Технология сварки углеродистых сталей
1.Введение
Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкции.
Сварка – такой же необходимый технологический процесс, как и обработка металлов, резанием, литье, ковка.
Большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое применение при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций.
Перспективы сварки, как в научном, так и в техническом плане безграничны. Её применение способствует совершенствованию машиностроения и развития ракетостроения, атомной энергетики, радио электроники.
Газовая сварка, при которой для плавления металла используют теплоту горящей смеси газов, также относятся к способам сварки плавлением. Способ газовой сварки был разработан в конце ХIХ.., когда началось промышленное производства кислорода, водорода и ацетилена, и является основным способом сварки металлов.
Наибольшее распространения получила газовая сварка с применением ацетилена.
В настоящее время объем газосварочных работ в промышленности значительно сокращен, но ее успешно применяют при ремонте изделий из тонколистовой стали, алюминия и его сплавов, при пайке и сварки меди, латуни и других цветных металлов используют в современных производительных процессах газо-термическую резку, например при цеховых условиях и на монтаже.
2. Тех. Процесс газовой сварки углеродистых сталей.
В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная углеродистая сталь делится на низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%), среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25 до 0,6%) и высоко-углеродистую (содержание углерода от 0,6 до 2,0%).
Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.
), называется легированной Легированные стали бывают: низколегированные суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%); среднелегированные (суммарное содержание генерирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%), высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов кроме углерода, более 10%).
По микроструктуре различают стали перлитного, мартенситного, аустенитного, ферритного и карбидного классов.
По способу производства – сталь может быть:
обыкновенного качества (содержание углерода до 0,6%), кипящая, полуспокойная и спокойная. Кипящую сталь получают при неполном раскислении металла кремнием, она содержит до 0,05% кремния.
Спокойная сталь имеет однородное плотное строение и содержит не менее 0,12% кремния.
Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями и содержит 0,05-0,12% кремния, , качественной – углеродистой или легированной, в которых содержание серы и фосфора не должно превышать по 0,04 каждого элемента.
высококачественной – углеродистой или легированной, в которых содержание серы и фосфора не должно поевышать соответственно 0,030 и 0,035% Такая сталь, также имеет повышенную чистоту по неметаллическим включениям и обозначается буквой А, помещаемой после обозначения марки.
По назначению стали бывают строительные, машиностроительные (конструкционные), инструментальные и стали с особыми физическими свойствами.
При сварке низкоуглеродистой стали на качество сварного соединения влияет скорость охлаждения.
Повышенная скорость охлаждения металла шва увеличивает его прочность, но уменьшает пластичность и ударную вязкость, что объясняется изменением структуры шва и зоны термического влияния.
Скорость охлаждения зависит от дины свариваемых деталей, их конструкции, режима сварки и начальной температуры изделия.
Для сварки низкоуглеродистой стали применяют электроды Э42 и Э46 различных мг, но для сварки конструкций с элемент большой толщины (более 20 мм), а также ответствен конструкций, работающих под большим давлением или испытывающих динамические и вибрационные нагрузки, изготовляемых из спокойной стали и работающих или свариваемых при низкой температуре, должны применят электроды Э42А и Э46А. Прокаленные электроды лучше хранить в сушильных печах при температуре 45 — 100 градусов, в помещении с относительной влажностью при температуре не ниже 15°С. На рабочем месте прокаленных электродов должно быть не более чем на половину рабочей смены. Не допускается при сварке возбуждать дугу или водить кратер на основном металле, это следует дел только в пределах шва. Если в проекте имеется специальное указание, то при сварке стыковых, угловых и тавровых швов должны устанавливаться начальные и выводные планки, на которые выводятся начало и конец шва.
Механизированная сварка низкоуглеродистой стали широко применяется при изготовлении и монтаже конструкций.
На заводах, изготовляющих строительные конструкции, распространена сварка в углекислом газе, на строительных площадках — сварка порошковой проволокой.
Механизированную сварку под флюсом применяют для манной сварки стержней арматуры сборных железобетонных конструкций и протяженных швов в нижнем положении.
Сварка высокоуглеродистых сталей чаще всего выполняется при изготовлении инструмента – режущего, врубового, бурильного, деревообрабатывающего и др. Технология сварки предусматривает предварительный подогрев изделий и последующую термообработку. Основные способы сварки этих сталей: стыковая, контактная, газовая, электродуговая.
Сварка высокоуглеродистых сталей затруднена и возможна при толщине металла не более 6 мм. При сварке осуществляются предварительный подогрев и последующая термическая обработка.
Сварка высокоуглеродистых сталей производится с применением флюса ( 50 % углекислого натрия Na2C03 и 50 % двууглекислого натрия NaHC03) и подогревом до 600 – 650 С для более медленного охлаждения наплавленного металла с целью избежания закалки. После сварки изделие отжигают при температуре 750 – 800 С.
Сварка высокоуглеродистых сталей марок ВСтб, 45, 50 и 60 и литейных углеродистых сталей с содержанием углерода до 0 7 % еще более затруднительна. Эти стали применяют главным образом в литых деталях и при изготовлении инструмента.
Сварка их возможна только с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 350 – 400 С и последующей термообработкой в нагревательных печах. При сварке должны соблюдаться правила, предусмотренные для среднеуглеродистой стали.
Хорошие результаты достигаются при сварке узкими валиками и небольшими участками с охлаждением каждого слоя. После окончания сварки обязательна термическая обработка.
Сварка низкоуглеродистых сталей. Такие стали имеют повышенное содержание углерода, которое является причиной образования кристаллизационных трещин при сварке, а так же малопластичных закалочных структур в около-шовной зоне. Поэтому для повышения стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин следует понизить количество углерода в металле шва.
Что бы снизить вероятность появления закалочных структур, необходимо применять предварительный и сопутствующий подогрев изделия. Надёжным способом достижения равнопрочности сварного соединения при низком процентном содержание углерода является дополнительное легирование металла шва марганцем и кремнием.
Среднеуглеродистые стали свариваются электродами УОНИ-13/45, УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2, УОНИ-13/45, К-5А, УОНИ-13/65 и другие.
Основные технологические указания по газовой сварке среднеуглеродистых сталей сводятся к следующему:
1. В целях уменьшения окислительных реакций в сварочной ванне пламя следует регулировать с небольшим избытком ацетилена. Полезным также является применение флюсов, например:
а) 50% углекислого натрия и 50% двууглекислого натрия;
б) 70% борной кислоты и 30% углекислого натрия; в) 34% буры, 6,5% хлористого натрия, 58% углекислой соды и 1,5% окиси железа.
2. Чтобы получить более пластичный металл шва при достаточной его прочности, в качестве присадочного металла используется проволока марок Св-08Г, Св-10ГА, Св-10ГС и СВ-10ГСМ по ГОСТу 2246-60.
3. В целях уменьшения перегрева и времени пребывания ванны в расплавленном состоянии сварку следует производить максимально быстро. Увеличение скорости сварки возможно либо при общем предварительном нагреве свариваемого изделия до 300-400° С, либо при местном нагреве в районе сварки до 650-700° С. Мощность пламени при этом берется 75-90 л/ч на 1 мм толщины свариваемой стали.
4. Во избежание получения хрупких структур в околошовной зоне, производят замедление охлаждения (достаточен предварительный подогрев до 200-250° С) или последующий отпуск при 600-650° С.
Все эти мероприятия позволяют получать доброкачественные сварные соединения при содержании углерода в стали до 0,5-0,6%. При большем содержании углерода сварка может быть успешной только при малых сечениях свариваемых деталей.
В ряде случаев вместо сварки можно рекомендовать применение пайки твердыми припоями.
Для сварки неответственных конструкций из низколегированных сталей применяют электроды типа Э42А, а ответственных-типа Э50А, что обеспечивает получение металла шва с необходимой стойкостью против образования кристаллизационных трещин и с требуемыми прочностными и пластическими свойствами. Легирование металла шва легирующими элементами за счет основного металла и повышенные скорости охлаждения позволяют получить металл шва с более высокими, чем при сварке низкоуглеродистых сталей, прочностными показателями.
Сварка толстого металла «каскадом» или «горкой» с замедленной скоростью охлаждения металла шва и околошовной зоны предупреждает образование в них закалочных структур. Этого же можно достигнуть предварительным подогревом изделия до температуры 150-200°С.
Указанные выше способы дают хорошие результаты на нетермоупрочненных сталях. При сварке термоупрочненных сталей с целью уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомендуется выполнять сварку длинными валиками по охлажденным предыдущим валикам.
3. Материалы, инструменты и приспособления.
Основным инструментом сварщика-ручника является электрододержатель, конструктивное исполнение которого в значительной мере определяет удобство работы и производительность труда.
Электрододержатели должны надежно закреплять электрод при любом положении во время сварки, иметь минимальную массу, быть удобными в эксплуатации и др.
Основные параметры и технические требования, предъявляемые к электрододержателям, маркировка, методы испытания их установлены ГОСТ 14651 — 78 Е (табл. 1.12).
Конструкция электрододержателя должна обеспечивать замену электрода в течение не более 4 с и закрепление электрода в одной плоскости не менее чем в двух положениях (перпендикулярно и под углом), а также надежное присоединение кабелей.
Изолирующие детали электрододержателей, расположенные в области крепления электрода, должны быть изготовлены из материала, стойкого к термическому воздействию сварочной дуги.
Требования безопасности электрододержателей регламентированы ГОСТ 12.2.007.8—75.
Сопротивление изоляции токопроводящих частей электрододержателей при нормальных климатических условиях должно быть не ниже 5 МОм, изоляция рукоятки должна выдерживать без пробоя в течение 1 мин испытательное напряжение 1500 В частотой 50 Гц, температура наружной поверхности рукоятки по сравнению с температурой внешней среды на участке, охватываемом рукой сварщика, при нормальном режиме работы не должна быть выше 40 °С.
Электрододержатели серии ЭД позволяют закреплять электрод нажатием рычага в положениях, удобных для сварщика. Аналогично удаляется огарок. Сварочный кабель присоединяется через кабельный наконечник, изоляционные детали изготовлены из термостойких полимерных материалов.
Электрододержатели серии ЭП пассатижного типа используют при силе сварочного тока 250 и 500 А. Усилием цилиндрической пружины 2 электрод зажимается между нижней губкой 5, по которой к нему подводится электрический ток, и рычагом 3.
Канавки в зажиме, расположенные под различными углами, позволяют закреплять электрод под двумя углами к продольной оси электрододержателя. Огарок освобождается нажатием на рычаг.
Сварочный кабель подсоединяется к электрододержателю путем механического зажатия кабеля с расклиниванием конца его между корпусом нижней губки и конусом втулки 6. Электрододержатель изолируется теплостойкими полимерными деталями.
Электрододержатели серии ЭДС защелочного типа предназначены для работы с силой тока 125, 300 и 500 А.
Электрододержатели серии ЭУ (“Луч”) того же защелочного типа рассчитаны на силу тока до 315 А (ЭУ-300) и до 500 А (ЭУ-500). Электрод вставляется в отверстие и поворотом на требуемый угол (три положения) фиксируется в держателе. Усилие прижатия создает размещенная в изолированном корпусе цилиндрическая пружина, расположенная по оси рукоятки и корпуса держателя.
Техническая характеристика электрододержателей для ручной сварки плавящимся электродом.
4.Техника безопасности при выполнении сварочных работ.
Нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ часто приводит к самым печальным последствиям – пожарам, взрывам и как следствие травмам и гибели людей.
Источник: http://stud24.ru/metallography/tehnologiya-svarki-uglerodistyh-stalej/493916-1908873-page1.html
Сварка низкоуглеродистых сталей – Осварке.Нет
Низкоуглеродистыми называют стали с низким содержанием углерода до 0,25%. Низколегированными называют стали с содержанием до 4% легирующих элементов без учета углерода.
Хороша свариваемость низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей является главной причиной их массового применения для производства сварочных конструкций.
Химический состав и свойства сталей
В углеродистых конструкционных сталях углерод основной легирующий элемент. От количества содержания этого элемента зависят механические свойства сталей. Низкоуглеродистые стали разделяют на стали обыкновенного качества и качественные.
Стали обыкновенного качества
В зависимости от степени раскисления стали обыкновенного качества разделяют на:
- кипящие — кп;
- полуспокойные — пс;
- спокойные — сп.
Кипящие стали
Стали этой группы содержат не более 0,07% кремния (Si). Получают сталь путем неполного раскисления стали марганцем. Отличительной особенностью кипящей стали является неравномерное распределение серы и фосфора по толщине проката.
Попадание участка со скоплением серы в зону сварки может привести к появлению кристаллизационных трещин в шве и зоне термического влияния. Находясь в среде пониженных температур такая сталь может перейти в хрупкое состояние.
Поддавшись сварке такие стали могут стареть в околошовной зоне.
Спокойные стали
Спокойные стали содержат не менее 0,12% кремния (Si). Получают спокойные стали при раскислении стали марганцем, кремнием, алюминием. Отличаются более равномерным распределением в них серы и фосфора. Спокойные стали меньше отзываются на нагрев, меньше склонны к старению.
Полуспокойные стали
Полуспокойные стали имеют средние характеристики между спокойными и кипящими сталями.
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.
Качественные стали
Низкоуглеродистые качественные стали поставляют с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца. Качественные стали содержат пониженное количество серы.
Для изготовления сварочных конструкций из сталей этой группы применяют стали в горячекатаном состоянии, реже стали с термической обработкой.
Сварка этих сталей для повышения прочности конструкции может производится с последующей термической обработкой.
Низколегированные стали
Если в углеродистую сталь вводят специальные химические элементы, которые изначально в ней отсутствует, то такую сталь называют легированной. Марганец и кремний считают легирующими компонентами если их содержание превышает 0,7% и 0,4% соответственно. Поэтому стали ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 15Г и 20Г считают одновременно низкоуглеродистыми и низколегированными конструкционными сталями.
Легирующие элементы способны образовывать соединения с железом, углеродом и другими элементами. Это способствует улучшению механических свойств сталей и снижает предел хладноломкости. Как следствие появляется возможность снизить массу конструкции.
Легирование металла марганцем влияет на повышение ударной вязкости и стойкость к хладноломкости. Сварочные соединения с марганцовистых сталей отличаются более высокой прочностью при знакопеременных ударных нагрузках.
Повысить стойкость стали от атмосферной и морской коррозии можно легированием медью (0,3-0,4%). Большинство низколегированных сталей для производства сварочных конструкций используют в горячекатаном состоянии.
Механические свойства легированных сталей можно улучшить термической обработкой, поэтому некоторые марки сталей для сварных конструкций используют после термической обработки.
Свариваемость низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать равные механические свойства шва и основного металла (не ниже нижнего предела свойств основного металла). В ряде случаев обусловленных условиями работы конструкции допускается снижение некоторых механических свойств шва.
В шве должны отсутствовать трещины, непровары, поры, подрезы и другие дефекты. Форма и геометрические размеры шва должны соответствовать требуемым. К сварному соединению могут предъявляться дополнительные требования, которые связаны с условиями работы конструкции.
Все без исключения сварочные швы должны быть долговечными и надежными, а технология обеспечивать производительность и экономичность процесса.
На механические свойства сварного соединения влияет его структура. Структура металла при сварке зависит от химического состава материала, режимов сварки и термической обработки.
Подготовка и сборка деталей под сварку
Подготовку и сборку под сварку осуществляют в зависимости от типа сварочного соединения, способа сварки и толщины металла.
Для выдерживания зазора между кромок и правильного положения деталей используют специально созданные сборочные приспособления или универсальные приспособления (подходят для многих простых деталей). Сборку могут выполнять с использованием прихваток, размеры которых зависят от толщины свариваемого металла.
Прихватка может быть длиной 20-120 мм, а расстояние между ними 500-800 мм. Сечение прихватки равно примерно трети шва, но не более 25-30 мм2. Прихватки можно выполнять ручной дуговой сваркой или механизированной сваркой в защитных газах.
Прежде чем переходить к сварке конструкции прихватки зачищают, осматривают и при наличии них дефектов вырубают или удаляют другими методами. Во время сварки прихватки полностью переплавляют из-за возможного возникновения в них трещин как результат быстрого теплоотвода.
Перед электрошлаковой сваркой детали размещают с зазором, который постепенно увеличивается к концу шва. Фиксация деталей для сохранения их взаимоположения выполняется с помощью скоб. Скобы должны быть на расстоянии 500-1000 мм. Удалять их необходимо по мере наложения шва.
При автоматических методах сварки следует устанавливать заходные и выходные планки. При автоматической сварке тяжело обеспечить качественный провар корня шва и предупредить прожоги металла.
Для этого применяют остающиеся и съемные подкладки, флюсовые подушки.
Можно также сваривать корень шва ручной дуговой сваркой или полуавтоматической в защитных газах, а остальную часть шва выполнять автоматическими методами.
Сварка ручными и механизированными методами выполняется на весу.
Кромки сварочных деталей тщательно зачищают от шлака, ржавчины, масла и других загрязнений для предупреждения образования дефектов. Ответственные конструкции сваривают преимущественно с двух сторон.
Способ заполнения разделки кромок при сварке толстостенных конструкций зависит от его толщины и термический обработки металла перед сваркой. Выявленные после сварки непровары, трещины, поры и другие дефекты удаляют механическим инструментом, воздушно-дуговой или плазменной резкой, после чего заваривают обратно.
При сварке низкоуглеродистых сталей свойства и химический состав сварного соединения во многом зависит от используемых материалов и режимов сварки.
Ручная дуговая сварка низкоуглеродистых сталей
Для получения качественного соединения при помощи ручной дуговой сварки необходимо правильно выбрать сварочные электроды, выставить режимы и применить правильную технику сварки. Недостатком ручной сварки является большая зависимость от опыта и квалификации сварщика, несмотря на хорошую свариваемость рассматриваемых сталей.
Сварочные электроды следует выбирать исходя из типа свариваемой стали и назначения конструкции. Для этого можно воспользоваться каталогом электродов, где хранятся паспортные данные множества марок электродов.
При выборе электрода следует обратить внимание на рекомендуемые условия по роду и полярности тока, пространственного положения, силе тока и т. д. В паспорте на электроды может указываться типичный состав наплавленного металла и механические свойства соединения выполненных этими электродами.
В большинстве случаев сварка низкоуглеродистых сталей производиться без мер направленных на предупреждение образования закалочных структур. Но все же при сварке толстостенных угловых швов и первого слоя многослойного шва для предотвращения образования трещин используют предварительный подогрев деталей до температуры 150-200° C.
При сварке нетермоупрочненных сталей хороший эффект достигается использованием методов сварки каскадом и горкой, что не дает металлу шва быстро остывать. Этот же эффект дает предварительный подогрев до 150-200° C.
Для сварки термоупрочненных сталей рекомендуется выполнять длинные швы по охлажденным предыдущим швам, чтобы избежать разупрочнения околошовной зоны. Также следует выбирать режимы с малой погонной энергией. Исправление дефектов при многослойной сварке следует делать швами большого сечения, длиной не менее 100 мм или предварительно подогревать сталь до 150-200° C.
Дуговая сварка в защитных газах низкоуглеродистых сталей
Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляется с применением углекислого газа или его смесей в качестве защитного газа. Можно применять смеси углекислый газ + аргон или кислород до 30%. Для ответственных конструкций сварку можно выполнять с использованием аргона или гелия.
В некоторых случаях применяют сварку угольным и графитовым электродом, для сварки бортовых соединений толщиной 0,2-2,0 мм (например, корпуса конденсаторов, канистры и т. д.). Так как сварка выполняется без использования присадочного прутка, содержание марганца и кремния в шве невелико, в результате теряется прочность соединения на 30-50% ниже от основного металла.
Сварка в углекислом газе выполняется с использованием сварочной проволоки. Для автоматической и полуавтоматической сварки в разных пространственных положениях применяют проволоку диаметром до 1,2 мм. Для нижнего положения используют проволоку 1,2-3,0 мм.
| Сталь | ВСт1, Вст2 | ВСт3 | 10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС, 09Г2, 14Г2 и им подобные |
| Проволока | Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС | Св-08ГС, Св-08Г2С | Св-08Г2С (при одно- и двухслойной сварке), св-08ХГ2С |
Как видно из таблицы для сварки всех сталей можно использовать проволоку Св-08Г2С.
Сварка низкоуглеродистых сталей под флюсом
Качественное сварное соединение с равной прочностью шва и основного металла достигается путем правильного подбора флюсов, проволоки, режимов и техники сварки.
Автоматическую сварку под флюсом низкоуглеродистых сталей рекомендуют выполнять проволокой диаметра от 3 до 5 мм, полуавтоматическую сварку под флюсом диаметром 1,2-2 мм. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45.
Низкоуглеродистую сварочную проволоку марок Св-08 и Св-08А, а для ответственных конструкций можно применить проволоку Св-08ГА. Такой комплект сварочных материалов позволяет получить швы с равными или превышающими механическими свойствами основному металлу.
Для сварки низколегированных сталей рекомендуется применять сварочную проволоку Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2 и другие с содержанием марганца. Флюсы что и для низкоуглеродистых сталей.
Такие материалы позволяют получить необходимые механические свойства и стойкость металла от образования пор и трещин. При сварке без скоса кромок увеличение доли основного металла в металле шва может повысить содержание углерода.
Это повышает прочностные свойства, но уменьшает пластические свойства соединения.
| Марка стали | Марка плавленного флюса | Сварочная проволока |
| ВСт1-ВСт3 | АН-348-А, ОСЦ-45, ФЦ-9 и керамические К-11, КВС-19 | Св-08, Св-08А, для ответственных конструкций Св-08ГА |
| 09Г2 | АН-22 | Св-08ГА |
| 12ГС, 16ГС, 10Г2С1, 17ГС, 17Г1С | АН-60 | Св-ГСМТ (для стали 12ГС также Св-10ГА) |
| 09Г2С | АН-22 | Св-08ГА, Св-10НМА, Св-10ГА |
| 10ХСНД | АН-348-А | Св-08ГСМТ |
| 15ХСНД | АН-348-А, АН-22 | Св-10Г2, Св-08ХГСМА |
Режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей отличаются незначительно и зависят от техники сварки, типа соединения и шва.
При сварке угловых однослойных швов, угловых и стыковых швов толстой стали марки ВСт3 на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне могут образовываться закалочные структуры и понизиться пластичность.
Для предотвращения этого следует увеличить сечение шва или применить двухдуговую сварку.
| Толщина листа, мм | 8-10 | 10-22 | 24-60 |
| Сечение слоя образованного из электродного металла, мм | 25 | 35 | 50 |
Для предупреждения разрушения шва в зоне термического влияния при сварке низколегированных сталей следует использовать режимы с малой погонной энергией, а для сварки не термоупрочненных сталей — режимы с повышенной погонной энергией. Во втором случае для обеспечения пластических свойств шва и прилегающей зоны не хуже основного металла необходимо применять двухдуговую сварку или предварительный подогрев до 150-200° C.
Источник: http://osvarke.net/metall/svarka-nizkouglerodistyh-stalej/
Сварка углеродистых и легированных конструкционных сталей
Углеродистые (более 0,30% С) и легированные (легирующих элементов до 3—5%) конструкционные стали (45, ЗОХГСА, 40ХФА и др.
) применяют в состоянии закалки и отпуска как материал повышенной прочности для изготовления деталей машин и конструкций.
В нормализованном состоянии (закалка с охлаждением на воздухе) они имеют перлитную или мартенситную структуру и по этому признаку являются сталями перлитного или мартен-ситного класса.
Стали, одновременно легированные хромом, молибденом и ванадием, относятся к теплоустойчивым сталями (15ХМ, 15Х1М1Ф и др.). По структуре в нормализованном состоянии теплоустойчивые стали могут быть перлитного и мартенситного классов.
Электродуговую сварку углеродистых и легированных сталей выполняют электродными материалами, обеспечивающими необходимые механические свойства или теплоустойчивость наплавленного металла. Основная трудность при сварке углеродистых и легированных сталей заключается в закалке околошовной зоны и возможности образования холодных трещин. Для предупреждения холодных трещин рекомендуется:
· подогревать изделия до 100—300° С для замедления охлаждения и исключения закалки сварного соединения;
· заменять однослойную сварку многослойной; при этом сваривают валиками небольшого сечения по неостывшим (ниже 100—
300° С) нижним слоям металла;
· применять для сварки основные электроды и флюсы; перед сваркой прокаливать электроды и флюсы при 400—450° С в течение нескольких часов для удаления из них влаги; сваривать на постоянном токе обратной полярности;
· производить отпуск изделий непосредственно после сварки до 300° С и выше для повышения пластичности закаленной структуры.
Контактную точечную сварку конструкционных сталей выполняют на мягких режимах (продолжительный нагрев током и быстрое удаление заготовок из машины во избежание отвода теплоты электродами). Контактную стыковую сварку этих сталей производят методом прерывистого оплавления, что обеспечивает подогрев деталей перед сваркой.
Сварка высокохромистых сталей
Высокохромистые стали, содержащие 12—28% Сr, обладают антикоррозионными и жаропрочными свойствами. В зависимости от структуры в нормализованном состоянии их подразделяют на ферритные (12X17, 15Х25Т, 15X28), ферритно-мартенситные (12X13) и мартеиситные (20X13, 30X13, 40X13).
Трудности при сварке ферритных сталей связаны с охрупчи-ванием металла шва и зоны термического влияния. При нагреве до высоких температур происходит интенсивное укрупнение зерен. При замедлении охлаждения в области температур 550—400° С по границам зерен выпадают хрупкие фазы.
Для предупреждения указанных явлений при сварке этих сталей необходимо:
1) сваривать при малых погонных энергиях, т. е. применять пониженные значения тока и валики малого сечения для ускорения охлаждения при сварке;
2) отжигать после сварки при 800—900° С для растворения хрупких фаз с последующим быстрым охлаждением. При сварке ферритно-мартенситных и мартенситных сталей возможны закалка шва и околошовной зоны и образование холодных трещин. Для предупреждения трещин эти стали сваривают с подогревом до 200—300° С.
Сварка аустенитных хромоникелевых сталей
Введение в хромистую сталь, содержащую 18% Cr, 8%Ni переводит ее из ферритного класса в аустенитный. По сравнению с ферритными сталями аустенитные обладают более высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью.
При сварке коррозионно-стойких сталей типа 18-8 (18% Сr и 8% Ni) возможно выпадение карбидов хрома по границам зерен при продолжительном пребывании металла в зоне температур 500–800° С и возникновение склонности к межкристаллитной коррозии.
Для получения коррозионно-стойких сварных соединений необходимо применять следующие меры:
· сваривать при малых погонных энергиях с теплоотводя-
щими медными подкладками и водяным охлаждением для ускорения охлаждения и сокращения времени пребывания в зоне опасных температур;
· вводить в сталь и шов сильные карбидообразующие элементы (титан, ниобий) и снижать содержание углерода с целью исключения выпадения карбидов хрома;
· закаливать после сварки с 1050°С; при этом нагрев до высокой температуры приводит к растворению карбидов хрома и получению чисто аустенитной структуры; закалка фиксирует эту структуру в сварном соединении.
Повышение содержания хрома до 25% и никеля до 20% обеспечивает стойкость стали против коррозии в высокотемпературной газовой среде и концентрированных кислотах. При сварке аустенитных сталей этого типа металл шва склонен к образованию крупнокристаллической первичной структуры и возникновению горячих трещин. Для уменьшения склонности к горячим трещинам необходимо :
· применять специальную аустенитную сварочную проволоку и электроды, легированные марганцем (Св-30Х25Н16Г7 и др.);
· сваривать на небольших токах и пониженном напряжении для получения широких и выпуклых, а не вогнутых сварных швов.
Аустенитные хромоникелевые стали хорошо свариваются контактной сваркой. Точечную и шовную сварку проводят на пониженных плотностях тока, так как эти стали обладают высоким удельным сопротивлением и при повышенном давлении, вследствие их значительной прочности при высоких температурах.
Сварка чугуна
Чугун относится к категории плохо свариваемых сплавов. Его сваривают для исправления дефектов в отливках и при ремонте деталей, получивших трещины при эксплуатации.
Дуговая сварка холодного металла чугунными электродами с покрытиями пе обеспечивает хорошего качества сварных соединений. Металл шва и переходной зоны получает отбеленную структуру, а околошовная зона закаливается.
Закалку и отбеленную структуру устраняют высокотемпературным продолжительным отжигом.
Горячую сварку чугуна выполняют с предварительным подогревом свариваемых деталей до 400—700° С. Детали подогревают в нагревательных печах и горнах с применением древесного угля и воздушного дутья. Перед сваркой в деталях вырубают дефектные места и разделывают кромки, которые затем заформовывают с помощью графитных пластин и кварцевого песка, замешанного на жидком стекле.
Сваривают чугунными электродами (диаметром 8—25 мм) со стабилизирующей или специальной обмазкой. Ток выбирают, принимая 50—90 А на 1 мм диаметра электрода. Сваренные детали охлаждают вместе с печыо.
При горячей сварке чугуна получают сварное соединение без твердых отбеленных и закаленных участков. Однако горячая сварка — дорогой и трудоемкий процесс; ее применяют для ремонта уникальных деталей.
Горячую сварку также выполняют науглероживающим газовым пламенем с флюсом на основе буры.
При холодной сварке чугуна сваривают стальными, медно-железными, медно-никелевыми электродами и электродами из аустенитного чугуна. В случае применения стальных электродов валики наплавляют низкоуглеродистыми электродами со стабилизирующей или качественной обмазкой. Заготовку сваривают при малых погонных энергиях электродами небольшого диаметра.
Наплавку выполняют многослойной. Применяют также стальные электроды с покрытием, содержащим большое количество карбидо-образующих элементов. Наплавленный металл имеет мягкую основу с вкрапленными карбидами.
Эти способы не исключают образования отбеленных и закалочных структур в околошовной зоне, но они просты и обеспечивают мягкую хорошо обрабатываемую наплавку.
Для усиления связи между основным металлом и наплавкой иногда устанавливают шпильки, укрепляемые с помощью резьбы на поверхности свариваемых кромок. Процесс начинают с кольцевой обварки шпилек, затем их соединяют общей наплавкой по всей поверхности кромок.
Медно-железные электроды состоят из медного прутка с оплеткой из жести или пучка из медных и стальных стержней. Электроды имеют специальное или стабилизирующее покрытие.
Медно-никелевые электроды состоят из стержней монель-металла (70% Ni, 28% Си и остальное Fe) или мельхиора (80% Си, 20% Ni) со стабилизирующей обмазкой.
Применение медно-железных и медно-никелевых электродов позволяет получить наплавку, у которой отбеливание в переходной зоне наблюдается только на отдельных участках. Наибольшее применение имеют медно-железные электроды, как более дешевые и обеспечивающие достаточную прочность металла шва.
Сварка меди и ее сплавов
На свариваемость меди большое влияние оказывают содержащиеся в ней вредные примеси (кислорода, водорода, висмута, свинца). Кислород, находящийся в меди в виде закиси Сu2О, является причиной образования горячих трещин.
Закись меди образует с медью легкоплавкую эвтектику (Сu2О — Сu) с температурой плавления 1064° С (для меди 1080° С), которая располагается по границам кристаллов сварного шва.
В результате действия сварочных деформаций и напряжений шов может разрушаться по жидким прослойкам с образованием горячих трещин. Наличие сетки эвтектики по границам зерен делает шов хрупким и при комнатных температурах.
Для расплавленной меди характерна высокая растворимость водорода, который при затвердевании сварочной ванны, интенсивно выделяясь, может вызвать пористость в случае относительно быстрого охлаждения и задержании процесса его выделения в атмосферу.
При единичном производстве изделий и ремонтных работ применяют газовую сварку меди ацетилено-кислородным пламенем повышенной мощности; для листов толщиной свыше 5 мм предварительный подогрев.
Присадочным материалом служит медные прутки с небольшими добавками олова, цинка, иногда серебра для улучшения жидкотекучости, а также кремния и фосфора как раскислителей. Сваривают с флюсами, в состав которых входят бура (Na2B4O7), борная кислота (Н3ВО3) и борный ангидрид (В3О2).
После сварки рекомендуется быстрое охлаждению деталей в воде и проковка или прокатка швов в холодном состоянии. Проковкой устраняют хрупкость, связанную с крупнозернистой структурой и сеткой закиси меди по границам кристаллов.
Получили развитие ручная и автоматическая дуговая сварки меди угольным и металлическим электродами. При ручной сварке угольным электродом применяют присадочные прутки из оловянистой или кремнистой бронзы и флюсы, основной частью которых является бура.
Сваривают длинной дугой на постоянном токе прямой полярности. Металлические электроды состоят и;) медного стержня, покрытого специальной обмазкой. Металлическими электродами сваривают короткой дугой на постоянном тока обратной полярности.
Сварочный ток выбирают, принимая 50— 60 А на 1 мм диаметра электрода; при большой толщине свариваемые листы подогревают.
Автоматическую сварку угольным электродом ведут под слоем плавленого флюса, применяемого для низко углеродистых и легированных сталей. Присадочный материал в виде полосы из латуни укладывают на свариваемый стык. Цинк, входящий в состав латуни, является раскислителем медного сварного шва. Автоматическую сварку металлическим электродом ведут медной проволокой под слоем плавленого флюса.
Рассмотренные виды дуговой сварки меди не обеспечивают механических и особенно специальных физических свойств сварного шва, близких к свойствам основного металла (электропроводность и др.).
Сварка металлическим электродом дает более высокое качество сварных соединений по сравнению со сваркой угольным электродом.
Применение специальных керамических флюсов для автоматической сварки меди обеспечивает наряду с хорошим формированием сварного шва механические и физические свойства, близкие к требуемым.
Успешно применяют сварку меди в атмосфере защитных газов (аргоне, азоте или в их смесях). Сваривают вольфрамовым электродом на постоянном токе прямой полярности. В качестве присадочного материала применяют прутки из меди, содержащие кремний, олово, марганец. Рекомендуется подогрев от 200 до 800° С.
Латуни являются сплавами меди, содержащими до 50% Zn. Основной трудностью при их сварке является испарение цинка. И результате испарения цинка латунный шов теряет свои свойства и в нем возможно возникновение пор. Пары цинка ядовиты, сварщики должны работать в специальных масках (респираторах).
Для сварки латуни применяют те же методы, что и для сварки миди, но используют приемы, уменьшающие испарение цинка. При газовой сварке латуни применяют газовый флюс. При этом способе в пламя горелки вместе с ацетиленом вводят пары боросодержащих жидкостей. Образующийся на поверхности сварочной ванны борный ангидрид связывает окислы цинка и образует сплошной слой шлака.
Шлак препятствует выходу паров цинка из сварочной ванны. Возможна также газовая сварка латуни окислительным пламенем, что приводит к появлению тугоплавкой пленки описи цинка на поверхности сварочной ванны, препятствующей иго испарению. Сваривают таким образом, чтобы эта пленка не разрушалась. Во всех случаях ядро пламени удаляют от сварочной ванны и направляют на присадочный пруток.
Сваривают с большой скоростью.
При сварке угольной дугой присадочными материалами служат кремнистые и марганцовистые бронзы или латунь с повышенным содержанием цинка. Дугу зажигают и поддерживают не на основном металле, а на конце присадочного прутка.
Металлическими электродами со специальными покрытиями сваривают очень короткой дугой без колебаний конца электрода. Почти все методы сварки латуни не обеспечивают необходимого качества сварных швов.
Исключение составляет газоэлектрическая и автоматическая сварка под керамическим флюсом.
Латунь можно успешно сваривать контактной сваркой, так как электропроводность и теплопроводность латуни приблизительно такие же, как и у низкоуглеродистой стали.
Большинство бронз является литейными материалами и сварку их применяют только для заварки дефектов или ремонта. Наиболее широко применяют дуговую сварку металлическим электродом.
Электроды для Сварки бронз представляют собой стержень, состав которого близок к составу основного металла с нанесенным на него специальным покрытием.
Оловянные бронзы рекомендуется сваривать быстро, чтобы не перегреть основной металл, в противном случае возможно выплавление легкоплавкой составляющей.
Источник: https://infopedia.su/10x86ef.html
Загрузка...
