Сварка углеродистых сталей: проблемы, решения и материалы

Технология сварки углеродистых сталей

Сварка углеродистых сталей: проблемы, решения и материалы

                                                 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.

Читайте также:  Пайка резцов что нужно знать об устройстве аппарата и принципе работы

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.

Читайте также:  Сварочный полуавтомат циклон: качество превыше всего

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.

Таблица 1. Выбор проволоки для сварки в среде защитных газов низкоуглеродистых и низколегированных сталей

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.

Таблица 1. Расходные материалы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей под флюсом

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.

Таблица 2. Соотношение толщины металла и сечения слоя шва

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.

Читайте также:  Что такое холодная сварка для металла и как она применяется?

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector