Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Pereosnastka.ru

Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Сварка углеродистых сталей

Категория:

Сварка металлов

Сварка углеродистых сталей

Для изготовления способом сварки строительных конструкций, различного оборудования и сооружений широко применяются низкоуглеродистые и некоторые среднеуглеродистые конструкционные стали в основном спокойной и полуспокойной плавки, выпускаемые в виде листов и фасонного проката (уголок, швеллер, двутавр).

Низкоуглеродистые стали по степени свариваемости относятся к группе хорошо сваривающихся сталей и имеют наилучшую свариваемость в сравнении с другими сталями. Сварку таких сталей рекомендуется вести на максимально допустимых режимах. , Необходимые пластические свойства таких сталей обеспечиваются в шиком диапазоне режимов, поэтому, как правило, не требуется специальных технологических мероприятий для предотвращения, образования закалочных структур и появления кристаллизационных трещин.

Примеры некоторых марок низкоуглеродистых сталей с хорошей свариваемостью:— углеродистые обыкновенного качества СтО, Ст1 пс, Ст1’ сп, Ст2 пс, Ст2 сп, СтЗ пс, СтЗ Гпс, Ст4 пс, Ст4 сп, ВСтЗ пс, ВСтЗ сп, ВСтЗ Гпс, ВСт2 сп;— углеродистые качественные 05; 08; 10; 15; 20;

— углеродистые котельные 12К, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют электроды типов Э42, Э46 с различными видами покрытий (рутиловое, целлюлозное, кислое, смешанное). Выбор типа и марки электродов должен обеспечивать равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварных швах. Примеры марок электродов: МР-3, ОЗС-4, ОЗС-6, АНО-3, АНО-4, ОММ-5, ОМА-2, ЦМ-7.

При изготовлении ответственных сварных конструкций, когда требуется обеспечить стойкость сварных соединений в условиях ударных и вибрационных нагрузок, а также в условиях пониженных и повышенных температур, применяют электроды типов Э42А, Э46А, Э50А с основным покрытием, обеспечивающие металл шва с повышенными пластическими свойствами и стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Примеры марок таких электродов: УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, СМ-11, ОЗС-2, АНО-7, ТМУ-21. Механические свойства металла швов, выполненных этими электродами, как правило, выше аналогичных свойств основного металла.

Сварка низкоуглеродистых сталей, как правило, не требует предварительного подогрева. Однако в некоторых случаях, специально сговоренных в технической документации, предварительный подогрев до температуры 120—150° применяется для предупреждения появления кристаллизационных трещин. Такая потребность иногда возникает при сварке угловых швов толстого металла, при сварке первого слоя многослойных стыковых швов толстого металла, особенно если сварка толстого металла производится при низких температурах.

Среднеуглеродистые стали для изготовления сварных конструкций находят ограниченное применение. Для изготовления строительных конструкций могут использоваться только среднеуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,35%, имеющие удовлетворительную свариваемость. Примеры некоторых марок таких сталей:— углеродистые обыкновенного качества: Ст5 всех групп и Ст5 Гпс;

— углеродистые качественные: 30 и 35.

Повышенное содержание углерода в таких сталях обуславливает определенные трудности при их сварке. Такие стали склонны к образованию кристаллизационных трещин в металле шва и закалочных структур в околошовной зоне. Для устранения этих нежелательных явлений, а также для обеспечения необходимой пластичности сварного соединения в большинстве случаев рекомендуется применять предварительный и сопутствующий подогрев основного металла до температуры 150—300°. В некоторых случаях рекомендуется и последующий подогрев, чтобы обеспечить замедленное остывание сварного соединения.

Сварка среднеуглеродистых сталей без предварительного подогрева при температурах ниже +5 °С не рекомендуется.

В процессе сварки среднеуглеродистых сталей необходимо выполнять определенные условия, обеспечивающие пониженное содержание углерода в металле шва и предупреждающие образование закалочных структур. Необходимо стремиться уменьшать долю основного металла в металле шва.

С этой целью обязательно применять сварные соединения с разделкой кромок; применять электроды с пониженным содержанием углерода в стержне; сварку вести на режимах, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла (небольшой диаметр электрода, пониженная величина сварочного тока); стремиться получить шов с повышенным значением коэффициента формы шва. Для сварки рекомендуется использовать электроды с повышенным коэффициентом наплавки.

Рекомендуется уменьшать скорость сварки, при многослойной сварке избегать наложения широких слоев, заполняя каждый слой в несколько проходов. Сварку рекомендуется вести короткой дугой участками небольшой длины. Все эти мероприятия будут создавать дополнительные условия для замедления остывания сварного соединения.

Для сварки среднеуглеродистых сталей применяют электроды типов Э42А, Э46А, Э50А с основным покрытием. Примеры марок таких электродов: УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, УП-1/45, ДСК.-50, АНО-7, ТМУ-21.

Для сварки среднеуглеродистых сталей чаще всего mil-меняют предварительный подогрев до температуры 250 — 300°С. Однако сварка с подогревом обладает серьезными эксплуатационными недостатками. Кроме того, чрезмерный подогрев может вызвать образование трещин вследствие увеличения провара основного металла и связанного с этим повышения содержания углерода в металле шва.

Читайте также  Изготовление труб из листовой стали

Для снижения доли основного металла в металле шва дуговую сварку среднеуглеродистых сталей, как правило, ведут с разделкой кромок на режимах, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла и максимальное значение коэффициента формы шва.

Сварку под флюсом среднеуглеродистых сталей ведут на режимах, не характерных для этого высокопроизводительного способа, в связи с чем он не получил широкого применения при изготовлении конструкций из среднеуглеродистых сталей.

Для сварки под флюсом применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 и сварочные проволоки Св-08А, Св-08ГА и Св-10Г2.

Для ручной сварки среднеуглеродистых сталей применяют электроды с фтористокальциевым покрытием УОНИ-13/55 и УОНИ-13/45, обеспечивающие достаточную прочность и высокую стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин.

Технология сварки среднеуглеродистых сталей в углекислом газе, как и сварки их покрытыми электродами и под флюсом, основана на снижении доли основного металла в металле шва и обеспечении благоприятной формы провара. Сварка в углекислом газе для изготовления конструкций из среднеуглеродистых сталей применяется мало.

Реклама:

Сварка низколегированных конструкционных сталей

Источник: http://pereosnastka.ru/articles/svarka-uglerodistykh-stalei

Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Технология сварки среднеуглеродистых 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.

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.

Читайте также  Прибор для определения марки стали

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.

Читайте также  Сатинирование нержавеющей стали

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

Источник: https://svaring.com/welding/soedinenie/svarka-stali

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.

Источник: https://ccm-msk.com/tehnologiya-svarki-sredneuglerodistyh-staley/

Технология сварки среднеуглеродистых сталей: особенности и проблемы

Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Наличие углерода в составе сталей этого вида увеличивает возможности отпуска и закалки, отчего материал приобретает лучшую износостойкость и твердость. Такие свойства позволяют изготавливать осевые валы, звездочки, станины оборудования, зубчатые колеса и другие элементы, в которых важны такие параметры. Но часто сварка является единственным методом производства деталей и их ремонта.

Эта технология в отношении углеродистых сталей имеет некоторые проблемы, поскольку в материале есть углерод. Он обуславливает возможность появления трещин как в самом шве, так и в околошовной зоне, а также непластичных образований. Углерод отрицательно влияет на устойчивость шва, этому же способствует вредные примеси материала – сера и фосфор. Сегодня принято рассматривать эту процедуру отдельно для каждой группы материала: технология сварки среднеуглеродистых сталей, высокоуглеродистых и низкоуглеродистых.   

Основные проблемы и методы их решения

Сформировано понятие «критическое содержание углерода в сварном шве». Количественные показатели зависят от следующих параметров:

  • особенности узловой конструкции;
  • конфигурация сварного шва;
  • наличие в сварном шве химических элементов;
  • предварительное прогревание зоны будущего сварного шва.

Методики купирования рисков образования трещин рассматривают следующие действия:

  • лимитирование химических элементов, которые увеличивают риски образования трещин;
  • уменьшение напряжений, которые способствуют образованию дефектов;
  • в процессе сварки формируют максимально однородный шов оптимизированной формы с нормальным составом.

Непластичные структуры, которым также свойственно образование в процессе сварки углеродистых сталей, увеличивают риски образования трещин при нагрузках. Риски их появления решаются с помощью исключения факторов, которые способствуют их образованию.

Обязательно следует очищать перед проведением сварочных работ изделия из углеродистой стали от ржавчины, окалины, грязи, масляных включений и других посторонних веществ. Очистке подлежит зона работ и не менее 10 миллиметров околошовного участка. Эти элементы могут быть источниками водорода, что станет причиной образования трещин и пор в шве. Так формируется плавный переход и прочность конструкции к нагрузкам.

Особенности сварки сталей

Особенности сварки углеродистых сталей принято рассматривать по группам материала:

  • Низкоуглеродистых. Эти железные сплавы хорошо свариваются без использования флюса ацителенокислородным пламенем. Но отмечается увеличение эффективности процесса, при снижении объемов углерода в материале. Чем выше его содержание, тем больше риски формирования хрупких структур в сварном шве и увеличение пористости. Улучшение структуры достижимо подковкой при температурах каления и последующим медленным охлаждением. Эта методика наиболее актуальна, если готовое изделие будет эксплуатироваться под нагрузками. Чтобы снизить значения пористости шва, следует использовать присадки с низким содержанием углерода. Материалы с небольшой толщиной – до 5 мм можно обрабатывать газовой сваркой, более толстые требуют использования сварку плавлением дуговую.
  • Среднеуглеродистых. Для этих железных сплавов характерна закалка после нагревания и охлаждения. Наиболее применимы технологии сварки плавлением и ацителенокислородным пламенем. Чтобы сварной шов получился качественным без трещин, процедуру следует выполнять оперативно, а перед сваркой и после нее осуществлять термообработку. Если приходится использовать газовое сварочное оборудование, следует выбирать присадочные материалы с раскислителями. Это позволяет получить шов с нормальной пористостью и купировать риски выгорания углерода.
  • Высокоуглеродистых. Сварка высокоуглеродистых сталей не может проводиться газовым оборудованием, поскольку так углерод сильно выгорает, и образовываются закалочные структуры. Материал сварного шва имеет газовые включения и раковины. Оптимальная технология в данном случае – это дуговая сварка, которая гарантировано дает лучшие результаты.

Подбор электродов

При выполнении сварки углеродистых сталей необходимо учитывать не только характеристики того или иного материала, но и его взаимодействие с электродами различных типов. Последние имеют самые различные свойства, и работа с ними регламентирована различными требованиями.

Важно правильно подобрать электрод, адекватный марке стали. Поскольку углеродистых сталей существует более 2 тысяч марок, то и электродов для них производится большое количество. Есть электроды для сварки низкоуглеродистых сталей и высокоуглеродистых железных сплавов и так далее.

Делая выбор, следует пользоваться такими критериями:

  • выбирать электроды, предназначенные только для углеродистых сталей;
  • выбирать изделия, способствующие снижению содержания водорода;
  • лучше, если изделие характеризует хорошее повторное зажигание дуги;
  • электрод должен обеспечивать минимальное разбрызгивание жидкого металла.

Соблюдая эти правила, вы формируете гарантировано оптимальный результат сварочных работ на углеродистых сталях.

Источник: http://solidiron.ru/obrabotka-metalla/svarka-uglerodistykh-stalejj-osobennosti-problemy-i-tekhnologii.html