Все о сварке

Сварка углеродистых сталей


Глава XIII. Сварка углеродистых и легированных 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 высокоуглеродистую (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 легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%), высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10%).

По микроструктуре различают стали перлитного, мартенситного, аустеннтного, 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 превышать 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.

Сварки низкоуглеродистых сталей. Такие стали имеют хорошую свариваемость. При выборе типа и марки электрода для сварки низкоуглеродистых сталей руководствуются следующими требованиями:

обеспечение равно прочности сварного соединения с основным металлом;

получение сварных швов без дефектов;

обеспечение требуемого химического состава металла шва;

получение стойкости сварных соединений в условиях вибрационных и ударных нагрузок, а также при повышенных или пониженных температурах.

30. Технологические характеристики электродов для сварки низкоуглеродистых сталей 31. Технологические характеристики электродов для сварки среднеуглеродистых сталей

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют электроды марок ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, КПЗ-Э2Р, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и др. (табл. 30).

Сварка среднеуглеродистых сталей. Такие стали имеют повышенное содержание углерода, который является причиной образования кристаллизационных трещин при сварке, а также малопластичных закалочных структур и трещин в околошовной зоне. Поэтому для повышения стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин следует понизить количество углерода в металле шва. Это достигается применением электродов с пониженным содержанием углерода, а также уменьшением доли участия основного металла в металле шва.

Чтобы снизить вероятность появления закалочных структур, необходимо применять предварительный и сопутствующий подогрев изделия. Надежным способом достижения равнопрочности сварного соединения при низком процентном содержании 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-13/55, К-5А, У ОНИ-13/65 и др. (табл. 31).

Вопросы для самопроверки

  1. Как классифицируются стали?
  2. Каковы особенности сварки низкоуглеродистых сталей?
  3. Как избежать возникновения кристаллизационных трещин при сварке среднеуглеродистых сталей?

metallurgu.ru

Сварка углеродистых сталей (в том числе литых): особенности

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки.

Темы: Сварка стали, Технология сварки.

Стали с повышенным содержанием углерода обладают хорошими литейными свойствами, поэтому стальное литье обычно содержит более 0,20% углерода.

Углерод усиливает закаливаемость стали. Конструкционные стали с повышенным содержанием углерода (0,25–0,55%), как правило, подвергают закалке и отпуску, что придает им высокую твердость и износостойкость. Ценные свойства сталей с повышенным содержанием углерода широко используют для изготовления деталей машин: валов осей, зубчатых колес, звездочек, корпусов и других деталей самых различных форм.

Сварка часто является единственным способом изготовления и ремонта деталей машин, станин технологического оборудования. Однако сварка таких сталей затрудняется низкой стойкостью швов к образованию горячих трещин и вероятностью образования холодных трещин. Сложно также получить металл шва и зоны термического влияния со свойствами, равноценными свойствам основного металла.

Углерод уменьшает стойкость швов к образованию горячих трещин, усиливает вредное влияние серы и фосфора. Критическое содержание углерода в шве зависит от конструкции узла, формы шва и содержания в нем других элементов, предварительного подогрева.

Существующие способы повышения стойкости к образованию горячих трещин направлены на ограничение содержания в швах элементов, оказывающих отрицательное влияние, снижение уровня растягивающих напряжений, получение швов оптимальной формы с малой степенью их химической неоднородности.

Стали с повышенным содержанием углерода склонны к образованию малопластичных структур мартенситного типа в зоне термического влияния. Под воздействием сварочных и структурных напряжений может произойти разрушение малопластичного металла, чему способствует наличие в металле диффузионного водорода. Для предупреждения образования холодных трещин применяют способы, которые заключаются в устранении факторов, способствующих их возникновению.

Технология изготовления сварных соединений на сталях с повышенным содержанием углерода, имеющих более низкую стойкость к образованию трещин, должна предусматривать: - применение электродов и сварочной проволоки с низким содержанием углерода; - использование режимов сварки, конструктивных и технологических мер (разделка кромок, применение увеличенного вылета, введение дополнительной присадочной проволоки и др.), обеспечивающих минимальный переход углерода из основного металла в шов; - введение в шов элементов (марганец, кальций, РЗМ), способствующих образованию тугоплавких или изолированных округлых сульфидных включений; - применение оптимального порядка наложения швов, устранение излишней жесткости узлов, способов и режимов сварки, других мероприятий, обеспечивающих минимальное значение возникающих напряжений; - выбор оптимальной формы шва и уменьшение химической неоднородности;

- снижение диффузионного водорода до минимума (использование низководородных электродов, очистка кромок и проволоки, осушка защитных газов, прокалка электродов, порошковой проволоки и флюсов);

- обеспечение замедленного охлаждения сварного соединения (применяется многослойная, двухдуговая или многодуговая сварка углеродистых сталей, наплавка отжигающего валика, используются экзотермические смеси и др.).

При сварке сталей с повышенным содержанием углерода основной металл тщательно очищают от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины и других загрязнений, так как они являются источниками водорода и могут вызвать образование пор и трещин. Очищать следует кромки и прилегающие к ним участки шириной не менее 10 мм. Это обеспечивает более плавный переход к основному металлу и повышенную прочность шва при переменных нагрузках.

Сборку под сварку деталей с повышенным содержанием углерода, как правило, выполняют с обязательным зазором, который зависит от толщины соединяемых деталей и должен быть на 1–2 мм больше, чем зазор при сборке элементов из хорошо свариваемых сталей. Свариваемые детали должны иметь разделку кромок при толщине металла 4 мм и более, что снижает переход углерода в шов. Учитывая высокую склонность к закалке, следует избегать прихваток малого сечения и длины или перед наложением прихваток применять местный предварительный подогрев.

Для сварки сталей с повышенным содержанием углерода (до 0,4%) можно применять те же сварочные материалы, что и для сварки низколегированных сталей, с некоторыми ограничениями. Для ручной сварки используют электроды с покрытием основного типа, обеспечивающие низкое содержание диффузионного водорода в наплавленном металле (марки УОНИ–13/45, УОНИ–13/55 и др.).

При механизированной сварке в защитном газе рекомендуют использовать проволоки марки Св–08Г2С, Св–09Г2СЦ или другие равноценные указанной, а также смесь углекислого газа и кислорода при содержании кислорода до 30% или углекислый газ. Можно применять смеси газов на основе аргона с окислительными свойствами (70…75% Ar+20…25% СО2+5% О2). Предпочтение следует отдавать проволоке диаметром 1,2 мм. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода, прошедших термическую обработку или легированных одним или несколькими элементами (40Х, 38ХС, 45Г и др.), электродная проволока Св–08Г2С не обеспечивает требуемые механические свойства. В таких случаях для механизированной сварки применяют комплексно-легированные проволоки марок Св–08ГСМТ, Св–08ХГСМА, Св–08Х3Г2СМ и др.

Автоматическая сварка под флюсом выполняется проволоками марок Св–08А, Св–08АА, Св–08ГА в сочетании с флюсами АН–348А, ОСЦ–45. Перспективно применение флюсов АН–43 и АН–47, обладающих хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью к образованию трещин.

Сварочные материалы должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий. Проволока должна быть без ржавчины и загрязнений, флюсы и электроды непосредственно перед использованием прокаливают при температурах, указанных в сопроводительной документации. Нужно применять сварочный диоксид углерода (углекислый газ); пищевой диоксид углерода допускается при условии дополнительной осушки.

Режимы сварки должны обеспечивать минимальное проплавление основного металла и оптимальную скорость охлаждения. Правильность выбора режимов сварки, обеспечивающих оптимальную скорость охлаждения, можно оценить замером твердости металла сварного соединения, которая не должна превышать 350 HV.

Сварка ответственных узлов выполняется не менее чем в два прохода, сварные швы должны иметь плавный переход к основному металлу. Частые обрывы дуги, ожоги основного металла и вывод кратера на основной металл недопустимы.

После сварки следует обеспечить замедленное охлаждение сварных соединений. Для этого сваренный узел накрывают теплоизоляционным материалом, помещают в специальный термостат и применяют послесварочный нагрев.

Сварка ответственных конструкций из сталей с повышенным содержанием углерода, узлов с жестким контуром и т. п. выполняется с предварительным подогревом. Температура предварительного подогрева обычно находится в пределах 100–400 °С. Чем выше содержание углерода и легирующих элементов и больше толщина свариваемых элементов, тем выше температура предварительного подогрева.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

weldzone.info

Сварка углеродистых сталей (в том числе литых): особенности

Сеть профессиональных контактов специалистов сварки.

Темы: Сварка стали, Технология сварки.

Стали с повышенным содержанием углерода обладают хорошими литейными свойствами, поэтому стальное литье обычно содержит более 0,20% углерода.

Углерод усиливает закаливаемость стали. Конструкционные стали с повышенным содержанием углерода (0,25–0,55%), как правило, подвергают закалке и отпуску, что придает им высокую твердость и износостойкость. Ценные свойства сталей с повышенным содержанием углерода широко используют для изготовления деталей машин: валов осей, зубчатых колес, звездочек, корпусов и других деталей самых различных форм.

Сварка часто является единственным способом изготовления и ремонта деталей машин, станин технологического оборудования. Однако сварка таких сталей затрудняется низкой стойкостью швов к образованию горячих трещин и вероятностью образования холодных трещин. Сложно также получить металл шва и зоны термического влияния со свойствами, равноценными свойствам основного металла.

Углерод уменьшает стойкость швов к образованию горячих трещин, усиливает вредное влияние серы и фосфора. Критическое содержание углерода в шве зависит от конструкции узла, формы шва и содержания в нем других элементов, предварительного подогрева.

Существующие способы повышения стойкости к образованию горячих трещин направлены на ограничение содержания в швах элементов, оказывающих отрицательное влияние, снижение уровня растягивающих напряжений, получение швов оптимальной формы с малой степенью их химической неоднородности.

Стали с повышенным содержанием углерода склонны к образованию малопластичных структур мартенситного типа в зоне термического влияния. Под воздействием сварочных и структурных напряжений может произойти разрушение малопластичного металла, чему способствует наличие в металле диффузионного водорода. Для предупреждения образования холодных трещин применяют способы, которые заключаются в устранении факторов, способствующих их возникновению.

Технология изготовления сварных соединений на сталях с повышенным содержанием углерода, имеющих более низкую стойкость к образованию трещин, должна предусматривать: - применение электродов и сварочной проволоки с низким содержанием углерода; - использование режимов сварки, конструктивных и технологических мер (разделка кромок, применение увеличенного вылета, введение дополнительной присадочной проволоки и др.), обеспечивающих минимальный переход углерода из основного металла в шов; - введение в шов элементов (марганец, кальций, РЗМ), способствующих образованию тугоплавких или изолированных округлых сульфидных включений; - применение оптимального порядка наложения швов, устранение излишней жесткости узлов, способов и режимов сварки, других мероприятий, обеспечивающих минимальное значение возникающих напряжений; - выбор оптимальной формы шва и уменьшение химической неоднородности;

- снижение диффузионного водорода до минимума (использование низководородных электродов, очистка кромок и проволоки, осушка защитных газов, прокалка электродов, порошковой проволоки и флюсов);

- обеспечение замедленного охлаждения сварного соединения (применяется многослойная, двухдуговая или многодуговая сварка углеродистых сталей, наплавка отжигающего валика, используются экзотермические смеси и др.).

При сварке сталей с повышенным содержанием углерода основной металл тщательно очищают от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины и других загрязнений, так как они являются источниками водорода и могут вызвать образование пор и трещин. Очищать следует кромки и прилегающие к ним участки шириной не менее 10 мм. Это обеспечивает более плавный переход к основному металлу и повышенную прочность шва при переменных нагрузках.

Сборку под сварку деталей с повышенным содержанием углерода, как правило, выполняют с обязательным зазором, который зависит от толщины соединяемых деталей и должен быть на 1–2 мм больше, чем зазор при сборке элементов из хорошо свариваемых сталей. Свариваемые детали должны иметь разделку кромок при толщине металла 4 мм и более, что снижает переход углерода в шов. Учитывая высокую склонность к закалке, следует избегать прихваток малого сечения и длины или перед наложением прихваток применять местный предварительный подогрев.

Для сварки сталей с повышенным содержанием углерода (до 0,4%) можно применять те же сварочные материалы, что и для сварки низколегированных сталей, с некоторыми ограничениями. Для ручной сварки используют электроды с покрытием основного типа, обеспечивающие низкое содержание диффузионного водорода в наплавленном металле (марки УОНИ–13/45, УОНИ–13/55 и др.).

При механизированной сварке в защитном газе рекомендуют использовать проволоки марки Св–08Г2С, Св–09Г2СЦ или другие равноценные указанной, а также смесь углекислого газа и кислорода при содержании кислорода до 30% или углекислый газ. Можно применять смеси газов на основе аргона с окислительными свойствами (70…75% Ar+20…25% СО2+5% О2). Предпочтение следует отдавать проволоке диаметром 1,2 мм. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода, прошедших термическую обработку или легированных одним или несколькими элементами (40Х, 38ХС, 45Г и др.), электродная проволока Св–08Г2С не обеспечивает требуемые механические свойства. В таких случаях для механизированной сварки применяют комплексно-легированные проволоки марок Св–08ГСМТ, Св–08ХГСМА, Св–08Х3Г2СМ и др.

Автоматическая сварка под флюсом выполняется проволоками марок Св–08А, Св–08АА, Св–08ГА в сочетании с флюсами АН–348А, ОСЦ–45. Перспективно применение флюсов АН–43 и АН–47, обладающих хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью к образованию трещин.

Сварочные материалы должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий. Проволока должна быть без ржавчины и загрязнений, флюсы и электроды непосредственно перед использованием прокаливают при температурах, указанных в сопроводительной документации. Нужно применять сварочный диоксид углерода (углекислый газ); пищевой диоксид углерода допускается при условии дополнительной осушки.

Режимы сварки должны обеспечивать минимальное проплавление основного металла и оптимальную скорость охлаждения. Правильность выбора режимов сварки, обеспечивающих оптимальную скорость охлаждения, можно оценить замером твердости металла сварного соединения, которая не должна превышать 350 HV.

Сварка ответственных узлов выполняется не менее чем в два прохода, сварные швы должны иметь плавный переход к основному металлу. Частые обрывы дуги, ожоги основного металла и вывод кратера на основной металл недопустимы.

После сварки следует обеспечить замедленное охлаждение сварных соединений. Для этого сваренный узел накрывают теплоизоляционным материалом, помещают в специальный термостат и применяют послесварочный нагрев.

Сварка ответственных конструкций из сталей с повышенным содержанием углерода, узлов с жестким контуром и т. п. выполняется с предварительным подогревом. Температура предварительного подогрева обычно находится в пределах 100–400 °С. Чем выше содержание углерода и легирующих элементов и больше толщина свариваемых элементов, тем выше температура предварительного подогрева.

Copyright. При любом цитировании материалов Cайта, включая сообщения из форумов, прямая активная ссылка на портал weldzone.info обязательна.

weldzone.info

Сварка средне- и высокоуглеродистых сталей

Конструкции из среднеуглеродистой стали могут быть хорошо сварены при непременном соблюдении правил сварки, а также следующих дополнительных указаний. В стыковых, угловых и тавровых соединениях следует при сборке соединяемых элементов сохранять между кромками зазоры, предусмотренные ГОСТ, чтобы сварочная поперечная усадка происходила более свободно и не вызывала кристаллизационных трещин. Кроме того, начиная с толщины стали 5 мм и более, в стыковых соединениях делают разделку кромок, и сварку ведут в несколько слоев. Сварочный ток понижают.

Сварка высокоуглеродистой стали

Сварка высокоуглеродистых сталей марок ВСт6, 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, этот процесс мы рассмотрим ниже.

Технологии сварки высокоуглеродистых сталей

Хорошие результаты достигаются при сварке узкими валиками и небольшими участками с охлаждением каждого слоя. После окончания сварки обязательна термическая обработка.

Сварка среднеуглеродистой стали

Сварка среднеуглеродистой стали марок ВСт5, 30, 35 и 40, содержащей углерода 0,28-0,37 % и 0,27- 0,45%, более затруднена, так как с увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость стали.

Применяемую для арматуры железобетона среднеуглеродистую сталь марок ВСт5пс и ВСт5сп сваривают ванным способом и обычными протяженными швами при соединении с накладками (рис. 16.1). Для сварки концы соединяемых стержней должны быть подготовлены: для ванной сварки в нижнем положении- обрезаны резаком или пилой, а при вертикальной сварке - разделаны. Кроме того, они должны быть зачищены в местах соединения на длину, превышающую на 10-15 мм сварной шов или стык. Сварка производится электродами Э42А, Э46А и Э50А для протяженных валиковых швов. При температуре воздуха до минус 30 °С необходимо увеличивать силу

Рис. 16.1. Сварка стыков арматуры железобетона: а - ванная; 1 - горизонтальных; 2 - вертикальных; б - шовная

сварочного тока на 1 % при понижении температуры от 0°С на каждые 3°С. Кроме того, следует применять предварительный подогрев соединяемых стержней до 200-250 °С на длину 90-150 мм от стыка и снижать скорость охлаждения после сварки, обматывая стыки асбестом, а в случае ванной сварки не снимать формующих элементов до охлаждения стыка до 100 °С и ниже.

При более низкой температуре окружающего воздуха (от -30 до - 50 °С) следует руководствоваться специально разработанной технологией сварки, предусматривающей предварительный и сопутствующий подогрев и последующую термическую обработку стыков арматуры либо сварку в специальных тепляках.

Сварку других конструкций из среднеуглеродистой стали марок ВСт5, 30, 35 и 40 следует вести с соблюдением тех же дополнительных указаний. Стыки рельсовых путей обычно сваривают ванной сваркой с предварительным подогревом и последующим медленным охлаждением аналогично стыкам арматуры. При сварке других конструкций из этих сталей следует применять предварительный и сопутствующий подогрев, а также последующую термическую обработку.

Электроды

Сварку ведут электродами диаметром не более 4-5 мм постоянным током обратной полярности, что обеспечивает меньшее расплавление кромок основного металла и, следовательно, меньшую его долю и меньшее содержание С в металле шва. Для сварки применяют электроды Э42А, Э46А или Э50А. В стальных стержнях электродов содержится немного углерода, поэтому при их расплавлении и перемешивании с небольшим количеством среднеуглеродистого основного металла в шве углерода будет не более 0,1-0,15 %.

При этом металл шва легируется Мn и Si за счет расплавляемого покрытия и таким образом оказывается равнопрочным основному металлу. Сварку металла толщиной более 15 мм ведут «горкой», «каскадом» или «блоками» для более медленного охлаждения. Применяют предварительный и сопутствующий подогрев (периодический подогрев перед сваркой очередного «каскада» или «блока» до температуры 120-250°С). Конструкции, изготовленные из стали марок ВСт4пс, ВСт4сп и из стали 25 толщиной не более 15 мм и не имеющие жестких узлов, обычно сваривают без подогрева. В других случаях требуются предварительный и сопутствующий подогрев и даже последующая термическая обработка. Дугу зажигают только в месте будущего шва. Не должно быть незаваренных кратеров и резких переходов от основного к наплавленному металлу, подрезов и пересечений швов. Выводить кратеры на основной металл запрещается. На последний слой многослойного шва накладывают отжигающий валик.

www.metalcutting.ru


Смотрите также