Сварка низколегированных сталей: технология, требования, рекомендации

О чем речь? Сварка низколегированных сталей широко применяется в современной промышленности. Такие изделия отличаются небольшим содержанием легирующих веществ, углерод присутствует в концентрации не выше 0,25 %.

На что обратить внимание? Каждая технология сварки обладает своими особенностями и требованиями. Зная их, можно не допустить дефектов в изделии в ходе работ. Особое внимание нужно уделить выбору сварочного оборудования и процедуре подогрева.

Суть низколегированной стали

В составе низколегированных сталей содержится минимальный процент легирующих элементов (хрома, молибдена, никеля, меди, ванадия). Стандартное количество данных компонентов – до 10 % от общего состава стали.

Легирующие элементы добавляют для того, чтобы улучшить механические параметры готового изделия, сделать его более устойчивым к образованию ржавчины. К примеру, если добавить никель, сталь получится прочной и устойчивой к минусовой температуре. При введении в состав хрома сплав приобретает устойчивость к образованию коррозии.

Плюсы низколегированных сталей

• Сверхпрочность. Если добавить в состав легирующие элементы, металл станет прочнее, повысится устойчивость к механическим напряжениям.
• Устойчивость к образованию ржавчины. При добавлении хрома и никеля металл становится устойчивым к коррозии. Сталь не портится даже в агрессивной химической либо влажной среде.
• Невосприимчивость к резким температурным перепадам. Легирующие компоненты повышают термическую стабильность металла, поэтому он сохраняет свои первоначальные свойства даже при повышенных температурах. К примеру, при добавлении молибдена легированную сталь допустимо эксплуатировать при экстремально высокой температуре.
• Улучшение свариваемости. Ряд легирующих добавок повышают свариваемость металла, в результате его легко обрабатывать.

Читайте также: «Как выполнить точечную сварку своими руками»

Низколегированные стали используются во многих областях, к примеру автомобилестроении, при изготовлении судов, в нефтяной, газовой и аэрокосмической промышленности, энергетике, при изготовлении стальных конструкций. Изделия получаются сверхпрочными, устойчивыми к образованию ржавчины.

Особенности технологии сварки низколегированных сталей

Сварка низколегированных сталей электродами производится по особой технологии:

1. Необходимо правильно подобрать сварочный материал. Главное требование, чтобы сварочный материал содержал легирующие компоненты, которые соответствуют содержанию этих же элементов в обрабатываемом металле. Такой подход позволяет добиться оптимального баланса содержания легирующих элементов, при этом параметры сварного соединения будут оптимальными.
2. Следует подогреть обрабатываемый материал до и после сварки. Если нужно соединить низколегированную сталь, в обязательном порядке выполняют предварительное и последующее подогревание заготовки. Этот шаг необходим, чтобы исключить появление термических напряжений и растрескивания. Данная манипуляция особенно нужна, если сталь большой толщины либо обработка производится при низкой температуре.
3. Важно контролировать тепловое воздействие, поскольку низколегированные стали остро реагируют на температуру. Необходимо отслеживать тепловой вход в величину сварного тока. Тогда заготовка не перегреется, ее температура будет оптимальной. Если тепловое воздействие производится с ошибками, образуется мартенсит и прочие микроструктуры. В результате изделие получится непрочное, сварное соединение быстро покроется ржавчиной.
4. Нужно охлаждать заготовку между операциями. Если выполняется сварка низколегированных конструкционных сталей, следует удалять переизбыток тепловой энергии, к примеру, при многочасовой работе. Охлаждение осуществляется при помощи активных методов. Также можно просто дождаться, пока сталь остынет естественным образом, прежде чем приступать к последующему шагу.
5. Следует контролировать процентное соотношение легирующих элементов. Если осуществляется сварка углеродистых сталей низколегированных, содержание легирующих компонентов в шве и околошовной области должно быть оптимальным. Только в этом случае соединение получится прочным и надежным.
6. Необходимо очищать окислы. На поверхности обрабатываемых заготовок не должно быть окислов, жировых пленок и прочих загрязнений. Правильное очищение гарантирует наилучшую адгезию между материалами и сварочным электродом либо проволокой.

Технология сварки низколегированных теплоустойчивых сталей должна выполняться с учетом множества нюансов. Нужно придерживаться правил сваривания, строго соблюдать алгоритм работы, созданный под определенный материал и сварочный аппарат.

Электроды и другие материалы для сварки низколегированных сталей

Для получения качественного сварного шва при работе с низколегированными сталями применяются специальные сварочные материалы. Далее рассмотрим особенности наиболее популярных материалов для сваривания.

1. Электроды покрытого типа (SMAW). Подходят для соединения заготовок из низколегированной стали по аргонодуговой технологии. В покрытии содержатся легирующие элементы, к примеру хром, молибден, никель, обеспечивающие требуемые параметры шва.
2. Проволоки для MIG/MAG-технологии. Когда технология работы автоматическая, при работе с низколегированными сталями применяют сварочные проволоки MIG/MAG. В них содержатся легирующие элементы, придающие шву сверхпрочность и устойчивость к образованию ржавчины.
3. Флюсо-проволочные комплексы для подводимого дугового сварочного аппарата (FCAW). С помощью этих расходников мастер сможет добиться высокого КПД при работе с низколегированными сталями. Флюс, который содержится в комплексе, обеспечивает образование защитной атмосферы. В результате сварка проходит стабильно.
4. Аргонодуговая технология. В этом случае применяется чистая органическая проволока для сварки низколегированных сталей, в которую добавлены следующие элементы: хром, молибден либо никель. Аргонодуговая сварка – отличное решение, если нужно соединить заготовки с высокой точностью и придать нужные характеристики сварному шву.

Читайте также: «Ацетиленовая сварка: оборудование, технология»

Прежде чем приобрести тот или иной сварочный аппарат, надо изучить требования, выдвигаемые к сварке. Учитывайте то, насколько шов должен быть прочным, устойчивым к образованию ржавчины и термически стабильным. Кроме того, обращайте внимание на спецификации и советы от компаний-производителей стали и материалов для сварки.

Сварка низколегированных сталей полуавтоматом

Автоматическая и полуавтоматическая сварка осуществляется при помощи электродной проволокой типа Св-08ГА, Св-10ГА или Св-10Г2 под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45.

Когда толщина заготовок не более 4 см, разделывать кромки необязательно. Обеспечить равную прочность сварного соединения удается благодаря тому, что легирующие элементы переходят из электродной проволоки в металл шва.

Стали хромокремниемарганцовистые, к примеру хромансиль, являются низколегированными. Сюда можно отнести марки 20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСА и 35ХГСА. Они обеспечивают закалочные структуры, зачастую заготовки растрескиваются. Если кромки тонкие, велика вероятность закалки металла и появление трещин в области около шва.

Сваривать детали можно при помощи электродов НИАТ-ЗМ типов Э70, Э85. Когда требуется выполнить прочное соединение, подойдут электроды со стальными стержнями из проволоки типа Св-18ХГС или Св-18ХМА со специальным покрытием: ЦЛ-18-63, ЦК-18Мо, УОНИИ-13/65, УОНИИ-13/85, УОНИИ-13/НЖ.

Сварка труб из низколегированной стали выполняется в нескольких режимах:

Если нужно соединить заготовки большой толщины, потребуется многослойная сварка с минимальными временными промежутками между созданием последующих слоев. Когда кромки отличаются по толщине, ток для сварки нужно выбирать, ориентируясь на более толстую кромку, именно на нее будет направлена большая часть зоны дуги.

Чтобы устранить закалку и сделать сварное соединение и околошовную область тверже, следует после завершения работы нагреть заготовку до 650–680 градусов Цельсия.

Читайте также: «Какую маску для сварки выбрать: важные критерии и характеристики»

При таком температурном режиме изделие выдерживается определенный временной промежуток в зависимости от толщины стали. Расчет времени производится следующим образом: 1 час на 25 мм. Затем заготовка охлаждается в нагретой жидкости либо на открытом воздухе.

Если сварка осуществляется в защитном газе, плотность тока должна быть свыше 80 ампер на квадратный миллиметр.

Ручная дуговая сварка низколегированных сталей

Чтобы выполнить дуговую сварку низколегированных сталей, используют следующие режимы:

Приведенные параметры силы тока соответствуют свариванию в нижнем положении. Если нужно сделать вертикальный либо потолочный шов, значения снижают на 10-20 %, при этом надо использовать электроды с сечением до 4 мм.

Сварка в среде защитных газов, ЭШЗ и порошковой проволокой

Соединять заготовки из низколегированных сталей в защитном газе можно в режиме автоматической либо полуавтоматической сварки под флюсом.

Если работы проводятся в углекислом газе, потребуется электродная проволока с сечением 1,2-2,0 мм марки Св-08Г2С или Св-10Г2. Электрошлаковая сварка заготовок, вне зависимости от их толщины, осуществляется при помощи электродной проволоки марки Св-10Г2 под флюсом АН-8, допустим любой температурный режим окружающей среды.

Соединение низколегированных сталей в атмосфере защитных газов проводится аналогично сварке углеродистой стали.

Заготовки из низколегированных сталей плавящимся электродом чаще всего соединяют в углекислом газе. При работе со сталями 09Г2, 10Г2СД, 14ХГС, 15ХСНД стандартно используют электродную проволоку Св-08Г2С. Чтобы улучшить устойчивость шва к образованию ржавчины в море, применяют проволоку Св-08ХГ2С.

В ряде ситуаций, чтобы повысить производительность работ, добиться визуальной привлекательности сварного соединения, повысить пластические параметры металла, используют порошковые проволоки марок ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН4, ПП-АН9.

Читайте также: «Режимы и параметры сварки: как правильно подобрать»

Проволоки ПП-АН4 и ПП-АН9 позволяют добиться оптимальных механических параметров металла сварного соединения при низких минусовых температурах. Сверхпрочные низколегированные стали нужно соединять электродными проволоками сложного легирования, подбирая их с учетом параметров обрабатываемых металлов.

Технология электрошлаковой сварки низколегированных сталей ничем не отличается от работы с углеродистыми сталями. Соединение выполняют при помощи флюса АН-8. Также можно применять флюс АН-22. Электродную проволоку нужно выбирать с учетом характеристик обрабатываемых заготовок. К примеру, при работе со сталями 09Г2С, 16ГС, 14ГС, 15ХСНД подойдут проволоки Св-08ГС, Св-10Г2. Проволока Св-08ГА – не лучшее решение, поскольку сварное соединение получится непрочным.

По завершении сварочных работ проводится термическая обработка заготовки. При этом учитывают то, насколько металл предрасположен к росту зерна, а также требуемые параметры шва.

Если металл склонен к образованию зерна, потребуется также нормализация. В противном случае осуществляется стандартный отпуск стали при температуре 650 градусов Цельсия.

Часто задаваемые вопросы о сварке низколегированных сталей

Каковы основные требования к низколегированным сталям при сварке?

Сварной шов будет считаться качественным, если:

• полученное соединение по всей длине одинаково прочное;
• шов выполнен нужной формы;
• нет брака.

Как избежать дефектов при сварке низколегированной стали?

По сравнению с обработкой низкоуглеродистой конструкционной стали, сваривать низколегированный металл намного сложнее. Такая сталь остро реагирует на температурный режим. Если в металле содержится свыше 0,25 % углерода, при сварке образуются закалочные структуры, шов трескается. Из-за того, что углерод выгорает, появляются поры.

Чтобы в металле не образовывался закалочный мартенсит, заготовку нагревают, выполняют сварку в несколько слоев, правильно накладывая металл в соединение с небольшим временным интервалом. Материал покрытых электродов должен содержать минимальное количество фосфора, углерода и серы. Тогда соединение получится прочным, без образования кристаллизационных трещин.

Что нужно учесть в отношении хромокремнемарганцовистых сталей?

Данный материал – вид низколегированных сталей под названием «хромансиль». Он состоит из 0,17-0,4 % углерода, 0,8-1,1 % марганца, 0,9-1,2 % кремния и хрома. Такой металл недорогой, упругий и прочный, устойчивый к вибрационному воздействию. Однако у материала есть один минус – он портится под воздействием высоких температур.

Читайте также: «Как варить электросваркой: советы, инструкция и основные ошибки»

Если выполняется сварка газом, происходит выгорание хрома и кремния, формируются оксиды, шлаки и непровары в сварном шве. Легирующие добавки не окислятся, если сваривать заготовки нормальным пламенем, подобрать мощность из соотношения 75-100 кубических дециметров в час ацетилена на 1 мм толщины обрабатываемой заготовки.

Применяются следующие марки присадочной проволоки:

• низкоуглеродистая Св-08 или Св-08А – для простых заготовок;
• легированная Св-19ХМА, Св-13ХМА, Св-10ХГС, Св-18ХГСА – для получения сверхпрочного и надежного сварного шва.

Низколегированная сталь – это металл, обрабатывать который можно любым видом сварки. Важно придерживаться технологии работы и выбирать подходящие расходные материалы, тогда сварной шов получится надежным.