СОДЕРЖАНИЕ
- Классификация сталей по химическому составу
- Технология сварки низкоуглеродистых сталей
- Особенности сварки среднеуглеродистых сталей
- Процесс сварки высокоуглеродистых сталей
- Технология сварки низколегированных сталей
- Методики сварки среднелегированных сталей
- Принципы сварки высоколегированных сталей
Технология сварки сталей в первую очередь зависит от характеристик конкретных материалов. Их физические и химические свойства, а также наличие в сплавах дополнительных компонентов как раз и диктуют выбор того или иного метода соединения металла.
Более того, в каких-то случаях сварка происходит легко и быстро, а в каких-то, напротив, требуется гораздо больше времени и усилий. Давайте подробнее рассмотрим особенности сварки различных типов стали, тем более что методики в разных ситуациях могут значительно отличаться.
Классификация сталей по химическому составу
По химическому составу сталь можно классифицировать на углеродистую и легированную. Углеродистые стали бывают:
- низкоуглеродистыми (содержание углерода до 0,25 %);
- среднеуглеродистыми (содержание углерода от 0,25 до 0,6 %);
- высокоуглеродистыми (содержание углерода от 0,6 до 2,0 %).
Сталь, в состав которой кроме углерода входят хром, никель, вольфрам, ванадий и другие легирующие компоненты, называется легированной. Легированная сталь делится на:
- низколегированную (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5 %);
- среднелегированную (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10 %);
- высоколегированную (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10 %).
Технология сварки низкоуглеродистых сталей
Низкоуглеродистая сталь с легирующими добавками в составе сваривается с применением любой из известных технологий сварки. Обычная дуговая сварка не требует от мастера высокой квалификации.
Если мы имеем дело с низкоуглеродистыми сталями, металл шва характеризуется пониженным содержанием углерода и увеличенным количеством легирующих добавок. Эти факторы приводят к упрочнению металла шва по отношению к деталям и повышенной хрупкости шва при многослойной сварке.
В технологии сварки низкоуглеродистых сталей применяются электроды с кальциево-фтористорутиловым и рутиловым покрытием, в обмазку которых специалисты добавляют порошок железа. Промышленность производит электроды для сварки следующих марок: УОНИ-13/85, ЦЛ-14, ЦЛ-18-63.
Для работы со сталями с низким содержанием углерода удобно применять ацетилен. Расход газа незначителен, технология не требует обязательного использования флюса.
Читайте также: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»
В процессе сварки специалисту важно получить качественный стык, прочность которого не отличается от прочности основного металла. Для этого сварщик применяет сварочную проволоку из кремния и марганца, не гасит пламя по окончании работы, не снимает пламя со стыка деталей, а медленно отклоняет, давая шву остыть.
Пламя не следует убирать сразу, иначе без использования флюса разогретый материал шва окислится. Далее шов проковывают и подвергают термической обработке.
Особенности сварки среднеуглеродистых сталей
Большое содержание углерода усложняет соединение между деталью и сварным стыком. Из-за разной прочности металла вблизи кромок шва могут наблюдаться существенные недостатки: трещины и ярко выраженные очаги с хрупкостью материала.
При применении электродов, содержащих низкое количество углерода, этой проблемы можно избежать.
Особенность технологии сварки среднеуглеродистых сталей в том, что сварщик разделывает кромки деталей, чтобы избежать проплавления основного металла. Такое случается при разогреве соединяемых деталей и повышении тока.
Для повышения качества шва мастер предварительно разогревает и беспрерывно подогревает детали. При использовании полуавтомата движение электрода должно быть направлено исключительно вдоль стыка деталей, а не поперек. Мастер применяет короткую дугу и электроды марок УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5а.
В технологии газовой сварки сталей с использованием ацетилена расход газа должен составлять от 75 до 100 дм³/ч. Важно добиться соответствующей мощности пламени горелки. Для деталей толщиной 3 мм и более важен общий подогрев до 250-300 °C или местный до 600-650 °C.
Далее шов необходимо проковать и термически обработать. Специальный флюс используют для сварки металлических изделий с количеством углерода равным высокоуглеродистым сталям.
Процесс сварки высокоуглеродистых сталей
Высокоуглеродистые стали с трудом поддаются сварке, поэтому детали из этой стойкой к коррозии стали лучше соединять при помощи других методов.
Сварка таких сталей проводится исключительно при необходимости проведения ремонтных работ. Шовную область следует предварительно прогреть до температуры 250-300 °C, а в конце процесса термически обработать.
Если температура воздуха на улице опустилась ниже 5 °C или существует вероятность сильного ветра и сквозняка, сварочные работы следует прекратить.
Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»
При четком следовании инструкции приемы сварки высокоуглеродистых сталей аналогичны методикам для среднеуглеродистых. При газовой сварке ацетиленом газ должен расходоваться в пределах 75-90 дм³/ч на 1 мм шовной толщины.
В технологии сварки высокоуглеродистых сталей для предотвращения окисления важно использовать флюсы. Составы флюсов те же, что и при использовании для сварки среднеуглеродистых сталей. В завершении процесса не забудьте сделать проковку шва с последующим отпуском.
Технология сварки низколегированных сталей
Низколегированные стали характеризуются малым содержанием углерода (<0,18 %), достаточной пластичностью, высокой сопротивляемостью разрушению. Качество свариваемости удовлетворительное.
После закалки / нормализации и последующего высокого отпуска эти стали приобретают необходимые механические свойства.
Выделим критерии для обозначения диапазона режимов сварки и температур предварительного подогрева:
- максимальная и минимальная допустимые скорости охлаждения металла зоны около шва;
- максимальные допустимые скорости охлаждения, требуемые для предотвращения образования холодных трещин в металле.
Электроды для ручной дуговой сварки имеют низководородное фтористо-кальциевое покрытие. Сварку выполняют постоянным током при обратной полярности. Наплавленный электродами металл должен соответствовать следующему химическому составу, %: С до 0,10 ; Mn 0.8…1,2 ; Si 0,2…0.4 ; Cr 0,6…1,0 ; Mo 0,2…0.4 ; Ni 1,3…1,8 ; S до 0,03 ; Р до 0,03.
Выбор сварочного тока зависит от диаметра, марки, пространственного положения шва, вида соединения и толщины металлического изделия. Сварка производится непрерывно, без охлаждения сварного соединения ниже температуры его предварительного подогрева и с нагревом выше 200 С° перед выполнением следующего прохода.
Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»
Сварки под флюсом проводятся на постоянном токе обратной полярности. Сила тока не должна быть выше 800 А, напряжение дуги — не более 40 В, сварочная скорость — в диапазоне 13-30 м/ч.
Для соединений до 8 мм используют одностороннюю однопроходную сварку. Для выполнения применяют флюсовую подушку или стальную подкладку. Максимально возможная толщина соединений без разделки кромок, свариваемых двусторонними швами, не должна быть выше 20 мм.
Марка проволоки Св-08ХН2М подходит для односторонних или двусторонних стыковых соединений без скоса кромок. В этом случае не требуется применять более легированную проволоку, так как швы обладают высокой прочностью.
Если процесс сварки происходит в углекислом газе, то в качестве электрода используют проволоки Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ (ГОСТ 2246-70) или порошковую проволоку.
При сварочных работах в аргоновых смесях применяют проволоку Св-08ХН2ГМЮ. При сварке сталей с прочностью до 700 Мпа эта марка обеспечивает высокий уровень механических свойств и хладостойкость металлических швов.
Технология газовой сварки высоколегированных сталей характеризуется высоким разогревом кромок свариваемых деталей, пониженной способностью материалов сопротивляться коррозии и усиленным выгоранием легирующих примесей.
Эти факторы ухудшают качество сварных соединений по сравнению с другими сварочными методами. В качестве присадочного материала при газовой сварке используют проволоку марок СВ-10Г2, Св-08, Св-08А, а для ответственных швов — Св-18ХГС и Св-18ХМА.
Сварщик повышает механические свойства шва при помощи проковки на температуре 800 °С — 850°С с последующей нормализацией.
Методики сварки среднелегированных сталей
Методика сварки направлена на обеспечение надежности сварных соединений при эксплуатации. Для этого важно стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства соответствовали бы требуемым нормам.
Доля участия основного металла в формировании шва влияет на процесс изменения механических свойств, поэтому сварочные материалы должно содержать меньше легирующих элементов, чем основной металл. Легирование шва за счет основного металла позволяет повысить свойства шва до нужного уровня.
Выбор сварочных материалов для работы со среднелегированными глубокопрокаливающимися высокопрочными сталями должен быть сделан в пользу элементов, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном водороде в сварочной ванне.
Низколегированные сварочные электроды не содержат органических веществ и могут подвергаться прокалке высокой температурой. При выполнении сварочных работ исключите дополнительные источники насыщения сварочной ванны водородом. Например, влагу и ржавчину.
В сварке среднелегированных сталей используют аустенитные материалы, электродные покрытия вида Ф, а для механизированной сварки — основные флюсы.
Для механизированной сварки и изготовления стержней электродов в ГОСТ 2246-70 предназначены проволоки марок Св-08Х20Н9Г7Т и Св-08Х21Н10Г6, а в ГОСТ 10052-75 — электроды типа ЭА-1Г6 и др. Электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и другие по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75 используют для высокопрочных сталей.
При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом специалист получает высококачественные сварные соединения от 3 до 5 мм.
Читайте также: «Контактная сварка»
Активирующие флюсы используют для увеличения проплавляющей способности дуги. Сварка с активирующими флюсами популярна при механизированном способе для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод должен быть изготовлен из активированного вольфрама, стойкого в эксплуатации.
Ацетиленокислород в газовой сварке легированных сталей гарантирует качество сварного шва только при условии использования дуговой сварки. Другие газы в этом случае применять не следует.
Принципы сварки высоколегированных сталей
Высоколегированные стали обладают множеством положительных характеристик. Изделия различного назначения могут быть выполнены из одной и той же марки стали. Индивидуальные требования к свойствам сварных изделий определяют выбор технологии сварки высоколегированных сталей и необходимые характеристики сварного соединения: состав металла шва и его структуру.
Для высоколегированных сталей характерны определенные теплофизические свойства. Так, пониженный коэффициент теплопроводности существенно изменяет распределение температур в зоне шва. Это увеличивает глубину проплавления основного металла.
Из-за повышенного коэффициента теплового расширения возрастает коробление изделий. Поэтому в основе принципа сварки высоколегированные сталей лежат технологии, способы, режимы, отличающиеся максимальной концентрацией тепловой энергии.
При ручной дуговой сварке высоколегированных сталей используют сварочные проволоки одной марки согласно ГОСТу с широким допуском по химическому составу. Шов с необходимым составом металла можно получить, применяя электроды с фтористокальциевым покрытием.
При данном типе электродов используется ток обратной полярности. Мастер тщательно прокаливает электроды для уменьшения риска образования в швах пор и трещин, вызываемых водородом.
Высоколегированные стали кислотостойки и подвержены весомой межкристаллитной коррозии. Для их соединения среда газовой сварки неблагоприятна. Газовую сварку можно использовать лишь для соединения жаропрочных и жаростойких сталей 1…2 мм толщиной.
В данном методе используют нормальное пламя горелки мощностью 70…75 л/ч на 1 мм толщины. В сварных соединениях высока вероятность образования существенного коробления.
Сварка под флюсом высоколегированных сталей толщиной 3…50 мм обеспечивает стабильность состава и свойств металла по всей шовной длине. Эта технология более предпочтительна, чем ручная дуговая сварка.
Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»
Отсутствие множественных кратеров, образующихся при смене электродов, равномерность плавления электродной проволоки и основного металла по шовной длине, более надежная защита сварочной зоны от окисления легирующих компонентов кислородом — все это способствует достижению качественного результата.
Сварка под флюсом избавляет мастера от трудоемкой подготовительной работы. Специалист выполняет разделку кромок на металле толщиной свыше 12 мм, при ручной сварке — более 3-5 мм. Используется постоянный ток обратной полярности.
Технология сварки сталей — это сложный многоступенчатый процесс, требующий глубоких знаний в области металлургии и химии. Без важной теоретической информации и понимания законов электричества и теплопроводности механические свойства сварного шва могут не соответствовать установленным нормам.
Для исключения рисков, экономии времени и достижения высокого результата работы специалисту важно внимательно изучить основные особенности технологий сварки различных типов стали. О них мы и рассказали в данной статье.
