Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали?

Классификация сталей по свариваемости. Группы свариваемости сталей

Полуспокойные стали

Этот тип стали имеет средние характеристики между спокойными и кипящими. Производят углеродистые стали обыкновенного качества трех групп.

Стали группы А не используют для сварки, поставляют по их механическим свойствам. Букву «А» в обозначение стали не ставят, например «Ст2».

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

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

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

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали — достаточно хорошей, при этом всеми видами сварки. Главное чтобы было высокое качество всего шва по всей длине соединения. Хорошо свариваются разными методами дуговой сварки, но при этом увеличивается металлоемкость и масса детали. Поэтому нужно повысить прочностные свойства, в сталь добавляют легирующие элементы, укрепляющие расплав и повышающие химические соединения.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали когда шов быстро охлаждается, это увеличивает его прочность, но снижаются пластичные свойства. Значимость скорости охлаждения в основном бывает при дуговой сварке. Качества сварного соединения зависят как от свойств металла шва, так и свойств металла зоне сварного шва.

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.

Классификация свариваемостей сталей и сплавов металлов

Говоря о свариваемости сталей, под этой характеристикой понимают способность материала в процессе сварки давать качественный сварной шов высокой прочности, не имеющий пор, каверн, трещин, посторонних включений и других дефектов. Существует специальный марочник сталей и сплавов. Собранные в этом справочнике материалы соответствуют действующим стандартам и имеют определённую маркировку. По этой маркировке можно точно определить их сорт и химический состав, узнать количественное содержание различных примесей.

Прямая зависимость

В процессе сварки в зоне наложения соединительного шва происходит нагрев металла выше критической температуре. В результате образуется аустенит – так называют высокотемпературную гранецентрированную модификацию железа и его сплавов.

Остывая, аустенит превращается в новую структуру, параметры которой зависят от скорости охлаждения и происходящих в материале термокинетических изменений. Непосредственное влияние на эти изменения оказывает химический состав стали.

Это означает, что для правильного выбора технологии и создания качественного сварного соединения необходимо заранее знать характеристики свариваемости. Ведь при использовании сталей марки 15Г или 20Н2М приходится использовать другие технологии, чем при работе со сталями марки 35 или 45.

Польза и вред

Входящие в состав стали вещества можно условно разделить на две основные группы.

  • Полезные, улучшающие её конструктивные качества или усиливающие определённые свойства. На самом деле, их полезность достаточно условна, поскольку во многом зависит от процентного содержания.
  • Вредные, снижающие прочностные характеристики материала и серьёзно усложняющие процесс его обработки. Их присутствие даже в незначительном количестве приводит только к ухудшению характеристик стали.

Наличие тех или иных веществ обуславливается как химическим составом, использованным в процессе плавки руды, так и применением легирующих добавок, сознательно добавляемых при изготовлении материала.

Влияние, оказываемое различными веществами на свариваемость стали

Действующими стандартами нормируется содержание следующих химических элементов:

  • Углерода (C). Расположенное в периодической таблице химических элементов под номером 6, это вещество оказывает значимое влияние на такие характеристики стали, как вязкость, прочность и закаливаемость. Со сваркой не будет проблем, если содержание углерода не превышает 0,25%. В противном случае в зоне сварного соединения резко усиливаются термические влияния, приводящие к образованию различных дефектов, вроде горячих и холодных трещин, каверн и т. п.
  • Серы (S). Шестнадцатый элемент периодической таблицы считается однозначно вредным. Она охотно образует с железом легкоплавкие соединения, располагающиеся по границам зёрен основного металла. Это приводит к ослаблению связи между ними. В горячем состоянии в материале образуются трещины. Подобное явление принято называть красноломкостью металла. Избежать его удаётся, если содержание серы ниже 0,045%.
  • Фосфор (P). Расположенный в таблице под номером 15, этот элемент, как и его соседка, сера, вреден для стали. Он ответственен за образование внутри материала хрупких структур. Это качество принято называть хладноломкостью, поскольку особенно сильно оно даёт знать о себе при низких температурах.
  • Марганец (Mn), №25. В определённых пределах повышает упругость и прочность стали. Находясь в пределах 0,3 – 0,8% от общего количественного состава, не оказывает влияния на процесс сварки. Но если его содержание превысит 1,8%, то материал начнёт закаливаться, и избежать образования трещин и излишней хрупкости шва не удастся.
  • Кремний (Si), №14. Так же, как и марганец, несколько увеличивает характеристики упругости и прочности. Если его общее количество остаётся в пределах 0,2 – 0,3%, проблем не возникает. Но результатом значительного, свыше 0,8%, станет образование его тугоплавких сплавов, повысится жидкотекучесть стали. Это приведёт к проблемам при наложении сварных швов.
  • Хром (Cr), №24. Он придаёт стали не только высокую коррозионную стойкость, но также делает её прочной, упругой и твёрдой. Тем не менее, его содержание свыше 0,3% создаёт проблемы, поскольку в этом случае активно способствует образованию тугоплавких окислов и трещин, образующихся в результате резкого увеличения твёрдости материала в зоне термического нагрева. Из-за образования карбидов хрома в околошовной зоне коррозионная стойкость металла резко снижается.
  • Молибден (Mo) №42. Делает кристаллы стали (зёрна) мельче, существенно повышая её прочность, стойкость к высоким температурам и ударным нагрузкам. Но в процессе сварки молибден активно выгорает и окисляется, способствуя появлению трещин. Особенно заметно это становится, когда его содержание превышает 1%.
  • Ванадий (V), №23. Даже в малых количествах повышает закаливаемость стали, но тем самым создаёт проблемы при наложении сварных швов. При нагреве этот металл окисляется и выгорает. Это означает, что его присутствие в количестве более 1% для ответственных свариваемых деталей недопустимо.
  • Вольфрам (W), №74. Отвечает за такие качества, как износостойкость, особенно при высоких температурах – такое свойство принято называть красностойкостью – и твёрдость. Но поскольку при наложении шва сильно окисляется, в свариваемых сталях его присутствие вовсе не допустимо.
  • Никель (Ni), №28. Это друг сварщика. Он измельчает кристаллы металла, в результате чего шов становится более прочным и пластичным. Даже при его добавлении порядка 2 – 3% от общего состава даёт ощутимый результат. Для деталей, работающих под высокими нагрузками, рекомендовано использовать материалы, в которые добавлен никель в количестве 8 – 10 %. Но при сварке таких сталей приходится использовать различные технологические ухищрения, ограничивая поступление в зону нагрева кислорода. К тому же никель дорог, а это значит, что его использование должно быть экономически оправданным.
  • Титан (Ti), №22. Он улучшает те же, что и никель, характеристики, и столь же требователен к технологическим особенностям процесса. Однако, несмотря на значительную стоимость, в особо ответственные детали добавляют и тот и другой металл, стараясь довести содержание титана до 4 – 5%.

Классификация свариваемости сталей

Сталь – основной конструкционный материал, который представляет собой сплав железа с углеродом и разными примесями. Все элементы, которые входят в состав стальных изделий, оказывают влияние на ее характеристики (в частности, на свариваемость сталей).

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Главным показателем свариваемости является углеродный эквивалент, который обозначается, как Сэкв. Данный условный коэффициент учитывает уровень воздействия на свойства сварного шва карбона, легирующих компонентов.

Факторы, влияющие на свариваемость сталей:

  • Толщина металлического образца
  • Объем вредных примесей
  • Условия окружающей среды
  • Вместимость углерода
  • Уровень легирования
  • Микроструктура

Основным параметром для информации является химический состав материала.

Свариваемость стали считается сравнительным показателем, зависящим от химического состава, физических характеристик, микроструктуры материала. При этом способность создавать высококачественные сварные соединения может корректироваться благодаря продуманному технологическому подходу, выполнения требований, предъявляемых к сварке, наличия современного спецоборудования.

Сергей Одинцов

Сварка высокоуглеродистых сталей

Высокоуглеродистые стали относятся к сложно свариваемым и ограниченно свариваемым материалам ввиду их особой склонности к закалке, образованию трещин и других термических дефектов. Ввиду высокой сложности выполнения работ ручные методы электродуговой сварки практически не используются.

Читайте также  Как соединить полипропиленовые трубы без пайки?

Газовая сварка

Основным методом соединения заготовок из высокоуглеродистой стали является газовая сварка с предварительным прогревом до 200-300℃. В ряде случаев используется и сопутствующий подогрев. Работы проводятся восстановительным пламенем или пламенем с небольшим избытком ацетилена, интенсивность – не более 90 куб. дм в час. Используется «левый» способ, позволяющий снизить время термического воздействия на металл.

В качестве присадки используется проволока Св-15 или Св-15Г, иногда – проволоки, легированные хромом, никелем, марганцем. В отличие от среднеуглеродистых сталей высокоуглеродистые не рекомендуется обрабатывать ковкой. В случае необходимости выполняется их отпуск или отжиг с полным прогревом заготовок до 350-400℃.

Другие способы сварки

Альтернативным способом соединения высокоуглеродистых сталей является лучевая сварка, которая подразделяется на электролучевую (направленный поток заряженных частиц) и лазерную (направленный поток фотонов). К недостаткам этих технологий можно отнести высокую сложность и дороговизну оборудования, к преимуществам – высокую скорость и точность проведения работ, короткое время и малую площадь температурного воздействия на стык.

Ограниченно применяются технологии контактной, плазменной, электрошлаковой сварки, которые требуют значительных ресурсозатрат, однако, не решают всех проблем, связанных с сообщением необходимых механических свойств шву. Одним из перспективных направлений является соединение заготовок высокоуглеродистых сталей между собой и с другими материалами сваркой трением.

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.

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.

Читайте также  Как соединить провода между собой без пайки?

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.

Свариваемость сталей

Выделяют довольно большое количество параметров, которые определяют основные свойства металла. Среди них выделяют показатель свариваемости. На сегодняшний день сварка стали проводится крайне часто. Подобный способ соединения металлов и других материалов характеризуется высокой эффективностью, так сварной шов может выдерживать большую нагрузку. При плохом показателе провести подобную работу сложно, в некоторых случаях даже невозможно. Все металлы разделяются на несколько групп, о чем далее поговорим подробнее.

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его. Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин.

К другим особенностям, которые касаются рассматриваемого вопроса, можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Практически во всех металлах содержатся вредные примеси, которые могут снижать или повышать обрабатываемость сваркой.
  2. Фосфор считается вредным веществом, при повышении концентрации появляется хладноломкость.
  3. Сера становится причиной появления горячих трещин и появлению красноломкости.
  4. Кремний присутствует практически во всех сталях, при концентрации 0,3% степень обрабатываемости не снижается. Однако, если увеличить его до 1% могут появится тугоплавкие оксиды, которые и снижают рассматриваемый показатель.
  5. Процесс сварки не затрудняется в случае, если количество марганца не более 1%. Уже при 1,5% есть вероятность появления закалочной структуры и серьезных деформационных трещин в структуре.
  6. Основным легирующим элементом считается хром. Он добавляется в состав для повышения коррозионной стойкости. При концентрации около 3,5% показатель свариваемости остается практически неизменным, но в легированных составах составляет 12%. При нагреве хром приводит к появлению карбида, который существенно снижает коррозионную стойкость и затрудняет процесс соединения материалов.
  7. Никель также является основным легирующим элементом, концентрация которого достигает 35%. Это вещество способно повысить пластичность и прочность. Никель становится причиной улучшения основных свойств материала.
  8. Молибден включается в состав в небольшом количестве. Он способствует повышению прочности за счет уменьшения зернистости структуры. Однако, на момент воздействия высокой температуры вещество начинает выгорать, за счет чего появляются трещины и другие дефекты.
  9. В состав часто в качестве легирующего элемента добавляется медь. Ее концентрация составляет около 1%, за счет чего немного повышается коррозионная стойкость. Важной особенностью назовем то, что медь не ухудшает обработку сваркой.

В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.

Классификация сталей по свариваемости

Хорошей обрабатываемостью обладают сплавы, в которых при нагреве не образуются трещины. По данной характеристике выделяют четыре основных группы:

  1. Хорошая обрабатываемость сваркой определяет то, что сталь после термической обработки остается прочным и надежным. При этом создаваемый шов может выдерживать существенное механическое воздействие.
  2. Удовлетворительная степень позволяет проводить обработку без предварительного подогрева. За счет этого существенно ускоряется процесс, а также снижаются затраты.
  3. Ограниченно свариваемые стали сложны в обработке, сварку можно провести только при применении специального оборудования. Именно поэтому повышается себестоимость самого процесса.
  4. Плохая податливость сварке не позволяет проводить рассматриваемую обработку, так как после получения шва могут появится трещины. Именно поэтому подобные материалы не могут использоваться для получения ответственных элементов.

Классификация сталей по свариваемости

Каждая группа характеризуется своими определенными особенностями, которые нужно учитывать. Сталь 20 относится к первой группе, в то время как распространенная сталь 45 обладает низкой податливостью к сварке.

Группы свариваемости

Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:

  1. Первая группа, которая характеризуется хорошей свариваемостью, может применяться при сварке без предварительного подогрева и последующей термической обработки шва. Отпуск выполняется для снижения напряжения в металле. Как правило, подобное свойство связано с низкой концентрацией углерода.
  2. Вторая характеризуется тем, что склонна к образованию трещин и дефектов на швах. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев материала, а также последующую термическую обработку для снижения напряжений.
  3. При ограниченном показателе сталь склонна к образованию трещин. Для того чтобы исключить вероятность появления трещин следует материал предварительно разогреть, после сварки в обязательном порядке проводится термообработка.
  4. Последняя группа характеризуется тем, что в большинстве случаев на швах образуются трещины. При этом предварительный разогрев структуры не во многом решает проблему. После сварки обязательно проводится многоступенчатое улучшение.

Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после улучшения материала, к примеру, путем азотирования или закалки.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси

Как ранее было отмечено, включение в состав большого количества легирующих элементов приводит к изменению основных характеристик. При этом отметим следующие моменты:

  1. При низком показателе концентрации сталь лучше поддается сварке.
  2. Некоторые химические вещества могут повысить рассматриваемый показатель, другие ухудшить.

Именно поэтому при выборе легированного сплава уделяется внимание не только типу легирующих элементов, но и их концентрации. Принятые стандарты ГОСТ определяют то, что при маркировке могут указывать основные химические вещества и их количество в составе.

Влияние содержания углерода на свариваемость стали

Во многом именно углерод определяет основные эксплуатационные характеристики сплава. Слишком высокая концентрация подобного химического вещества приводит к повышению твердости и прочности, но также и хрупкости. Кроме этого, в несколько раз снижается степень свариваемости. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

  1. Если в составе углерода не более 0,25%, то рассматриваемый показатель остается на достаточно высоком уровне.
  2. Слишком большое количество углерода в составе приводит к тому, что металл после термического воздействия начинает менять свою структуру, за счет чего появляются трещины.

Стоит учитывать, что проводимая химикотермическая процедура может привести к снижению податливости к рассматриваемому способу соединения. Именно поэтому улучшение сплава проводится после создания конструкции путем обработки шва.

Свариваемость низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые сплавы хорошо подаются свариванию. При этом можно отметить следующие моменты:

  1. В подобных сплава концентрация углерода менее 0,25%. Этот показатель свойственен сплавам, которые имеют повышенную гибкость и относительно невысокую твердость поверхностного слоя. Кроме этого, снижается значение хрупкости. Поэтому низкоуглеродистые стали часто используют при создании листовых заготовок. При добавлении небольшого количество легирующих элементов может быть повышена коррозионная стойкость.
  2. Для повышения основных характеристик в состав могут добавлять различные легированные элементы, но в небольшом количестве. Примером можно назвать марганец и никель, а также титан.

Как правило, подобные металлы не нужно перед обработкой подвергать подогреву, а после проведения процедура закалка или отпуск выполняется только для при необходимости.

Свариваемость закаленной стали

Распространенной термической обработкой можно назвать закалку. Она предусматривает воздействие высокой температуры, которая может изменить структуру материала. После охлаждения происходит перестроение структуры, за счет чего происходит упрочнение структуры и повышение твердости поверхностного слоя. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

  1. Закалка предусматривает увеличение концентрации углерода в поверхностном слое. Именно поэтому степень свариваемости существенно снижается.
  2. Подогрев заготовки проводится для того, чтобы упростить проводимую работу. Для этого может использоваться газовая грелка или иной источник тепла.

Закаленная сталь сложна в обработке. Кроме этого, если ранее не проводился отпуск в структуре может быть переизбыток напряжения, что и приводит к появлению трещин.

Повторная обработка швов может не привести к повышению их прочности.

В заключение отметим, что хорошей податливость сварке обладают металлы из различных групп. Примером можно назвать некоторые нержавейки, которые даже после воздействия тепла обладают коррозионной устойчивостью. Именно поэтому для сварочных работ рекомендуется выбирать материал, который характеризуется хорошей обрабатываемостью.

Читайте также  Ресивер в автомобиле что это?

Сварка низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей

При сварке низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей необходимо учитывать, к какой группе свариваемости сталей относится та или иная марка стали. Среднеуглеродистые конструкционные стали содержат большее количество углерода, чем низкоуглеродистые. А углерод сильно влияет на свариваемость сталей.

Сварка низкоуглеродистых конструкционных сталей

В химическом составе низкоуглеродистых сталей содержится до 0,25% углерода, свариваемость у таких сталей хорошая. Они относятся к первой группе свариваемости и свариваются без ограничений всеми видами сварки.

Электроды для сварки низкоуглеродистых сталей

При ручной дуговой сварке низкоуглеродистых сталей, выбор электродов для их сваривания происходит, исходя из многих требований:

  1. Необходимо обеспечить прочность сварного шва, равную прочности основного металла;
  2. Дефекты в сварных швах не допускаются;
  3. Сварной шов должен иметь определённый, требуемый химический состав;
  4. Сварное соединение должно сохранять работоспособность при воздействии на него вибрации, ударных нагрузок, а также при повышенных или пониженных температурах.

В зависимости от назначения сварной конструкции, условий эксплуатации и требований, предъявляемых к ней, низкоуглеродистые стали сваривают электродами Э38, Э42 и Э42А. Этим типам электродов соответствуют марки ОММ-5, СМ-5, УМ-7, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и другие марки.

Электроды типа Э38 предназначены для металлоконструкций, к которым не предъявляются высоких требований. Электродами типа Э42 сваривают ответственные конструкции из низкоуглеродистых сталей, к которым предъявляются повышенные требования. Электроды типа Э42А предназначены для сварки особо ответственных металлоконструкций.

Режимы сварки низкоуглеродистых сталей

Режимы сварки низкоуглеродистых сталей, в зависимости от типа электрода, представлены в таблице:

Перед сваркой необходимо произвести прокалку электродов. Рекомендуемая температура прокалки электродов зависит от их марки и должна быть указана в паспорте на электроды.

Сварка среднеуглеродистых конструкционных сталей

Сварка среднеуглеродистых сталей осложняется повышенным содержанием углерода (до 0,45%) в их составе, что может привести к образованию холодных трещин при сварке, а также к формированию мало пластичных закалочных структур в зоне термического влияния.

Для того чтобы уменьшить риск образования трещин в металле сварного шва, необходимо снизить в нём содержание углерода. Этого можно добиться, выбрав для сварки электроды с пониженным содержанием углерода, а также путём уменьшения доли основного металла в сварном шве.

Электроды для сварки среднеуглеродистых сталей и выбор режимов сварки

Сварку среднеуглеродистых сталей производят электродами следующих марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, АНО-7, АНО-8, АНО-11 и другими маркими.

Рекомендуемые режимы сварки, в зависимости от марки электрода, представлены в таблице ниже, а также, в таблице выше по тексту:

Для того, уменьшить риск возникновения закалочных структур, перед сваркой выполняют предварительный подогрев изделия, а во время сварки производят сопутствующий подогрев.

Рекомендуемая температура предварительного подогрева составляет 100-200°C. При сварке толстого металла, температура подогрева несколько выше. Подогрев выполняют на расстоянии 50-70мм от сварного шва. По окончании сварки рекомендуется обеспечить медленное охлаждение сварного соединения.

Сварку металла большой толщины выполняют, используя схему сварки «каскадом» или «горкой». Подробнее об этих схемах рассказано на странице «Технология ручной дуговой сварки Ч.3. Техника ручной дуговой сварки». Применение этих схем способствует замедлению охлаждения сварного соединения. И это позволяет снизить риск возникновения закалочных структур в сварном шве и зоне термического влияния.

Газовая сварка низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей

При газовой сварке металлоконструкций, состоящих из тонколистовой углеродистой стали, используется нормальное сварочное пламя. В средней, восстановительной зоне пламени происходит восстановление железа из его оксидов. Благодаря этому, в качестве сварочной проволоки при газовой сварке низкоуглеродистых сталей применяют проволоку марок Св-08 или Св-08А. Но, для того, чтобы процесс раскисления металла происходил ещё эффективнее, рекомендуют использовать проволоку марок Св-08ГА или Св-08ГС.

Чтобы уменьшить риск образования кристаллизационных трещин при газовой сварке среднеуглеродистых сталей, сварочные материалы необходимо выбирать с пониженным содержанием углерода, не более 0,3% (по возможности, не более 0,2%).

Для сварки тонкого металла, толщиной до 3мм, применяют левый способ газовой сварки. Средний расход ацетилена составляет, при этом, 120-150л/ч из расчёта на миллиметр толщины свариваемого металла.

Для сваривании металла большей толщины, применяют правый способ сварки. Этот способ сварки обеспечивает более высокую производительность при сваривании больших толщин, по сравнению с левым способом. В этом случае расход ацетилена составляет 120-150л/ч из расчёта на 1мм толщины основного металла. Чтобы избежать перегрева металла в зоне сварки, расход ацетилена при газовой сварке среднеуглеродистых сталей рекомендуется уменьшать.

СВОЙСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ИХ СВАРИВАЕМОСТЬ

Под низкоуглеродистой сталью понимают сплав железа с угле­родом при содержании последнего 400 МПа) и 09Г2С (ад2 > 350 МПа). Химический состав и механические свойства некоторых наиболее употребляемых марок низкоуглеродистых и низ­колегированных сталей приведены в табл. 7.1 и 7.2.

Химически» состав некоторых марок низкоуілеролистых и мижолеч прованных сталей

Низкоуглеродистые обычные стали

Повышенное содержание марганца

400 МПа и ав > 550 МПа, а сталь 12ГНЗМФА а, и > 600 МПа и ав > 700 МПа.

При малом содержании углерода эти стали обладают удовлетво­рительной свариваемостью. При сварке на больших погонных энер­гиях (>100 кДж/см) ударная вязкость металла ЗТВ несколько сни­жается из-за роста зерна и неблагоприятных фазовых превращений в металле ЗТВ.

В судостроении широко применяется ряд марок конструкцион­ных высокопрочных сталей типа АБ. К ним относятся улучшаемые стали АБ, АБ1, АБ2. Наилучшее сочетание физико-металлургичес­ких и технологических свойств феррито-перлитных сталей АБ с пре­делом текучести 390 МПа и более достигается за счет закалки и вы­сокого отпуска.

Хромоникельмолибденовая сталь марок АБ1 и АБ2 с максималь­ными значениями предела текучести соответственно 500 и 588 МПа легирована Cr, Mo, V, АІ, Са. После закалки и высокого отпуска в этих сталях формируется мелкодисперсная ферритная структура с кар­бидной фазой. С учетом обеспечения требований свариваемости со­держание углерода в сталях типа АБ составляет 0,08…0,1%. Для обес­печения чистоты этих сталей по содержанию сульфидных и окисных неметаллических включений содержание серы и фосфора в них ог­раничено соответственно 0,01 и 0,02%,

При сварке этих сталей пластическая деформация, возникающая при остывании шва, способствует повышению его предела текучести. Обычно обеспечение равнопрочности сварных соединений при свар­ке таких сталей затруднений не вызывает. Сварка на форсированных режимах, повышенной толщине металла однопроходным швом, низ­кие температуры — все это может привести к появлению закалочных структур на участке перегрева, полной и неполной перекристаллиза­ции металла ЗТВ.

Низколегированные стали иногда поставляются в термообрабо­танном состоянии (закалка для повышения прочностных свойств). При сварке таких сталей на участке рекристаллизации под действи­ем высокого отпуска происходит разупрочнение металла. Эти зат­руднения преодолевают технологическими приемами. Так, термоуп­рочняемые стали рекомендуется сваривать длинными участками, а термически не упрочненные (отожженные), наоборот, короткими (во избежание закалки в ЗТВ).

С повышением погонной энергии растет ширина разупрочненной зоны рядом со швом, что ведет к снижению твердости металла в ней.

Это вызывается высокотемпературным нагревом и малыми скорос­тями охлаждения. В то же время в зоне могут присутствовать участ­ки, где наиболее резко выражены явления перегрева и закалки; они представляют собой наиболее вероятные места с точки зрения обра­зования холодных трещин.

При сварке короткими участками, по горячим, предварительно положенным проходам, скорость охлаждения всех зон соединения мала. Их структуры равновесны, и последующая термическая обра­ботка не нужна. Только изредка, в особенных случаях, конструкция после сварки может быть подвергнута высокому отпуску для снятия остаточных напряжений и восстановления свойств металла в ЗТВ (нормализация сварных узлов, выполненных ЭШС).

Стойкость против образования горячих трещин в металле шва при сварке этих сталей удовлетворительна. Они в отдельных случа­ях возникают при содержании углерода более 0,2%, при сварке уг­ловых швов и корневых проходов. Низкоуглеродистые и низколе­гированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавления, как правило, без введения предварительного или сопут­ствующего подогрева.

Важным требованием, предъявляемым к сварным конструкциям из этих сталей, является обеспечение равнопрочности сварных со­единений с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Гарантией обеспечения этого требования и служит получение механических свойств металла шва и ЗТВ не ниже нижнего предела прочности соответствующих свойств основного металла. Геометри­ческие размеры и формы шва должны соответствовать требованиям нормативной документации.

Механические свойства металла шва и сварного соединения опре­деляются его структурой, которая зависит от химического состава стали, режимов сварки, предыдущей и последующей термообработ­ки. Как правило, химический состав шва при сварке незначительно отличается от состава основного металла. Различие заключается лишь в стремлении уменьшить содержание углерода в шве с целью предуп­реждения структур закалочного характера; возможный недостаток прочности при этом компенсируется дополнительным подлегирова — нием металла шва кремнием и марганцем за счет проволоки, флюса или электродного покрытия.

Повышение скорости охлаждения металла шва также может при­водить к повышению его прочности при одновременном снижении уровня пластичности и ударной вязкости. Скорость охлаждения ме­талла шва определяется толщиной свариваемого металла, его физи­ческими свойствами, конструкцией сварного соединения, режимами сварки и начальной температурой изделия.