Milling-master.ru

В помощь хозяину
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Виды углеродистых сталей и их сварка

Самый потребляемый в мире металл – сталь, фактически сталь – это не металл, а сплав железа с углеродом. На данный момент общее количество производимой стали в мире превышает полтора миллиарда тонн в год. Стали подразделяются на углеродистые и легированные, легированные отличаются тем, что в процессе производства в сталь добавляют различные элементы (например никель, для увеличения сопротивления коррозии, марганец для увеличения прочностных характеристик и так далее), придающие ей особые свойства. Углеродистые стали используются чаще всего для сваривания, существуют низкоуглеродистые стали, содержащие менее 0,3 % углерода, они хорошо поддаются любой сварке, среднеуглеродистые с содержанием от 0,3 до 0,6 % поддаются сварочному процессу хуже, зато прочнее, но менее пластичнее, высокоуглеродистые стали самые прочные, но имеют небольшое относительное удлинение, поддаются сварочному процессу хуже всех. Отличаются они по содержанию углерода, а, следовательно, по химическим и физическим свойствам.

Малоуглеродистая сталь и ее свойства

Низкоуглеродистая сталь относится к большой группе конструкционных. Содержание углерода в ней не больше 0,3 %, из-за такого невысокого процентного содержания она имеет следующие свойства:

  • Высокая пластичность и упругость;
  • Хорошо поддается сварочному процессу;
  • Высокая ударная вязкость.

Данная марка нашла широкое применение в строительстве благодаря тому, что она очень легко сваривается, так как в ее структуре очень мало углерода, который плохо влияет на сварочный процесс, так как в металлическом шве могут образовываться хрупкие структуры и пористости, которые затем приводят к поломке. Также из-за высокой мягкости из нее изготавливаются детали методом холодной штамповки.

Сварка углеродистых сталей

Сваривать возможно абсолютно все марки стали. Однако для сварки каждого вида металла существует своя технология. Технология сварки углеродистых сталей должна соответствовать требованиям, которые включают в себя:

  • Равномерное распределение прочности шва по всей длине;
  • Отсутствие сварных дефектов, швы не должны иметь различных трещин, пор, нарезов и так далее;
  • Размеры и геометрическая форма шва должны быть выполнены в соответствие с нормами, прописанными в соответствующем ГОСТе 5264-80;
  • Вибрационная устойчивость свариваемой конструкции;
  • Использование электродов с пониженным содержанием водорода и углерода, которые могут оказать негативное влияние на качество шва;
  • Конструкция должна быть прочной и жесткой.

Таким образом, технология должна быть максимально эффективной, то есть давать наивысшую производительность процесса при обеспечении высокой прочности и надежности.

Механические свойства металла шва и сварного соединения полностью зависят от микроструктуры, которая представляет собой химический состав, а также определяется режимом сварки и термообработкой, которая осуществляется как до, так и после сваривания.

Низкоуглеродсиая сталь: технология сварки

Как уже было сказано выше, низкоуглеродистые стали поддаются сварочному процессу лучше всего. Они могут свариваться с помощью газовой сварки в ацетиленкислородном пламени без дополнительных флюсов. В качестве присадки используются металлические проволоки. Негативно повлиять на сварочный процесс может водород, который способен образовывать поры. Для предотвращения данной проблему рекомендуют проводить сварочный процесс с присадочным металлом, содержащим небольшое количество углерода.

После осуществления процесса сваривания конструкцию необходимо термически обработать, чтобы улучшить механические свойства – пластичность и прочность будут одинаковы. Термическую обработку сварных конструкций проводят операцией нормализации, которая заключается в нагреве изделия до определенной температуры, примерно 400 градусов, выдержке и дальнейшему охлаждению на воздухе. В результате структура уравнивается, углерод в виде цементита в металле диффундирует внутрь зерен, благодаря чему структура становится равномерной.

Газовую сварку проводят в присутствии аргона, который создает нейтральную среду. Конструкции, которые выполняются сваркой в среде аргона имеют более ответственное назначение.

Сварка низкоуглеродистых сталей может проводиться вручную, дуговая сварка такого материала требует правильного выбора электрода. При выборе электрода необходимо учитывать следующие факторы, благодаря которым обеспечиться равномерная структура шва без дефектов. Перед тем как осуществлять процесс сварки необходимо прокалить электроды, чтобы подготовить их к дальнейшей работе, убрать водород. Сварка низкоуглеродистых железных сплавов должна быть точной т быстрой, перед началом процесса нужно подготовить металлические детали.

Сварка среднеуглеродистых

Процедура сварки стальных деталей со средним содержанием углерода, от 0,3 % до 0,55 % сложнее по сравнению с низкоуглеродистым, так как большее количество углерода может негативно повлиять на сварочный шов. Углерод уменьшает предел хладноломкости – то есть разрушении при низких температурах, увеличивает прочность и твердость, однако снижает пластичность шва.

Для сварки применяются электроды с пониженным содержанием углерода, которые обеспечивают прочное соединение.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Стали, имеющие высокий процент содержания углерода, от 0,6 % до 0,85 %, очень плохо поддаются сварочному процессу. Газовая сварка применяться в данном случае не может, так как в процессе углерод выгорает в больших количествах и образуются закалочные структуры, которые ухудшают качество шва. Лучше всего в данном случае применять дуговую сварку.

Требования

Во время сварки углеродистых сталей для достижения максимальных параметров необходимо соблюдение следующих требований:

  • Сварные электроды и проволока должны иметь низкий процент углерода, чтобы избежать появление ненужных дефектов;
  • Необходимо следить, чтобы углерод из металла под действием высокой температуры не переходил в сварной шов, для этого применяется проволока для сварки сталей со средним содержанием углерода и выше, например Forte E71T-1, Барс-71. Данные типы отлично подойдут для сварки сталей с содержанием углерода выше 0,3 %;
  • При проведении сварочного процесса следует добавлять флюсы, которые способствуют образованию тугоплавких образований;
  • Снижать химическую неоднородность шва путем последующей термической обработки;
  • Снижать содержание водорода путем прокалки электродов, использованием электродов с низким содержанием водорода и прочее.

Особенности

Также следует отметить следующие особенности проведения сварки углеродистых сталей:

  • Перед проведением данной операции нужно тщательно очищать свариваемый материал от ржавчины, механических неровностей, грязи, окалины. Эти загрязнения способствуют образованию трещин в сварочном шве;
  • Охлаждать сварочные конструкции из углеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, чтобы структура нормализовалась;
  • При проведении сварного процесса для ответственных деталей нужен предварительный подогрев, примерно до 400 градусов, с помощью подогрева обеспечится требуемая прочность шва, также в данном случае сварку можно осуществлять в несколько подходов.

Таким образом, процесс сваривания углеродистых сталей зависит, главным образом, от содержания в них углерода. Поэтому необходимо учитывать, какое содержание и выбирать правильную технологическую схему, чтобы получить высококачественное прочное изделие, которое сможет прослужить долгий срок.

Сварка среднеуглеродистой стали

Углеродистыми конструкционными (машиноподелочными или строительными) называют стали, которые содержат примерно до 2% углерода. Для начала нужно знать, что стали наполненные:

  • до 0,25% называются низкоуглеродистыми;
  • от 0,26% до 0,6 – среднеуглеродистыми;
  • от 0,6 до 2% — высокоуглеродистыми.

И все они не имеют легирующих элементов. То, что выше этого содержания, называется чугуном. Углерод определяет прочностные характеристики и напрямую влияет на свариваемость сталей.

Состав, назначение и применение

Очень широкое применение эти материалы находят в народном хозяйстве. Начиная от изготовления простых гвоздей до высокопрочных и особо ответственных конструкций.

Разговор здесь будет о работе со сталями насыщенными средним количеством углерода. Это такие материалы, где его доля колеблется от 0,25% до 0,45%. Такой процент есть основное отличие от низкоуглеродистых сталей. Он придает твердость стали, но делает свариваемость хуже. Применяется в судостроении, машиностроении. Поскольку все углеродистые стали классифицируются еще и по качеству, то здесь еще присутствуют добавки марганца от 0,7% до 1%. В промышленности среднеуглеродистую сталь применяют в нормализованном состоянии, это когда перед сварочным процессом прокат проходит определенную термическую обработку. В сварно-литых и сварно-кованных конструкциях обычно используют сталь 35 или сталь 40.

Характерные черты среднеуглеродистой стали

Неприятной особенностью данных материалов, является появление закалочных структур в шве, около шва и зоне термического влияния (ЗТВ). Эти «нехорошие» структуры почти гарантируют опасные предпосылки для «охрупчивания» соединения. Значит, выбирая марку стали, изготовитель не только ориентируется на прочностные характеристики ее, но и на то как «поведет» себя сварное соединение при подготовке, в процессе изготовления и каковы будут механические свойства у соединения после сварки и при эксплуатации изделия.

Иногда разрушения происходят из-за того, что в соединении появляются сильные остаточные напряжения и очень снижается пластичность металла. Это как раз и есть результат неправильного выбора материала, способа сварки и сварочной технологии.

Понятие свариваемости

Здесь нужно понимать «умение» материала переносить высокотемпературные условия при определенном сварочном процессе без появления в соединении участков металла с «низкой пластикой», которые «провоцируют» возникновение трещин, или то, что соединения, в процессе эксплуатации разрушаются. Проще говоря, это способность металлических деталей к соединению посредством теплового воздействия, без ухудшения механических свойств сварного изделия.

Меры, обязательные к исполнению, при подготовке этой стали к сварке:

  • применять основной материал только регламентированный, например: спокойную сталь;
  • способы сварки применят только те, которые гарантируют шву требуемые характеристики (сварка покрытыми электродами, под флюсом, в защитных газах);
  • грамотным образом проектировать сварные конструкции (исключить контрастные переходы от одного сечения к другому, не допускать «скучивания» швов на малом участке изделия, по возможности отдавать приоритет стыковым соединениям);
  • особое внимание к качеству сборки (минимизировать зазоры и смещения, не допускать натяжения конструкций);
  • стараться применять термообработку, она снимает излишние внутренние напряжения.
Читать еще:  Технология газовой сварки цветных металлов

Процесс и виды сварки

Как уже было сказано выше, значительное содержание углерода, затрудняет сварочный процесс. Для преодоления вышеуказанных сложностей и предания устойчивости металла шва против трещин при любой сварке плавлением необходимо снижать уровень углерода в металле шва. Для этого используют сварочные материалы с низким содержанием углерода, уменьшают количество основного металла в соединении. Попросту кромкам придают соответствующую форму разделки.

Желательно обеспечить предварительный подогрев до температуры 250-3000 С. За счет этого получается почти исключить возникновения закалочных структур в ЗТВ (околошовная зона).

Механизированная и автоматическая сварка

Нужно использовать такие режимы, при которых проплавление основного металла было бы минимальным, а коэффициент формы шва максимальным. Увеличивают долю электродного металла в шве. При полуавтоматической работе это достигается применением проволоки малого диаметра и минимального тока. При этом лучше работать постоянным током прямой полярности.

Так же неплохо применят легирование. Для достижения этого достаточно применять проволоку с пониженным содержанием серы и фосфора, с добавлением кремния и марганца. При автоматической сварочной работе легирование происходит за счет флюса.

Ручная дуговая сварка

Для этой сварки работают электродами с основным покрытием. Они обеспечивают легирование, шов становится устойчив против трещин. Но чтобы избежать хрупких закалочных структур в ЗТВ, желательно медленное остывание изделия. Для этого снижают скорость сварки, предварительный подогрев и применение двух-и более раздвинутых дуг. Чем больше содержания углерода, тем выше должна быть температура подогрева при сварке (сопутствующий подогрев). Но все равно, когда при всех перечисленных приемах, полностью не удается придать нужную пластичность соединению, применяют закалку с отпуском.

Электрошлаковый способ

Это особый способ сварки в котором используется для нагрева зоны плавления — шлаковая ванна. Нагрев осуществляется электрическим током. Здесь, благодаря широкой возможности изменять коэффициент формы ванны и медленному остыванию, создаются условия для создания высококачественного соединения. За счет подачи проволоки со скоростью не превышающей критического значения, обеспечивается высокая стойкость против кристаллических трещин.

Проблемы здесь могут возникать, если содержание углерода превысит 0,33%. Тогда нужно использовать проволоку с марганцем и кремнием.

Сварка в углекислом газе

Технология этого вида во многом схожа со сваркой ручной дуговой или со сваркой под флюсом. Так же в основе лежит снижение процента основного металла в шве и обеспечении благоприятного провара. Но в массовом производстве используется нечасто.

Важно помнить, что при любом способе сварки среднеуглеродистой стали, важнейшим пунктом в подготовке и процессе является придание нужной пластичности соединению. А способ, как обеспечить эту пластичность уже выбирается исходя из конкретной ситуации при которой будет проходить сварка.

Визуальный контроль сварных соединений

Контроль сварных соединений — есть неотъемлемая часть всего технологического сварочного процесса.

Визуальный контроль – это один из множества методов, которым подвергаются все без исключения сварные соединения. И не только. Работа по визуальному контролю начинается уже на стадии приемки основных и сварочных материалов в сварочном производстве. Но в этой статье будет рассмотрен только визуальный контроль. Но для начала необходимо понять задачи, которые он решает и на, что нацелен.

Дефекты сварных соединений

Дефекты, в сварочном производстве, определяются как несоответствие нормам и правилам по которым изготавливается соединение.

Эти «косяки», которые возникли в самом процессе сварки делятся на внутренние и наружные. Наружные как раз и выявляются визуальным осмотром соединения. Забегая вперед следует уточнить, что собственно как отдельного метода, визуального контроля не существует. Он всегда идет в связке с измерением. В производстве так и называется – визуальный и измерительный контроль. Ну так вот, чтобы приступить к измерению, необходимо выявить визуально дефекты, зафиксировать их, а уж при измерении определить -допустимы или нет выявленные несоответствия и как они будут влиять на работу изделия. Выявлять дефекты следует уже на стадии подготовки к сварке. Так как они напрямую влияют на качество конечного сварочного продукта.

Дефекты при подготовке к сварке, причины их возникновения и их влияние на качество соединения

Несоответствия при подготовке и сборке приводят к последующим сварочным дефектам. Например: неверный угол скоса кромок, большое или наоборот маленькое притупление, смещение по оси, несовпадение стыкуемых плоскостей, увеличенный зазор и геометрия шва недопустимо нарушена!

Необработанные и не зачищенные кромки, сырая поверхность или не прокаленные электроды, расслоения, неправильно выбранный режим сварки и поры, свищи и непровары по шву обеспечены!

Завышенная сила тока, быстрое движение электрода вдоль шва и подрезы нам улыбаются!

Резко оборвали дугу – в конце шва обязательно будет не заваренный кратер.

Все дефекты создают локальную концентрацию напряжения, уменьшают полезное сечение шва ослабляя конструкцию, а в некоторых случаях даже распространяются дальше по шву. Например трещины и микротрещины. Понятно, что такая конструкция не выдержит даже минимального срока эксплуатации.

Правильность сборки сопровождаются внешним осмотром и измерением при помощи специальных поверенных приспособлений, шаблонов и эталонов. А форма и размеры швов задаются техническими условиями, где оговаривается число проходов и глубина проплавления.

Слово о наружных дефектах

К этим наружным «сварочным вредителям» относятся следующие:

  • наплывы — стекание расплавленного металла на основной;
  • подрезы — точечные или продолговатые канавки в основном металле, идущие по краям шва;
  • не заваренные кратеры — углубление в конце шва при резком обрыве дуги;
  • прожоги — сквозное отверстие при сварке первого слоя шва;
  • поджоги — это результат «чирканья» электродом при возбуждении дуги;
  • трещины — разрыв метала по шву или прилегающему металлу;
  • поры — полость округлой формы;
  • брызги — застывшие капли на соединении;
  • свищи – дефект в виде воронки в шве.

Вот все эти дефекты и призван выявлять и фиксировать визуальный контроль.

Внешний осмотр

• При проведении сварочных работ внешнему осмотру, а часто и измерению подвергаются и подготовительные действия. Проверяется качество материала – наличие или отсутствие дефектов на металле (заусенции, вмятины, чистота кромок), подготовка конструктивных элементов кромок (правильность угла разделки, зазор, соосность), качество и правильность выполнения прихваток. Конструкции, которые были собраны с нарушениями технических условий, бракуются.

• Во время самого сварочного процесса сварщик (он является естественным и первым контролером качества соединения), кроме наблюдения за режимом сварки и стабильностью горения дуги, наблюдает как выполняются валики при выполнении многослойных швов. Исключительно важным является контроль за качеством начального прохода (корня шва). Потому что именно первый слой «рисует» всю последующую «картинку» сварного соединения. Очень часто даже приходится осматривать корень при помощи 4-7кратной лупы.

• При визуальном контроле готовых изделий так же применяют лупу. В первую очередь выявляются все те «сварочные косяки», которые упоминались выше. Большинство из них не допустимы и подлежат исправлению. Так же большое внимание, при визуальном контроле, уделяется форме шва, правильному «рисунку» чешуек и «общей картине» распределения металла в усилении шва.

Для каждого шва, выполненного в разных «позах», характерен свой внешний вид и форма.

При осмотре особо ответственных изделий и конструкций (особенно в военной и космической промышленности), внешний вид швов часто сравнивают со специально выполненными эталонами. Геометрию контролируют при помощи шаблонов и измерительных инструментов.

Визуальный контроль достаточно информативен, является дешевым и быстрым методом контроля. А при внимательном наблюдении сварочного процесса, можно исключить появление многих дефектов. Визуальный осмотр — процедура недорогая и очень эффективная в технологическом процессе.

Условия для визуального и измерительного контроля

Для проведения качественного ВИК необходимо создание определенных условий на любой площадке. Будь-то высокотехнологичное производство, где работают в белых халатах и перчатках, сварочный цех или монтажная площадка. Они включают в себя:

  • удобство подхода специалистов;
  • возможность подключения местного освещения 12 В;
  • освещенность должна быт не менее 500 Лк (500 люкс);
  • в помещениях окраска стен, потолков и столов должна быть выполнена в светлых тонах;
  • обеспечение достаточного обзора для глаза специалиста. Поверхность рассматривается под углом более 300 к плоскости и с расстояния не менее чем 600мм;
  • зачистка поверхностей, как того требуют нормативные документы;
  • меры по безопасному проведению контроля.

Только после того как проведен тщательный визуальный контроль и исправлены все несоответствия, соединения подвергаются другим методам контроля, если того требует проектная документация.

Технология сварки углеродистых сталей: тонкости процесса и рекомендации

Выполнение такого технологического процесса, как сварка углеродистых сталей, 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.

Сварка углеродистой стали дуплекс

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.

Читать еще:  Технология сварки горизонтальных швов

Технологические особенности сварки 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 полуавтоматической сварки 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.

Прихватки выполняются с полным проваром стыка и последующей переплавкой при наложении основного шва

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.

Таблица режимов сварки (на примере низкоуглеродистых и низколегированных сталей)

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.

Сварка этого дифференциала выполнена ТИГ-сваркой, что обеспечило качественный провар и отсутствие брызг

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.

Электроды для сварки сталей с легирующими добавками

Газовая сварка 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 покрытий электродов, 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.

Электроды для сварки низкоуглеродистых сталей

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.

Режимы сварки под флюсом

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.

Неправильный выбор типа сварки и сварочного материала приводит к отсутствию сварочного шва как такого

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 электродуговой сварки деталей, изготовленных из среднеуглеродистых сталей, 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.

Электроды для сварки среднеуглеродистых сталей

Осуществляя газовую сварку изделий, изготовленных их среднеуглеродистых сталей, 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.

Качественное сварное соединение высокоуглеродистых сталей

Высокоуглеродистые стальные сплавы отличаются значительным содержанием углерода в своем составе, что исключает возможность получения качественного сварного соединения деталей, которые из них изготовлены. Между тем периодически возникает необходимость выполнять сварку таких деталей, поэтому следует знать, как правильно осуществить подобный технологический процесс.

Углеродистые стали с высоким содержанием углерода относительно неплохо свариваются методами, используемыми для изделий из среднеуглеродистых сплавов, но при проведении данной процедуры нужно придерживаться следующих рекомендаций: не выполнять сварку на сквозняке и при температуре окружающего воздуха ниже +50.

Режимы газовой сварки углеродистых сталей

Газовая сварка углеродистых стальных сплавов с высоким содержанием углерода выполняется только левым способом и с использованием незначительно науглероженного или нормального пламени. Обязательным условием, обеспечивающим качественное выполнение газовой сварки сталей высокоуглеродистой категории, является предварительный нагрев соединяемых частей до температуры не ниже 3000.

Если говорить об общих рекомендациях для обеспечения высокого качества сварных соединений деталей, изготовленных из углеродистых сплавов (всех вышеперечисленных категорий), то для этого следует правильно выбирать электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей, сварочную проволоку, тип и мощность пламени, а также строго следовать технологическим рекомендациям.

Особенности сварки различных видов сталей

Для улучшения свойств и характеристик сталей, в их состав вводят различные добавки. Изменяя кристаллическую решетку материала, добавки влияют не только на прочность или коррозионную стойкость материала, но и на способность к свариванию. Для некоторых сплавов сварка проходит очень легко, но есть материалы, требующие особого подхода.

Читать еще:  Технология сварочного процесса

Углеродистые

Одной из самых распространенных добавок при производстве стали, безусловно, является углерод. Согласно ГОСТ 380-2005, в зависимости от его количества в составе сталей, последние могут быть:

  • низкоуглеродистыми, с содержанием углерода не более 0,25% от объема;
  • среднеуглеродистыми, содержащие углерод в количестве 0,25%-0,6%;
  • высокоуглеродистые, в которых содержится от 0,6% до 2,07% углерода от объема материала.

Сварка углеродистых сталей характеризуется рядом особенностей, позволяющих получить качественный однородный шов.

При соединении деталей из углеродистых сталей, их располагают так, чтобы шов оказался «на весу». Для этого детали на столе для сварки надежно фиксируют при помощи приспособлений для сборки – струбцин, скоб, тисков.

В начале и конце шва устанавливают специальные планки из того же материала, что и свариваемые детали. Начало и окончание процесса сварки происходит на этих планках. Таким образом, шов по всей длине получается однородным, обладающим стабильными свойствами и имеющим точные заданные характеристики.

Закрепив детали и разгонные планки в нужном положении, проводят прихватки металла по длине шва. Предпочтительно делать прихватки с обратной стороны шва.

Если толщина свариваемых деталей велика и планируется производить многослойную сварку в несколько проходов, прихватки допускается производить с лицевой стороны шва.

При многослойной сварке, каждый предыдущий слой осматривают на наличие трещин и непроваров. При их обнаружении металл шва срезают, разделывают кромки, и процесс повторяют.

Главное требование при сваривании заключается в том, что прочность металла шва и околошовной области не должна уступать прочности металла деталей.

Низкоуглеродистые

Малоуглеродистая сталь, имеющая в своем составе, помимо углерода еще и легирующие добавки сваривается, как правило, с применением любой из сварочных технологий.

Работа не требует высокой квалификации сварщика. Такие материалы относятся к числу хорошо свариваемых сталей. Поэтому здесь может с успехом применяться обычная дуговая сварка.

Особенностями сварки низкоуглеродистых сталей является пониженное содержание углерода в металле шва и увеличенное количество легирующих добавок, поэтому возможно некоторое упрочнение металла шва по отношению к металлу деталей.

Еще одной проблемой, которую следует учитывать, является повышенная хрупкость шва при выполнении многослойной сварки.

Для выполнения соединений низкоуглеродистых сталей применяются электроды с рутиловым и кальциево-фтористорутиловым покрытием. Профессиональные сварщики используют электроды, в обмазку которых добавляют немного порошка железа. Из электродов, выпускаемых промышленностью, для сварки подходят следующие марки: УОНИ-13/85, ЦЛ-14, ЦЛ-18-63.

Стали с малым количеством углерода легко сваривать, применяя ацетилен. При этом даже можно обойтись без использования флюса, а газ расходуется в небольшом объеме.

Для получения качественного стыка, обладающего прочностью, не меньшей, чем основной металл, применяют кремнемарганцевую сварочную проволоку. По окончании работы со швом пламя не гасят и не снимают его со стыка деталей, а плавно отклоняют, давая шву остыть.

Если убрать пламя сразу, то без флюса материал шва, будучи разогретым, окислится. Чтобы придать шву лучшие прочностные свойства, металл шва, как правило, проковывают и подвергают термической обработке.

Среднеуглеродистые

Из-за большого количества углерода соединение таких деталей осложняется. В результатах работы это выражается в том, что металл детали и сварного стыка может быть различной прочности. Помимо этого вблизи кромок шва могут образовываться трещины и очаги с ярко выраженной хрупкостью материала.

Чтобы избежать указанных недостатков, применяют электроды, в составе материала которых содержится низкое количество углерода.

При повышении тока, необходимом для разогрева соединяемых деталей, возможно проплавление основного металла. Чтобы исключить подобные случаи, производится разделка кромок соединяемых деталей.

Еще одним мероприятием по повышению качества соединения является предварительный разогрев и постоянный подогрев деталей в процессе. При сваривании сталей полуавтоматом для повышения качества шва лучше осуществлять движения электродом не поперек, а вдоль стыка деталей и использовать короткую дугу. Для работы применяют электроды марок УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5а.

При использовании ацетилена для сварки среднеуглеродистых сталей добиваются такого пламени горелки, при котором расход газа составит 75-100 дм³/ч. Для изделий, имеющих толщину 3 миллиметра и более, применяется общий подогрев до 250-300 °C или местный до 600-650 °C.

После сварки шов проковывают и подвергают термической обработке. Для сварки изделий из металла с количеством углерода, близким по содержанию к высокоуглеродистым сталям, используют специальный флюс.

Высокоуглеродистые

Стали с высоким содержанием углерода очень плохо поддаются сварке. Для соединения деталей из таких материалов применяются другие альтернативные способы.

Сварка высокоуглеродистых сталей, стойких к коррозии, осуществляется только при проведении ремонтных работ.

В этом случае применяется предварительный прогрев области шва до 250-300 °C и последующая термообработка шва. Совершенно не допускается производить сварочные работы с высокоуглеродистыми сталями при температуре воздуха ниже 5 °C или при наличии на месте сварочных работ сквозняков.

При соблюдении всех условий, сварка высокоуглеродистых сталей производится теми же приемами, что и среднеуглеродистых.

Допускается газовая сварка ацетиленом. Мощность пламени горелки должна обеспечивать расход газа в пределах 75-90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины шва.

Для предотвращения окисления, используются флюсы, составы которых аналогичны флюсам, используемым при сварке среднеуглеродистых сталей. После газовой сварки осуществляется проковка шва с последующим отпуском.

Аустенитные

Аустенитными сталями называют материалы, в составе которых присутствует высокотемпературная фаза железа – аустенит. Они входят, например, в группу хромоникелевых сталей, которые могут работать в различных агрессивных средах и при очень больших значениях температур.

Главной особенностью при сварке коррозионностойкой стали, является необходимость обеспечения стойкости к межкристаллической коррозии в околошовной зоне.

Проблема заключается в том, что даже при предварительном подогреве стали, по границам нагрева из кристаллической решетки выпадают карбиды хрома. В результате уменьшения количества этого элемента в составе материала, при повторном нагреве на границах появляются коррозионные растрескивания.

На практике может понадобиться создание конструкций с использованием аустенитных сталей с хромоникелевыми легирующими добавками, которые будут работать в условиях высоких температур. Для сварки таких конструкций нужно выбирать материалы, в которых содержание углерода возможно низкое.

Если необходимо, чтобы процентное содержание углерода было выше, и при этом конструкции из стали выполняли свое назначение в условиях агрессивных сред и высоких температур, нужно выбирать легирующую добавку, близкую по свойствам к углероду.

В качестве такой добавки может использоваться титан, цирконий, тантал, ванадий, вольфрам. Эти элементы связывают углерод, который выделяется из стали в процессе последующего нагрева, и препятствуют обеднению околошовных участков в процессе сварки.

Нержавейка

Чаще всего нержавеющие стали, используемые в промышленности, получают свои антикоррозийные свойства посредством введения легирующих добавок – хрома и никеля.

При сварке хромированных деталей необходимо учитывать, что при высокой температуре (более 500 °C), возможно окисление стыка деталей.

Чтобы избежать этого применяют аргонодуговую сварку, или TIG-сварку (ТИГ). Такая технология предусматривает осуществление сварочных операций без доступа воздуха непосредственно к зоне сварки. Соответственно отсутствие кислорода, наличие которого в воздухе обязательно, устраняет предпосылки к окислению материала.

Ограничение доступа воздуха осуществляется путем введения в зону сварки аргона, инертного газа, который будучи тяжелее воздуха, вытесняет его. Иногда такой способ называют сваркой стали аргоном. На самом деле сталь либо просто сваривается между собой дугой, либо с помощью присадочного материала.

Для аргонодуговой сварки требуется специальное оборудование. Работы ведутся неплавящимися вольфрамовыми электродами, требования к которым определяются ГОСТ 10052-75.

Вторая проблема заключается в следующем. Нержавеющие стали имеют высокий коэффициент температурного расширения, и при сварке листовой стали, когда стык имеет большую длину в сравнении с линейными размерами детали, в процессе остывания возможно искривление сварочного шва.

Проблема решается путем выставления зазоров между листами и применением прихваток, фиксирующих детали в нужном положении.

Инструментальные

Инструментальная сталь относится к числу твердых, стойких к механическим воздействиям материалов. Из нее изготавливают слесарные, столярные инструменты, части оборудования для различных отраслей промышленности.

Рабочие органы инструментов – сверла, резцы, назначение которых воздействовать на материалы с целью их обработки, очевидно должны быть прочнее и тверже обрабатываемых материалов. Достигаются такие свойства путем включения в состав большого количества углерода и легирующих добавок – никеля, хрома, молибдена.

Сварка инструментальной стали применяется при ремонте оборудования, инструментов. В этом случае к сварочным швам предъявляются высокие требования: стыки должны быть однородными с остальной частью материала, а их прочность не должна отличаться во избежание возникновения концентрации напряжений при работе.

Чтобы обеспечить соблюдение таких требований необходимо применять специальные электроды. В большинстве случаев это могут быть УОНИ-13/НЖ/20Ж13.

При сварке специальных углеродистых сталей, применение которых узконаправлено, используются электроды, разработанные для определенных марок.

При правильном определении характеристик материала, типа сварки и режимов, при использовании электродов соответствующих марок, сварочные швы будут обладать высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector