Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Сварка углеродистой стали

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Поговорим о газовой сварке углеродистых сталей.

Углеродистая сталь — это сплав железа с углеродом, с содержанием углерода до 2%. По назначению углеродистые стали разделяют на конструкционные (с содержанием углерода в сотых долях процента) и инструментальные (с содержанием углерода в десятых долях процента). На производстве в основном работают с низкоуглеродистыми сталями. 

Углеродистые стали делятся на:

  • низкоуглеродистые стали (содержание углерода до 0,25%);
  • среднеуглеродистые стали (содержание углерода от 0,25% до 0,6%);
  • высокоуглеродистые стали (содержание углерода 0,6% — 1,7%).

Низкоуглеродистые стали

Данные стали имеют хорошую свариваемость ацетиленокислородным пламенем без применения флюса. Чем меньше содержание углерода в свариваемом металле, тем лучше будет происходить процесс сварки. В металлах с увеличенным содержанием углерода появляется вероятность образования хрупких структур, а также пористости металла шва. Улучшение структуры достигается путем проковки металла шва при температуре красного каления и медленным охлаждением.

Когда сварное соединение должно работать на растяжение, изгиб и удар, это способ является особенно существенным. Для того, что бы устранить пористость металла шва нужно использовать присадочный металл с пониженным содержанием углерода (по отношению к основному металлу). В основном газовую сварку применяют для сварки тонколистового металла толщиной до 5 мм.

Для больших толщин металла, сварку наиболее правильно проводить способами дуговой сварки плавлением. Так же и сваркой плавящимся электродом в среде углекислого газа.

Пропан-бутан, природный газ и другие (газы-заменители ацетилена), возможны их использование для сварки металла из низкоуглеродистой стали, которые не подлежат сдаче Госгортехнадзору, так как зона термического влияния увеличивается примерно на 30%, в сравнении со сваркой ацетиленокислородным пламенем, так же снижаются механические свойства сварного соединения.

Среднеуглеродистые стали

У данных сталей присутствует свойство закаливаться после нагрева и быстрого охлаждения. Например, стали с содержанием углерода более 0,4% выгоднее сваривать дуговой сваркой плавлением, так же нельзя исключать возможность сварки ацетиленокислородным пламенем.

Чтобы получить добротное сварное соединение сварочный процесс следует делать с максимальной скоростью, с предварительной и последующей термообработкой.

Для газовой сварки сталей данного класса, следует применять присадочную проволоку с раскислителями (марганцем и кремнием), это делается для того, чтобы избежать выгорания углерода и образования пористости шва.

Высокоуглеродистые стали

Данные стали плохо свариваются газовой сваркой из-за сильного выгорания углерода и образования закалочных структур. Металла шва обычно содержит газовые раковины и включения. Сваривание изделия дуговой сваркой обеспечит значительно лучшие результаты.

Свариваемость углеродистых сталей газовым пламенем

 Тип стали   углерода в сплаве, %  Назначение и область применения  Оценка свариваемости
 Низкоуглеродистые стали  0,06-0,15  Котельная сталь, резервуары, цельнотянутые трубы  Хорошая свариваемость, шов не закаливается
    Низкоуглеродистые стали  0,15-0,25  Литая сталь, трубы, котлы, приводные валы, бочки и т.д.  Хорошая свариваемость, шов слегка закаливается, но не обрабатывается режущим инструментом
 Среднеуглеродистые стали  0,25-0,45  Оси, шатуны, шестерни и другие детали машины  Удовлетворительная свариваемость. Качественное сварное соединение при предварительном нагреве и последующей термообработке
      Среднеуглеродистые стали  0,45-0,6  Инструмент, молоты, шестерни и т.д.  Удовлетворительная свариваемость при использовании специального флюса и термообработки
 Высокоуглеродистые стали  0,6-1,7  Пуансоны, штампы, рельсы, крестовины и т.д.  Плохая свариваемость. Рекомендуется пайка или наплавка

Основные параметры и режимы газовой сварки низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей

Горючий газ  Присадочный металл  Флюс  Удельная мощность пламени, л/ч на 1 мм  Параметры режима сварка Термообработка Примечание
 Ацетилен  Св-08; Св-08А; Св-12ГС; Св-08ГС Св-08Г2С  Не требуется  100-130 (при левом способе сварки) 130-150 (при правом способе сварки)  Нормальное (β=1,0÷1,1)  Не требуется  Сводка в любых пространственных положениях
 Пропан-бутан  Св-12ГС; Св-08ГА; Св-08Г2С  То же  60-75 (при левом способе сварки)  Нормальное или слегка окислительное (β=3,5÷3,8)  То же  Только для деталей, не подлежащих сдаче Госгортехнадзору
 Городской газ  Св-12ГС  Не требуется  180-220 (при левом способе сварки)  Нормальное или слегка окислительное (β=1,5÷1,7)  Не требуется  Только для деталей, не подлежащих сдаче Госгортехнадзору
 Ацетилен  Св-08ГА; Св-10ГА; Св-08ГС  Прокаленная бура (для сталей с содержанием углерода 0,5-0,6%)  75-90 (при левом способе сварки)  слегка науглероживающее (β=1,5÷1,7)  При сварке металла толщиной менее 3 мм общий предварительный нагрев изделия до 300-400 °С либо местный нагрев до 650-700 °С. После сварки высокотемпературный отпуск при 600-650 °С с последующим охлаждением на воздухе  Сварка только при положительных температурах

Источник: https://nt-welding.ru/articles/svarka-uglerodistoj-stali/

Технология сварки углеродистых сталей

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

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.

Читайте также  Хомуты для соединения труб металлические стальные

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. 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.
Читайте также  Пайка стали в домашних условиях газовой горелкой

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.

Поделись с друзьями

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/vidy-uglerodistyh-stalej-i-ih-svarka.html

Технология сварки среднеуглеродистых сталей — Металлы, оборудование, инструкции

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Выполнение такого технологического процесса, как сварка углеродистых сталей, связано с определенными сложностями и отличается рядом особенностей. 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.

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

Читайте также  Воронение стали в масле

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

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).

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 дм3/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.

Источник: https://spb-metalloobrabotka.com/tehnologiya-svarki-sredneuglerodistyh-staley/

Технология сварки углеродистых сталей: тонкости процесса и рекомендации

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Выполнение такого технологического процесса, как сварка углеродистых сталей, связано с определенными сложностями и отличается рядом особенностей. 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

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.

Источник: http://met-all.org/obrabotka/svarka/svarka-uglerodistyh-stalej-tehnologiya-elektrody.html