные прихватки либо сборочные приспособления.

Прихватки, как правило, применяют при полуавтоматическом процессе в углекислом газе либо при использовании покрытых электродов для легированных углеродистых сталей. Толщина металла определяет длину указанных прихваток, а площадь их сечения обычно составляет порядка 2,5–3 сантиметров (до трети площади сечения получающегося сварного шва). Желательно производить их накладку с той стороны, которая является обратной по отношению к однопроходному главному шву. В тех случаях, когда речь идет о многопроходных швах, прихватки накладывают с обратной стороны по отношению к самому первому слою.

Перед началом сварки прихватки в обязательном порядке следует скрупулезно зачистить и провести их визуальный осмотр. Если при таком осмотре обнаруживают трещины, их обязательно удаляют. Еще один момент – необходимо добиваться полного переплавления используемых прихваток. В противном случае из-за повышенной скорости отвода тепла на них могут возникать трещины, которые ухудшают свариваемость и делают весь процесс сварки некачественным.

Углеродистых сплавов демонстрирует высокую эффективность при наложении нескольких швов и при сваривании изделий в двух сторон. Многослойная сварка рекомендована для деталей, имеющих большую толщину, а также для конструкций, работающих в ответственных условиях. Если после процесса в швах обнаруживаются подрезы, трещины, поры, непровары и прочие дефекты, следует:

• механически удалить металл в "опасном" месте;
• выполнить зачистку зоны дефекта;
• произвести подваривание зачищенной области.

При использовании электрошлакового способа сварки изделия нужно монтировать с некоторым зазором, который к концу должен иметь небольшое расширение. Фиксация взаимного расположения элементов свариваемой конструкции производится при помощи скоб (дистанция между ними – от 50 до 100 сантиметров). Кроме того, при электрошлаковом процессе и при дуговой автоматической сварке на шве (в начале и в конце) монтируют планки, которые облегчают процедуру и обеспечивают заданные параметры шва.

2 Как выполняется сварка низкоуглеродистых сталей?

Свариваемость таких сталей среди профессионалов считается сравнительно простой, если применять любые способы и типы соединения деталей методом плавления. Конкретная технология сварки при этом назначается с учетом того, что в сварном соединении по окончании процедуры не должно быть никаких значительных дефектов.

Стоит заметить, что при сварке легированных сплавов с низким содержанием углерода основной металл имеет ряд отличий от металла шва:

• в металле соединения увеличивается доля кремния и марганца, а вот углерода становится меньше;
• наблюдается изменение механических характеристик околошовного металла (электрическая и обычно приводят к несущественному упрочнению материала в перегретой области);
• есть вероятность того, что металл около шва снизит показатель своей ударной вязкости (такое наблюдается при сварке нестареющих легированных сплавов);
• при многослойном сварочном процессе металл шва способен быстро охрупчиваться.

Все эти отличия не оказывают значительного влияния на качество шва, полученного сваркой плавлением.

Также никаких трудностей не возникает и при газовой сварке сталей, легированных небольшим количеством углерода (до 0,25 %). Причем, как правило, флюс при газовой операции не применяется. При правом методе такой сварки на один миллиметр толщины свариваемого изделия расходуется от 120 до 150 кубических дециметров ацетилена в час, при левом – от 100 до 130. Допускается использовать и более мощное пламя (расход – до 200 кубических дециметров). Но тогда необходимо брать большую по сечению присадочную проволоку.

Отличная свариваемость изделий из низкоуглеродистых легированных сталей отмечается и при использовании покрытых электродов. Оптимальные результаты сварки обеспечивают стержни с рутиловым (Э46Т) и кальциево-фтористорутиловым (Э42А) слоем. Популярностью у профессиональных сварщиков пользуются и сварочные стержни с покрытием, в которое добавлен железный порошок.

Электрошлаковая сварка изделий из низкоуглеродистых сталей ведется с помощью флюсов АН-22, ФЦ-1, АН-8, ФЦ-7, АН-8М. Проволоку при этом подбирают с учетом состава сплава. Так, например, Ст3 сваривают при помощи проволоки Св-08Гс, Св-10Г2, СВ-08ГА, а кипящие марки стали – Св-08А.

3 Тонкости сварки среднеуглеродистых сталей

Свариваемость данных сплавов не так хороша, как низкоуглеродистых легированных сталей, так как в них углерод содержится в больших объемах. Отмечаются следующие трудности при сварке среднеуглеродистых материалов: отсутствие равной прочности основного металла и металла шва; высокий риск формирования больших трещин и закалочных непластичных структур в зоне около сварного шва; малый показатель стойкости против появления кристаллизационных дефектов.

Впрочем, все эти проблемы при сварке среднеуглеродистых сплавов разрешить не так уж и сложно. Можно применять сварочные стержни с повышенным коэффициентом наплавки, наплавочную проволоку и особые электроды для углеродистой стали с малым содержанием в них углерода. В этом случае ручная дуговая сварка проходит без затруднений. Также рекомендуется повышать свариваемость деталей посредством:

• реализации раздельного (в несколько ванн) двухдугового сварочного процесса;
• изменения структуры металла шва (применение особых режимов разделки кромок, обеспечивающих наименьшую степень проплавления основного металла);
• подогрева (как сопутствующего, так и предварительного) соединяемых заготовок.

Электродуговая сварка конструкций из среднеуглеродистых легированных сталей в большинстве случаев осуществляется стержнями УОНИ (13/45 и 13/55). Они имеют особое покрытие (фтористо-кальциевое), гарантирующее увеличение стойкости металла шва к появлению трещин (кристаллизационных) и отличную прочность получаемого сварного шва.

Технология дуговой сварки среднеуглеродистых изделий предусматривает такие особенности:

• из-за риска формирования трещин желательно производить заваривание кратеров, а также выполнять продольные перемещения электрода вместо поперечных;
• следует накладывать неширокие валики, используя короткую электродугу;
• рекомендуется выполнять термическую обработку шва после сварки (особенно, когда он по техническому заданию должен иметь повышенную пластичность).

Газовое соединение легированных среднеуглеродистых сплавов осуществляется незначительно науглероживающим или же стандартным пламенем. При этом используется исключительно левый способ, а мощность пламени варьируется в пределах от 75 до 100 кубических дециметров в час. После сварки можно выполнить термообработку либо проковку металла. Эти операции существенно улучшат свойства стали. Если свариваются детали, чья толщина превышает три миллиметра, технология газовой сварки предусматривает необходимость их подогрева примерно до 650 (местный нагрев) или до 350 (общий нагрев) градусов.

Отдельно скажем о том, что возможна сварка среднеуглеродистых конструкций и в условиях пониженной температуры (-30 и менее градусов). В подобных ситуациях применяется особая сварочная технология, которая требует обязательной термообработки изделий после сварки и постоянного подогрева металла (сначала его нагревают предварительно до указанных выше температур, а затем греют в течение всей операции). При соблюдении изложенных требований качество шва будет безупречным.

4 Возможна ли сварка высокоуглеродистых сплавов?

Высокое содержание углерода в таких сталях делает их непригодными для производства сварных конструкций. Но нередко при проведении ремонтных мероприятий возникает потребность в сварке высокоуглеродистых сплавов. В этих случаях их сваривают методами, которые используются для сталей со средним содержанием углерода. Единственное условие – сваривание высокоуглеродистых изделий не проводится на сквозняках и тогда, когда температура окружающего воздуха составляет менее пяти градусов по Цельсию.

Сварка сталей с большим (до 0,75 процентов) содержанием углерода по газовой методике производится на науглероженном (незначительно) или на нормальном пламени, мощностью не более 90 кубических метров ацетилена в час. При этом металл подогревается до 300 градусов (обязательное условие для получения качественного соединения). Сварка высокоуглеродистых сплавов выполняется левым способом. Это дает возможность снизить время нахождения металла в состоянии расплава и время его перегрева.