Сварка стали 40х технология

Какой сваркой варить сталь 40Х: к какой сварной группе она относиться и почему требует особого подхода?

Сталь 40Х – это конструкционная углеродистая легированная сталь. Свои качества сталь 40Х приобретает после закалки и последующего отпуска.

Особенности и требования, предъявляемые к стали 40Х

Вся выпускаемая металлопродукция, и сталь 40Х в том числе, должна соответствовать требованиям государственных стандартов.

ГОСТ 4543 от 2016 года определяет состав и требуемые эксплуатационные качества материала.

Для каждого вида изделий из этой стали существуют свои ГОСТы, которые регламентируют особенности всего выпускаемого ассортимента.

Сталепрокатная промышленность выпускает из марки стали 40Х три вида заготовок: круг, шестигранник и лист.

Свойства и состав

Требуемые свойства этот сорт стали имеет, благодаря своему химическому составу:

• железо (до 97%);
• кремний;
• марганец;
• никель;
• сера;
• фосфор;
• медь;
• хром.

Буква Х говорит о наличии легирующего элемента – хрома (0,8-1,1%), что повышает стойкость стали к коррозии. 40 – это показатель концентрации углерода (0,44%).

Наряду с плюсами у этой марки есть и недостатки, которые нужно знать и учитывать при работе с изделиями из нее:

• хрупкость, восприимчивость к ударной нагрузке;
• плохая свариваемость.

По степени свариваемости структуры сталь 40Х относится к 4 группе.

Применяется для изготовления:

• валов – шестерен редукторов;
• зубчатых колес редукторов;
• листовой металл применяется для штамповок;
• листами обшиваются каркасные конструкции;
• трубы: отопительные системы и транспортировка жидкостей;

Также используется в сфере машиностроения, транспорта, при строительстве железнодорожных мостов и т. д.

Способы сварки стали 40Х. Чему отдать предпочтение?

Основной проблемой при сварке такой стали являются появление трещин и внутренних дефектов.

Сваривать данный металл можно тремя видами сварки:

• электродуговой;
• электрошлаковой;
• контактно-точечной.

Для снижения возможных появлений трещин обязательно выполняются следующее шаги:

1. Предварительная термообработка.
2. Подогрев в процессе сварки.
3. При контактно-точечной сварке также выполняется термообработка в заключение.

Электродуговая сварка

Сварочные швы выполняются за счет горения электрической дуги.

ЭДС и ее сущность:

• зажигание дуги – касанием электрода о металл детали;
• поддержание длины дуги во время работы;
• перемещение электрода вдоль сварного шва.

Сварочное соединение деталей из стали 40Х ведется постоянным током обратной полярности, когда соединение электрода с «плюсом», а изделия – с «минусом». Такое подключение клемм обеспечивает быстрый и значительный нагрев самой зоны соединения, а деталь практически не нагревается.

Выделяется три варианта электродуговой сварки:

1. Ручная дуговая. Это самый простой и доступный метод для домашнего мастера или в небольшой мастерской, где не требуется большой ответственности по качеству. Он не требует специальной подготовки. Минимальный набор оборудования: специальный электрод для легированных сталей Э85 УОНИ – 13/85, имеющий покрытие с пониженным содержанием водорода; сварочные трансформаторы и выпрямители либо сварочные инверторы.
2. Электродуговая с аргоном, являющаяся самым применяемым и качественным способом сваривания стали 40Х. Для защиты места сварки от газов, содержащихся в воздухе, применяется защита аргоном. Аргоновая дуговая сварка – это промышленный вариант соединения легированной стали. Может быть полуавтоматической и автоматической. Присадочный материал применяется той же марки, что и свариваемый металл.
3. Газовая сварка с помощью ацетилена. Это более дешевый и простой способ, чем аргоновая сварка, но менее надежный. Он не подходит для толстых листов, и это усложняет работу.

Электрошлаковая сварка

Это бездуговой метод. Источником тепла служит флюс, находящийся между свариваемыми изделиями и нагреваемый проходящим через него электротоком.

Шлак-флюс защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом. Этот метод защищает соединяемые детали от образования трещин.

ЭШС выполняется снизу вверх, чаще при вертикальном расположении свариваемых деталей и с зазором между ними.

Контактно-точечная сварка

При такой сварке детали зажимаются в электродах сварочной машины или специальных сварочных клещах. Проходя между электродами, электрический ток разогревает металл деталей в месте их соединения до температуры плавления.

Далее ток отключается и происходит сильное сжатие электродов с деталями – проковка. В таком положении детали остывают и получается сварное соединение.

Электроды для КТС изготавливаются из высокоэлектропроводных сплавов, чтобы сопротивление контакта электрод-деталь было минимальным.

В месте соединения деталей сопротивление наибольшее и нагрев протекающими токами происходит именно там.

Разогрев и расплавление стали под воздействием тока приводит к образованию литого ядра сварной точки. Это и есть принцип работы КТС.

Технология сварного соединения изделий

Шаг 1. Подготовка металлических деталей:

• подгонка по размеру, по форме;
• зачистка металла от окисления и ржавчины.

Шаг 2. Подготовка кромок металла под сварку. Этот пункт особенно актуален при работе с толстыми заготовками (более 3 мм):

• ширина зазора 1-2 мм;
• угол разделки 45-60 0 ;
• погон стыков у деталей разной толщины.

Шаг 3. Подготовка инструментов и оборудования:

• требование к материалу сварочной проволоки и электрода: состав их должен как можно ближе соответствовать свариваемой марке стали;
• для соединения сварочным методом стали 40Х удобно пользоваться техническими таблицами по выставлению величины тока в зависимости от толщины свариваемых поверхностей и размера электрода.

Шаг 4. Прогрев деталей до начала сваривания.

Сталь 40Х является чувствительной к перепадам температур и образованию трещин из-за этого. Прогревать деталь нужно газовой горелкой перед любым видом сварки.

Шаг 5. Точечно прихватить соединяемые части.

Чтобы избежать деформации или сдвига свариваемых деталей, практично сделать точечный прихват по всей длине планируемого сварного шва.

Шаг 6. Сварочный процесс выбранным методом.

Шаг 7. Прогрев сваренных деталей.

После сваривания прогрев нужен для снятия напряжения в деталях и выпаривания остатков водорода. Эта процедура особенно важна при контактно-точечной сварке.

Сварка стали 40х

Сталь 40х является конструкционным легированным металлом, который широко используется в промышленности. Технические характеристики и состав материала определяется по ГОСТ 453-71. Содержание углерода в ней должно быть, примерно, 0,4%, а хрома – 1%. Сварка стали 40Х является достаточно сложным процессом, так как материал относится к трудно свариваемым металлам. Для решения данной проблемы используют специальные технологии и методы.

Основная проблема заключается в том, что при сваривании получается большая вероятность появления трещин, раковин и прочих дефектов. Но характеристики самого металла являются весьма полезными при создании металлоконструкций, так что приходится подыскивать подходящие способы как варить сталь 40х.

Способы сварки стали 40Х

Самым качественным и распространенным способом сваривания этого сорта металла, является сварка стали 40х аргоном. Электродуговой аппарат обеспечивает достаточно высокое напряжение для плавления, а газ защищает от воздействия посторонних вещей, которые приводят к браку. В данном случае подбирается присадочный материал той же марки, что и заготовка. Также возможно варить газом с помощью ацетилена. Это более простой, но менее надежный метод. Он может не подойти для слишком толстых слоев листов, так что может потребоваться дополнительная подготовка металла под сварку. Наиболее простым способом, уступающим в надежности предыдущим, является обыкновенная ручная сварка специальными электродами.

Выбор способа

Для домашнего применения, когда на изделие не будет возлагаться большая ответственность, применяют самый простой способ – дуговую сварку. Ведь это самый дешевый метод, который не требует особой подготовки. Для сварки стали 40х электроды требуются специально предназначенные для этого дела. В промышленности для ответственных объектов применяют электродуговую сварку с аргоном. Несмотря на высокую себестоимость, это один из самых надежных методов, который обеспечивает длительный срок службы конструкции. Чтобы сделать процесс более дешевым, можно использовать газовую сварку с помощью ацетилена. Результат будет очень схожим, а в плане создания потолочных и вертикальных швов еще и более удобным. Другие виды и способы сварки металла применяются достаточно редко.

Сварка стали 40Х аргоном

Вне зависимости от выбранного способа следует тщательно подготовить поверхность перед свариванием.»

Свариваемость стали 40Х и ее свойства

Металл плохо сваривается. Если сам процесс плавления и образования сварочной ванны происходит еще относительно нормально, так как здесь проявляется лишь повышенная вязкость, но весь ряд проблем, которые возникают на шве после окончания, зачастую приводят к его негодности для эксплуатации. Сварка стали 40хн отлично проявляет ее свойства к отпускной хрупкости. Во время самой сварки, а также после нее могут появляться трещины и прочие дефекты, в том числе и деформации. Это возникает из-за резких перепадов температуры, которые вызваны электрической дугой, что особенно заметно, когда происходит сварка тонкого металла электродом. Также это получается при образовании напряжений, которые получаются из-за недостаточного обеспечения защиты. Таким образом, дополнительные действия нужны как перед сваркой, так и после нее.

Сварка стали 40Х

Выбор инструмента

Критерий при выборе материала сварочной проволоки или электрода – ровно один. Их металл должен максимально соответствовать составу того, который идет в заготовках. Следует только обращать внимание на толщину, чтобы она соответствовала толщине деталей, так как глубина приваривания должен быть максимальной из-за сложностей в податливости данной марки стали. Более важным параметром является защита. Сварка стали 40х полуавтоматом должна поддерживаться средой защитного газа, а при ручной – на электродах должно быть покрытие, рассчитанное на работу с этой маркой стали. Тут подойдут электроды марки Э85, у которых имеется пониженное содержание водорода в покрытии, а также которые стойки к образованию трещин при работе со сложными металлами.

Режимы

Чтобы повысить качество соединения, следует использовать уже проверенные параметры, которые рассчитаны для каждой толщины заготовки и соответствующего положения шва. Это существенно облегчит процесс работы.

Технология сварки разнородных сталей

Разнородными принято считать стали, которые отличаются атомно-кристаллическим строением, т.е. имеют ГЦК-, ОЦК- решетку или принадлежат к разным структурным классам (перлитные, ферритные, аустенитные), а также стали с однотипной решеткой, относящиеся к различным группам по типу и степени легирования (низколегированные, легированные, высоколегированные). Они содержат в сумме до 5, 10 или свыше 10 % хрома и других легирующих элементов соответственно.

В табл. 1 приведены основные группы сталей, применяемых в машиностроении. Из них формируют различные сочетания для изготовления сварных конструкций.

Табл. 1 Классификация сталей, применяемых в сварных соединениях разнородных сталей

Класс сталей и сварочных материалов

Перлитные и бейнитные

09Г2С, 10ХСНД, 20ХГСА

30ХГСА, 40Х, 40ХН2МА, 38ХВ

Теплоустойчивые (Cr-Мо и Cr-Mo-V)

12МХ, 12Х1МФ, 20Х1М1Ф169

Мартенситные, ферритные, ферритно-мартенситные, аустенитно-мартенситные, ферритно-аустенитные

12 %-ные хромистые, жаростойкие

08X17Т, 15Х25Т, 20X17Н2

12 %-ные хромистые, жаропрочные

Аустенитные стали и сплавы на никелевой основе

Аустенитные коррозионно-стойкие и криогенные

Жаропрочные никелевые сплавы

Конструкции, сваренные из разнородных сталей, называют комбинированными. Они применяются в тех случаях, когда условия работы отдельных частей конструкции отличаются температурой, агрессивностью среды, особыми механическими воздействиями (износ, знакопеременное нагрузка и т.п.).

Особенности технологии сварки комбинированных конструкций из сталей различных структурных классов

Одна из причин пониженной свариваемости перлитной и аустенитной сталей — образование хрупкого мартенситного слоя или карбидной гряды в объеме переходной кристаллизационной прослойки, у которой уровень легирования металла снижается, приближаясь к перлитной стали. Образование этой прослойки объясняется ухудшением перемешивания жидкого металла в пристеночных слоях. При небольшом запасе аустенитности металла шва толщина этой прослойки может достигнуть критической величины, при которой происходит хрупкое разрушение сварного соединения.

Поэтому при выборе способов и режимов сварки отдают предпочтение технологии, при которой толщина кристаллизационной прослойки минимальна. Этого достигают следующими методами:

— Применением высококонцентрированных источников тепла (электронный луч, лазер, плазма);

— Разделкой кромок или их наплавкой (рис. 1), уменьшающей долю участия сталей;

— Выбором режимов сварки с минимальной глубиной проплавления;

— Переходом к дуговой сварке в защитных газах, обеспечивающей интенсивное перемешивание металла ванны.

Преимущества сварки комбинированных конструкций в защитных газах связаны с увеличением температуры расплавленного металла, снижением поверхностного натяжения и, соответственно, увеличением интенсивности его перемешивания, что вызвано ростом приэлектродного падения напряжения сварочной дуги и увеличением кинетической энергии переноса капель электродного металла и плазменного потока в дуге.

Добавление в аргон кислорода, азота, углекислого газа усиливает отмеченные преимущества. Добавки кислорода повышают температуру ванны также тем, что вызывают экзотермические окислительно-восстановительные реакции. В результате отмеченных явлений снижается уровень структурной и механической неоднородности в зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом.

При ручной дуговой сварке положительные результаты получают в противоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ванны, что зависит от температуры плавления электрода. Снижения температуры плавления электрода достигают увеличением содержания никеля и марганца. Применение таких электродов является наиболее радикальным мероприятием и при сварке под флюсом, одновременно уменьшающем ширину кристаллизационных и диффузионных прослоек (рис. 2).

При сварке под флюсом перемешивание ванны также может быть усилено увеличением силы тока, напряжения или скорости сварки. Однако рост этих параметров приводит к неблагоприятному изменению схемы кристаллизации (увеличению угла срастания кристаллитов), что увеличивает риск образования горячих трещин. Скорость сварки, как правило, не должна превышать 25 м/ч. Интенсивному электромагнитному перемешиванию ванны препятствует наличие шунтирования магнитного поля перлитной сталью, а также нарушение шлаковой защиты. В этом процессе весьма эффективен ввод внутренних стоков тепла в виде охлаждающей присадки (рис. 3), также снижающей температуру ванны.

Табл. 2 Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки перлитных и бейнитных сталей с аустенитными сталями и сплавами

Группа свариваемых сталей (см. табл. 1)

Технология сварки стали 40Х

Поиск литературы, чертежей, моделей и прочих материалов

Сообщение от ChNB:
К сожалению объяснить этого не удается

Раньше мы использовали в производстве только сталь 40Х, то есть 2 детали сваривали из одинаковой стали, причем уже после термообработки (закалки), теперь встал вопрос о замене материала одной из деталей на сталь 09Г2С. Деталь работает на растяжение.

Раньше варили электродами УОНИ обычной дуговой сваркой, теперь после замены материала чем варить? будет ли соединение надежным?

Для сведения: мы делаем цепи, которые копают землю, 2 детали эти это палец цепи и щека цепи. Палец вваривается в щеку, вот мы хотим заменить материал щеки на 09Г2С.
http://forum.i-mash.ru/topic_1028

Сообщение от slava217:
вот мы хотим заменить материал щеки на 09Г2С.

Этот материал используют в ответственных сварных соединениях. Что мешает и другую деталь на него заменить?

Сообщение от Bull:
то мешает и другую деталь на него заменить?

Это просто цитатка с форума машиностроителей.
А это- с сайта поставщика. Но, мое личное мнение, автору стоило бы для начала покопаться в справочниках.
«По свариваемости сталь 40Х относится к 4 группе, это означает, что её довольно трудно сварить и после сваривания существует большая вероятность образования трещин на сварном шве. Сваривается тремя видами сварки: ручной дуговой сваркой (РДС), электрошлаковой сваркой (ЭШС) и контактно точечной сваркой (КТС). Сваривают эту марку стали обязательно с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки, а при КТС с еще и обязательной последующей термообработкой. При сваривании стали 40Х ручной дуговой сваркой используется тип электрода Э85, тип сварного шва значения не имеет.»http://www.admet.ru/page3.html

Сообщение от slava217:
Это просто цитатка с форума машиностроителей.

Сообщение от ChNB:
Справочники я конечно же полистал

То есть, для Вашего руководства недостаточно указания на трудносвариваемость в характеристиках стали?
Нужно еще и какую-нибудь старшилку найти?

ChNB, такое ощущение, что вы ещё неопытный конструктор. Поэтому к вам не особо прислушиваются, да и Вы сами не очень настаиваете. Вообще-то конструкторов/технологов в штат берут для того, чтобы они хотя бы указывали на недостатки конструкций/технологий. Надо это делать уверенно, не стесняясь и не сомневаясь. Предварительно, конечно, разобравшись в вопросе. Если и после этого будут настаивать на своем варианте — их дело. Наше — озвучить проблему и предложить пути решения.

PS И ещё. Мы не услышали, что варится. Может, намного проще будет не варить, а сделать пару отверстий для крепления? Я работал в одном предприятии, где привыкли приспособления варить (тоже из 40Х). Сварка держала, хоть и трескалась, но были проблемы с точностью деталей на них. Убедил крепить винтами/штифтами. Проблема исчезла. Все довольны.