Технологічний процес газового зварювання середньовуглецевих сталей. Зварювання вуглецевих сталей. Зварювання середньовуглецевих сталей

Для поліпшення властивостей та характеристик сталей, до їх складу вводять різні добавки. Змінюючи кристалічну решітку матеріалу, добавки впливають як на міцність чи корозійну стійкість матеріалу, а й здатність до зварювання. Для деяких сплавів зварювання проходить дуже легко, але є матеріали, що потребують особливого підходу.

Однією з найпоширеніших добавок під час виробництва сталі, безумовно, є вуглець. Відповідно до ГОСТ 380-2005, залежно від його кількості у складі сталей, останні можуть бути:

низьковуглецевими, із вмістом вуглецю не більше 0,25% від обсягу;
середньовуглецевими, що містять вуглець у кількості 0,25%-0,6%;
високовуглецеві, у яких міститься від 0,6% до 2,07% вуглецю від обсягу матеріалу.

Зварювання вуглецевих сталей характеризується рядом особливостей, що дозволяють одержати якісний однорідний шов.

При з'єднанні деталей з вуглецевих сталей їх розташовують так, щоб шов виявився «на вазі». Для цього деталі на столі для зварювання надійно фіксують за допомогою пристроїв для збирання – струбцин, скоб, лещат.

На початку і в кінці шва встановлюють спеціальні планки з того ж матеріалу, що і деталі, що зварюються. Початок та закінчення процесу зварювання відбувається на цих планках. Таким чином, шов по всій довжині виходить однорідним, що має стабільні властивості і має точні задані характеристики.

Закріпивши деталі та розгінні планки у потрібному положенні, проводять прихватки металу по довжині шва. Переважно робити прихватки зі зворотного боку шва.

Якщо товщина деталей, що зварюються, велика і планується робити багатошарове зварювання в кілька проходів, прихватки допускається проводити з лицьового боку шва.

При багатошаровому зварюванні кожен попередній шар оглядають на наявність тріщин і непроварів. При їх виявленні метал шва зрізають, обробляють кромки, і повторюють процес.

Головна вимога при зварюванні полягає в тому, що міцність металу шва та навколошовної області не повинна поступатися міцністю металу деталей.

Низьковуглецеві

Маловуглецева сталь, що має у своєму складі, крім вуглецю ще й легуючі добавки зварюється, як правило, із застосуванням будь-якої зі зварювальних технологій.

Робота не потребує високої кваліфікації зварювальника. Такі матеріали відносяться до добре зварюваних сталей. Тому тут може з успіхом застосовуватись звичайне дугове зварювання.

Особливостями зварювання низьковуглецевих сталей є знижений вміст вуглецю в металі шва і збільшена кількість легуючих добавок, тому можливе деяке зміцнення металу шва по відношенню до металу деталей.

Ще однією проблемою, яку слід враховувати, є підвищена крихкість шва при виконанні багатошарового зварювання.

Для виконання сполук низьковуглецевих сталей застосовуються електроди з рутиловим та кальцієво-фтористорутиловим покриттям. Професійні зварювальні машини використовують електроди, в обмазку яких додають трохи порошку заліза. З електродів, що випускаються промисловістю, для зварювання підходять такі марки: УОНІ-13/85, ЦЛ-14, ЦЛ-18-63.

Стали з малою кількістю вуглецю легко зварювати. При цьому можна обійтися без використання флюсу, а газ витрачається в невеликому обсязі.

Для отримання якісного стику, що володіє міцністю, не меншою, ніж основний метал, застосовують кремнемарганцевий зварювальний дріт. Після роботи зі швом полум'я не гасять і не знімають його зі стику деталей, а плавно відхиляють, даючи шву охолонути.

Якщо прибрати полум'я відразу, то без флюсу матеріал шва, розігрітий, окислиться. Щоб надати шву кращі властивості міцності, метал шва, як правило, проковують і піддають термічній обробці.

Середньовуглецеві

Через велику кількість вуглецю з'єднання таких деталей ускладнюється. У результатах роботи це виявляється у тому, що метал деталі та зварного стику може бути різної міцності. Крім цього поблизу кромок шва можуть утворюватися тріщини та вогнища з яскраво вираженою крихкістю матеріалу.

Щоб уникнути зазначених недоліків застосовують електроди, у складі матеріалу яких міститься низька кількість вуглецю.

При підвищенні струму, необхідному для розігріву деталей, що з'єднуються, можливе проплавлення основного металу. Щоб виключити подібні випадки, проводиться обробка кромок деталей, що з'єднуються.

Ще одним заходом щодо підвищення якості з'єднання є попередній розігрів та постійний підігрів деталей у процесі. При зварюванні сталей напівавтоматом для підвищення якості шва краще здійснювати рух електродом не поперек, а вздовж стику деталей і використовувати коротку дугу. Для роботи застосовують електроди марок УОНІ-13/55, УОНІ-13/65, ОЗС-2, К-5а.

При використанні ацетилену для зварювання середньовуглецевих сталей добиваються такого полум'я пальника, при якому витрата газу становитиме 75-100 дм/год. Для виробів, що мають товщину 3 мм і більше, застосовується загальний підігрів до 250-300 °C або місцевий до 600-650 °C.

Після зварювання шов проковують і піддають термічній обробці. Для зварювання виробів з металу з кількістю вуглецю, близьким за вмістом до високовуглецевих сталей, використовують спеціальний флюс.

Високовуглецеві

Сталі з високим вмістом вуглецю дуже погано піддаються зварюванню. Для з'єднання деталей таких матеріалів застосовуються інші альтернативні способи.

Зварювання високовуглецевих сталей, стійких до корозії, здійснюється лише під час проведення ремонтних робіт.

У цьому випадку застосовується попереднє прогрівання області шва до 250-300 °C і подальша термообробка шва. Зовсім не допускається проводити зварювальні роботи з високовуглецевими сталями за температури повітря нижче 5 °C або за наявності на місці зварювальних робітпротягів.

При дотриманні всіх умов зварювання високовуглецевих сталей проводиться тими ж прийомами, що і середньовуглецевих.

Допускається газове зварювання ацетиленом. Потужність полум'я пальника має забезпечувати витрату газу в межах 75-90 дм³/год на 1 міліметр товщини шва.

Для запобігання окисленню використовуються флюси, склади яких аналогічні флюсів, що використовуються при зварюванні середньовуглецевих сталей. Після газового зварюванняздійснюється проковування шва з подальшою відпусткою.

Аустенітні

Аустенітними сталями називають матеріали, у складі яких є високотемпературна фаза заліза – аустеніт. Вони входять, наприклад, до групи хромонікелевих сталей, які можуть працювати в різних агресивних середовищах і за дуже великих значеннях температур.

Головною особливістю при зварюванні корозійностійкої сталі є необхідність забезпечення стійкості до міжкристалічної корозії в навколошовній зоні.

Проблема полягає в тому, що навіть при попередньому підігріванні сталі, по межах нагрівання з кристалічних ґрат випадають карбіди хрому. В результаті зменшення кількості цього елемента у складі матеріалу при повторному нагріванні на кордонах з'являються корозійні розтріскування.

На практиці може знадобитися створення конструкцій з використанням аустенітних сталей з легальними хромонікелевими добавками, які будуть працювати в умовах високих температур. Для зварювання таких конструкцій потрібно вибирати матеріали, в яких вміст вуглецю можливий низький.

Якщо необхідно, щоб відсотковий вміст вуглецю був вищим, і при цьому конструкції зі сталі виконували своє призначення в умовах агресивних середовищ і високих температур, потрібно вибирати добавку, що легує, близьку за властивостями до вуглецю.

Як така добавка може використовуватися титан, цирконій, тантал, ванадій, вольфрам. Ці елементи зв'язують вуглець, який виділяється зі сталі в процесі наступного нагрівання, і перешкоджають збідненню навколошовних ділянок у процесі зварювання.

Нержавіюча сталь

Найчастіше нержавіючі сталі, які у промисловості, отримують свої антикорозійні властивості у вигляді введення легуючих добавок – хрому і нікелю.

При зварюванні хромованих деталей необхідно враховувати, що за високої температури (понад 500 °C), можливе окислення стику деталей.

Щоб уникнути цього застосовують , або TIG-зварювання (ТІГ). Така технологія передбачає здійснення зварювальних операцій без доступу повітря безпосередньо до зони зварювання. Відповідно відсутність кисню, наявність якого у повітрі є обов'язковою, усуває передумови до окислення матеріалу.

Обмеження доступу повітря здійснюється шляхом введення в зону зварювання аргону, інертного газу, який, будучи важчим за повітря, витісняє його. Іноді такий спосіб називають зварюванням сталі аргоном. Насправді сталь або просто зварюється між собою дугою, або за допомогою матеріалу присадки.

Для аргонодугового зварювання потрібне спеціальне обладнання. Роботи ведуться плавними вольфрамовими електродами, вимоги до яких визначаються ГОСТ 10052-75.

Друга проблема полягає у наступному. Нержавіючі сталі мають високий коефіцієнт температурного розширення, і при зварюванні листової сталі, коли стик має велику довжину в порівнянні з лінійними розмірами деталі, в процесі остигання можливе викривлення зварювального шва.

Проблема вирішується шляхом виставлення зазорів між листами та застосуванням прихваток, що фіксують деталі у потрібному положенні.

Інструментальні

Інструментальна сталь належить до твердих, стійких до механічних впливів матеріалів. З неї виготовляють слюсарні, столярні інструменти, частини устаткування різних галузей промисловості.

Робочі органи інструментів – свердла, різці, призначення яких впливати на матеріали з метою їх обробки, очевидно повинні бути міцнішими і твердішими за оброблювані матеріали. Досягаються такі властивості шляхом включення до складу великої кількості вуглецю та легуючих добавок – нікелю, хрому, молібдену.

Зварювання інструментальної сталі застосовується під час ремонту обладнання, інструментів. У цьому випадку до зварювальних швів пред'являються високі вимоги: стики повинні бути однорідними з рештою матеріалу, а їх міцність не повинна відрізнятися, щоб уникнути концентрації напруги при роботі.

Щоб забезпечити дотримання таких вимог, необхідно застосовувати спеціальні електроди. Найчастіше це може бути УОНИ-13/НЖ/20Ж13.

При зварюванні спеціальних вуглецевих сталей, застосування яких вузькоспрямоване, використовуються електроди, розроблені для певних марок.

При правильному визначенні характеристик матеріалу, типу зварювання та режимів, при використанні електродів відповідних марок, зварювальні шви будуть володіти високою міцністю та корозійною стійкістю.

Залежно від хімічного складу сталь буває вуглецева та легована. Вуглецева сталь ділиться на низьковуглецеву (вміст вуглецю до 0,25%), середньовуглецеву (вміст вуглецю від 0,25 до 0,6%) і високовуглецеву (вміст вуглецю від 0,6 до 2,07о). Сталь, у складі якої крім вуглецю є легуючі компоненти (хром, нікель, вольфрам, ванадій тощо), називається легованою. Леговані сталі бувають: низьколеговані (сумарний вміст легуючих компонентів, крім вуглецю, менше 2,5%); середньолеговані (сумарний вміст легуючих компонентів, крім вуглецю від 2,5 до 10%), високолеговані (сумарний вміст легуючих компонентів, крім вуглецю, більше 10%).

По мікроструктурі розрізняють сталі перлітного, мартенситного, аустенітного, феритного та карбідного класів.

За способом виробництва сталь може бути:

а) звичайної якості (вміст вуглецю до 0,6%), кипляча, напівспокійна і спокійна. Киплячу сталь одержують при неповному розкисленні металу кремнієм, вона містить до 0,05% кремнію. Спокійна сталь має однорідну щільну будову і містить щонайменше 0,12% кремнію. Напівспокійна сталь займає проміжне положення між киплячою і спокійною сталями і містить 0,05-0,12% кремнію;

б) якісної - вуглецевої або легованої, в яких вміст сірки та фосфору не повинен перевищувати по 0,04% кожного елемента;

в) високоякісної - вуглецевої або легованої, в яких вміст сірки і фосфору не повинен перевищувати відповідно 0,030 і 0,035%.

За призначенням сталі бувають будівельні, машинобудівні (конструкційні), інструментальні та сталі з особливими фізичними властивостями.

Конструкції із середньовуглецевої сталі можуть бути добре зварені при неодмінному дотриманні правил, викладених у гол. 13, а також наступні додаткові вказівки. У стикових, кутових і таврових з'єднаннях слід при складанні елементів, що з'єднуються, зберігати між кромками зазори, передбачені ГОСТ, щоб зварювальна поперечна усадка відбувалася більш вільно і не викликала кристалізаційних тріщин. Крім того, починаючи з товщини сталі 5 мм і більше, в стикових з'єднаннях роблять обробку кромок, і ведуть зварювання в кілька шарів. Зварювальний струм знижують. Зварювання ведуть електродами діаметром не більше 4-5 мм постійним струмом зворотної полярності, що забезпечує менше оплавлення кромок основного металу і, отже, меншу його частку і менший вміст в металі шва. Для зварювання застосовують електроди Е42А, Е46А або Е50А. У сталевих стрижнях електродів міститься трохи вуглецю, тому при їх розплавленні та перемішуванні з невеликою кількістю середньовуглецевого основного металу у шві вуглецю буде не більше 0,1-0,15 %. При цьому метал шва легується Мп і Si за рахунок покриття, що розплавляється, і таким чином виявляється рівноміцним основному металу. Зварювання металу товщиною понад 15 мм ведуть «гіркою», «каскадом» або «блоками» для повільнішого охолодження. Застосовують попередній та супутній підігрів (періодичний підігрів перед зварюванням чергового «каскаду» або «блоку» до температури 120-250 °С). Конструкції, виготовлені зі сталі марок ВСт4пс, ВСт4сп і сталі 25 товщиною не більше 15 мм і не мають жорстких вузлів, зазвичай зварюють без підігріву. В інших випадках потрібні попередній та супутній підігрів і навіть подальша термічна обробка. Дугу запалюють лише у місці майбутнього шва. Не повинно бути незаварених кратерів та різких переходів від основного до наплавленого металу, підрізів та перетинів швів. Виводити кратери на основний метал забороняється. На останній шар багатошарового шва накладають валик, що відпалює.

Зварювання середньовуглецевої сталі марок ВСт5, 30, 35 і 40, що містить вуглецю 0,28-0,37% і 0,27-0,45%, більш утруднена, так як зі збільшенням вмісту вуглецю погіршується зварюваність сталі.

Застосовувану для арматури залізобетону середньовуглецеву сталь марок ВСт5пс і ВСт5сп зварюють ванним способом і звичайними протяжними швами при з'єднанні з накладками (16.1). Для зварювання кінці стрижнів, що з'єднуються, повинні бути підготовлені: для ванного зварювання в нижньому положенні - обрізані різаком або пилкою, а при вертикальному зварюванні - оброблені. Крім того, вони повинні бути зачищені в місцях з'єднання на довжину, що перевищує на 10-15 мм зварний шов або стик. Зварювання проводиться електродами Е42А, Е46А та Е50А для протяжних валикових швів. При температурі повітря до мінус 30 ° С необхідно збільшувати силу зварювального струму на 1 % за зниження температури від 0 ° С на кожні 3 ° С. Крім того, слід застосовувати попередній підігрів стрижнів, що з'єднуються, до 200-250 °С на довжину 90-150 мм від стику і знижувати швидкість охолодження після зварювання, обмотуючи стики азбестом, а у разі ванного зварювання не знімати формуючих елементів до охолодження стику до 100 °С та нижче.

При нижчій температурі навколишнього повітря (від -30 до -50 ° С) слід керуватися спеціально розробленою технологією зварювання, що передбачає попередній і супутній підігрів і подальшу термічну обробку стиків арматури або зварювання в спеціальних тепляках.

Зварювання інших конструкцій із середньовуглецевої сталі марок ВСт5, 30, 35 і 40 слід вести з дотриманням тих же додаткових вказівок. Стики рейкових шляхів зазвичай зварюють ванною зваркою з попереднім підігрівом і подальшим повільним охолодженням аналогічно стикам арматури. При зварюванні інших конструкцій із цих сталей слід застосовувати попередній та супутній підігрів, а також подальшу термічну обробку.

Зварювання високовуглецевих сталей марок ВСтб, 45, 50 і 60 і ливарних вуглецевих сталей із вмістом вуглецю до 0,7% ще скрутніше. Ці сталі застосовують головним чином у литих деталях та при виготовленні інструменту. Зварювання їх можливе лише з попереднім та супутнім підігрівом до температури 350-400 °С і подальшою термообробкою в нагрівальних печах. При зварюванні повинні дотримуватися правил, передбачених для середньовуглецевої сталі. Хороші результати досягаються при зварюванні вузькими валиками та невеликими ділянкамиз охолодженням кожного шару. Після закінчення зварювання обов'язкове термічна обробка.

До вуглецевих конструкційних сталей відносяться сталі, що містять 0,1 - 0,7% вуглецю, який є основним легуючим елементом у сталях цієї групи і визначає їх механічні властивості. Підвищення вмісту вуглецю ускладнює технологію зварювання та отримання якісних зварних з'єднань. У зварювальному виробництві в залежності від вмісту вуглецю вуглецеві конструкційні сталі умовно поділяють на три групи: низько-, середньо- та високовуглецеві. Технологія зварювання сталей цих груп різна.

Більшість зварних конструкцій в даний час виготовляють із низьковуглецевих сталей, що містять вуглецю до 0,25%. Низьковуглецеві сталі відносяться до металів, що добре зварюються, практично всіма видами і способами зварювання плавленням.

Технологію зварювання для цих сталей вибирають з умов дотримання комплексу вимог, що забезпечують, насамперед, рівноміцність зварного з'єднання з основним металом та відсутність дефектів у зварному з'єднанні. Зварне з'єднання має бути стійким проти переходу в крихкий стан, а деформація конструкції повинна бути в межах, що не відбиваються на її працездатності. Метал шва при зварюванні низьковуглецевої сталі незначно відрізняється за своїм складом від основного металу - знижується вміст вуглецю і підвищується вміст марганцю та кремнію. Однак забезпечення рівноміцності при дуговому зварюванні не викликає труднощів. Це досягається за рахунок збільшення швидкості охолодження та легування марганцем та кремнієм через зварювальні матеріали. Вплив швидкості охолодження значною мірою проявляється при зварюванні одношарових швів, а також останніх шарах багатошарового шва. Механічні властивості металу навколошовної зони зазнають деяких змін порівняно з властивостями основного металу - за всіх видів дугового зварювання це незначне зміцнення металу в зоні перегріву. При зварюванні старіючих (наприклад, киплячих та напівспокійних) низьковуглецевих сталей на ділянці рекристалізації навколошовної зони можливе зниження ударної в'язкості металу. Метал околошовной зони охрупчується інтенсивніше при багатошаровій зварюванні проти одношаровою. Зварні конструкції з низьковуглецевої сталі іноді піддають термічній обробці. Однак у конструкцій з кутовими одношаровими швами та багатошаровими, накладеними з перервою, всі види термічної обробки, крім гарту, призводять до зниження міцності та підвищення пластичності металу шва. Шви, виконані всіма видами та способами зварювання плавленням, мають цілком задовільну стійкість проти утворення кристалізаційних тріщин через низький вміст вуглецю. Однак при зварюванні сталі з верхньою межею вмісту вуглецю можуть з'явитися кристалізаційні тріщини, насамперед у кутових швах, першому шарі багатошарових стикових швів, односторонніх швах з повним проваром кромок і першому шарі стикового шва, звареного з обов'язковим зазором.

Велике поширення при виготовленні конструкцій з низьковуглецевих сталей набула ручне зварювання покритими електродами. Залежно від вимог до зварної конструкції та показників міцності зварюваної сталі вибирають тип електрода. В останні роки широке застосування отримали електроди типу Е46Т із рутиловим покриттям. Для особливо відповідальних конструкцій використовують електроди з фтористо-кальцієвим і фтористо-кальцієворутиловим покриттям типу Е42А, що забезпечують підвищену стійкість металу шва проти тріщин кристалізаційних і більш високі пластичні властивості. Застосовуються також високопродуктивні електроди із залізним порошком у покритті та електроди для зварювання з глибоким проплавленням. Рід та полярність струму вибирають залежно від особливостей електродного покриття.

Незважаючи на хорошу зварюваність низьковуглецевих сталей іноді для запобігання утворенню гартових структур у навколошовній зоні слід передбачати спеціальні технологічні заходи. Тому при зварюванні першого шару багатошарового шва і кутових швів на товстому металі рекомендується попередній підігрів його до 120-150°С, чим забезпечується стійкість металу проти появи тріщин кристалізаційних. Для зменшення швидкості охолодження перед виправленням дефектних ділянок необхідно виконувати місцевий підігрів до 150°С, що перешкоджатиме зниженню пластичних властивостей наплавленого металу.

Низьковуглецеві сталі газовим зварюванням зварюють без особливих труднощів нормальним полум'ям і, як правило, без флюсу. Потужність полум'я при лівому способі вибирають з розрахунку витрати 100-130 дм3/год ацетилену на 1 мм товщини металу, а при правому - 120-150 дм3/год. Висококваліфіковані зварювальники працюють з полум'ям великої потужності-150-200 дм 3/год ацетилену, використовуючи при цьому присадковий дріт більшого, ніж при звичайному зварюванні діаметра. Для отримання рівноміцного з основним металом з'єднання при зварюванні відповідальних конструкцій слід застосовувати кремне-марганцевистий зварювальний дріт. Кінець дроту має бути занурений у ванну розплавленого металу. У процесі зварювання не можна відхиляти зварювальне полум'я від ванни розплавленого металу, оскільки це може призвести до окислення металу шва киснем. Для ущільнення та підвищення пластичності наплавленого металу здійснюють проковування та подальшу термообробку.

Відмінність середньовуглецевих сталей від низьковуглецевих переважно полягає у різному змісті вуглецю. Середньовуглецеві сталі містять 0,26 - 0,45% вуглецю. Підвищений вміст вуглецю створює додаткові труднощі при зварюванні конструкцій із цих сталей. До них відноситься низька стійкість проти кристалізаційних тріщин, можливість утворення малопластичних гартувальних структур і тріщин у навколошовній зоні та труднощі забезпечення рівноміцного металу шва з основним металом. Підвищення стійкості металу шва проти кристалізаційних тріщин досягається зниженням кількості вуглецю в металі шва шляхом застосування електродних стрижнів і присадного дроту зі зниженим вмістом вуглецю, а також зменшення частки основного металу в металі шва, що досягається зварюванням з обробкою кромок на режимах, що забезпечують мінімальне та максимальне значення коефіцієнта форми шва. Цьому сприяють електроди з великим коефіцієнтом наплавлення. Для подолання труднощів, що виникають при зварюванні виробів із середньовуглецевих сталей, виконують попередній та супутній підігрів, модифікування металу шва та дводугове зварювання в роздільні ванни. Ручне зварювання середньовуглецевих сталей ведуть електродами з фтористо-кальцієвим покриттям марок УОНІ-13/55 та УОНІ-13/45, які забезпечують достатню міцність та високу стійкість металу шва проти утворення кристалізаційних тріщин. Якщо до зварного з'єднання висуваються вимоги високої пластичності, необхідно піддати його подальшій термообробці. При зварюванні слід уникати накладання широких валиків, зварювання виконують короткою дугою, невеликими валиками. Поперечні рухи електрода потрібно замінювати поздовжніми, кратери заварювати або виводити на технологічні пластини, тому що в них можуть утворюватися тріщини.

Газове зварювання середньовуглецевих сталей ведуть нормальним або злегка вуглецевим полум'ям потужністю 75-100 дм3/год ацетилену на 1 мм товщини металу тільки лівим способом, що зменшує перегрів металу. Для виробів товщиною понад 3 мм рекомендується загальний підігрів до 250-350°С або місцевий - до 600-650°С. Для сталей із вмістом вуглецю на верхній межі доцільно застосовувати спеціальні флюси. Для поліпшення властивостей металу використовують проковування та термічну обробку.

До високовуглецевих сталей відносять сталі з вмістом вуглецю в межах 0,46-0,75%. Ці сталі, зазвичай, не придатні виготовлення зварних конструкцій. Однак необхідність зварювання виникає під час ремонтних робіт. Зварювання проводиться з попереднім, а іноді з супутнім підігрівом та подальшою термообробкою. При температурі нижче 5°С та на протягах зварювання виконувати не можна. Інші технологічні прийоми такі ж, як і для зварювання середньовуглецевих сталей. Газове зварювання високовуглецевих сталей здійснюють нормальним або злегка вуглецевим полум'ям потужністю 75 - 90 дм3/год ацетилену на 1 мм товщини металу з підігрівом до 250-300 °С. Застосовують лівий спосіб зварювання, що дозволяє зменшити час перегріву та час перебування металу зварювальної ванни у розплавленому стані. Використовуються флюси того ж складу, що і для середньовуглецевих сталей. Після зварювання шов проковується з наступною нормалізацією чи відпусткою.

В останні роки знаходять застосування термозміцнені вуглецеві сталі. Сталі підвищеної міцності дозволяють зменшити товщину виробів. Режими та техніка зварювання термозміцнених сталей такі ж, як і для звичайної вуглецевої сталі того ж складу. Зварювальні матеріали вибирають з урахуванням забезпечення рівноміцності металу шва з основним металом. Головною скрутою при зварюванні є розміцнення ділянки навколошовної зони, що піддається нагріванню до 400 - 700 °С. Тому для термозміцненої сталі рекомендуються малопотужні режими зварювання, а також способи зварювання з мінімальним тепловідведенням в основний метал.

Застосовують також сталі з захисними покриттями. Найбільшого поширення набула оцинкована сталь під час виготовлення різних конструкційсанітарно-технічних трубопроводів. При зварюванні оцинкованої сталі у разі попадання цинку у зварювальну ванну створюються умови для появи пір та тріщин. Тому цинкове покриття необхідно видаляти з кромок, що зварюються. Враховуючи, що сліди цинку на кромках залишаються, слід вживати додаткових заходів щодо запобігання утворенню дефектів: у порівнянні зі зварюванням звичайної сталі зазор збільшують у 1,5 рази, а швидкість зварювання зменшують на 10 г-20 %, електрод уздовж шва переміщають з поздовжніми коливаннями . При ручному зварюванні оцинкованої сталі найкращі результати отримують при роботі електродами з рутиловим покриттям, що забезпечують мінімальний вміст кремнію в металі шва. Але можна використовувати й інші електроди. У зв'язку з тим, що пари цинку є надзвичайно токсичними, зварювання оцинкованої сталі можна проводити за наявності сильної місцевої вентиляції. Після закінчення зварювальних робіт необхідно нанести захисний шар на поверхню шва та відновити його на ділянці навколошовної зони.

Вуглецева сталь являє собою сплав заліза та вуглецю з незначним вмістом кремнію, марганцю, фосфору та сірки. Вуглецевої сталі, на відміну від нержавіючої, відсутні легуючі елементи (молібден, хром, марганець, нікель, вольфрам) Властивості вуглецевої сталі сильно змінюються в залежності від незначної зміни вмісту вуглецю. Зі зростанням вмісту вуглецю зростають твердість і міцність сталі, а ударна в'язкість та пластичність знижуються. При вмісті вуглецю понад 2,14% метал називається чавуном.

Класифікація вуглецевих сталей

низьковуглецеву (із вмістом вуглецю до 0,25%)
середньовуглецеву (із вмістом вуглецю 0,25 - 0,6%)
високовуглецеву (з вмістом вуглецю 0,6 - 2,0%)

За способом виробництва розрізняють сталь:

1. Звичайної якості (вуглецю до 0,6%) киплячу, напівспокійну, спокійну

Існує 3 групи сталей звичайної якості:

Група А. поставляється за механічними властивостями без регламентації складу сталей. Сталі ці зазвичай використовуються у виробах без подальшої обробки тиском та зварюванням. Чим більша кількість умовного номера, тим вища міцність і менша пластичність сталі.
Група Б. Поставляється із гарантією хімічного складу. Чим більша кількість умовного номера, тим вищий вміст вуглецю. Надалі можуть оброблятися куванням, штампуванням, температурним впливом без збереження початкової структури та механічних властивостей.
Група В. Можуть зварюватись. Поставляються з гарантією складу та властивостей. Ця група сталей має механічні властивості відповідно до номерів групи А, а хімічний склад – з номерами групи Б з корекцією за способом розкислення.

2. Високоякісну із вмістом сірки до 0,030 % та фосфору до 0,035 %. Сталь має підвищену чистоту та позначається буквою А після марки сталі

За призначенням сталі можуть бути:

будівельні
машинобудівні (конструкційні)
інструментальні
сталі з особливими фізичними властивостями

Такі стали добре зварюються. Щоб правильно вибрати електроди потрібного типу та марки, необхідно враховувати такі вимоги:

Рівноміцне зварювальне з'єднання з основним металом
Бездефектний зварний шов
Оптимальний хімічний склад шовного металу
Стійкість зварних з'єднань при вібраційних та ударних навантаженнях, підвищених та знижених температурах

Для зварювання низьковуглецевих сталей використовуються електроди марок ОММ-5, СМ – 5, ЦМ – 7, КПЗ-32Р, ОМА – 2, УОНІ – 13/45, СМ – 11

Зварювання вуглецевих сталей

Вуглець збільшує можливість загартування сталі. Сталь із вмістом вуглецю (0,25–0,55%) схильна до загартування та відпустки, що значно збільшує її твердість і зносостійкість. Ці якості стали використовуються у виробництві деталей механізмів, осьових валів, зубчастих коліс, корпусів, зірочок та інших деталей, що потребують підвищеної зносостійкості. Найчастіше зварювання стає єдиною технологією виготовлення та ремонту деталей машин, станин виробничого обладнання тощо.

Проблеми зварювання вуглецевих сталей та методи їх вирішення

Однак, зварювання вуглецевих сталей утруднене з наступної причини: вуглець, що міститься в таких сталях, сприяє утворенню при зварюванні гарячих кристалізаційних тріщин і малопластичних гартованих утворень і тріщин в навколошовних зонах. Метал самого шва відрізняється за властивостями від основного металу, а вуглець знижує стійкість швів до утворення тріщин, посилюючи негативний вплив сірки та фосфору.

Критичний вміст вуглецю у шві залежить від:

конструкції вузла
форми шва
утримання у шві різних елементів
попереднього підігріву ділянки шва

Відповідно, методи підвищення стійкості від утворення гарячих тріщин спрямовані на:

Обмеження елементів, що сприяють утворенню тріщин
Зниження розтягуючих напруг у шві
Формування оптимальної форми шва максимально однорідного хімічного складу

Крім того, підвищений вміст вуглецю сприяє формуванню малопластичних структур, які під дією різних напруг схильні до утворення холодних тріщин та руйнування. Для запобігання цьому використовуються способи, що виключають фактори, що сприяють виникненню таких умов.

Вимоги до технології зварювання вуглецевих сталей

При виконанні зварних з'єднань сталей з підвищеним вмістом вуглецю для стійкості швів до утворення тріщин слід дотримуватися таких умов:

Застосовувати зварювальні електроди та дріт з низьким вмістом вуглецю
Використовувати режими зварювання та технологічні заходи, що обмежують дрейф вуглецю з основного металу в зварювальний шов (обробку кромок, збільшений виліт, використання дроту присадки та ін.)
Вводити елементи, що сприяють утворенню у шві тугоплавких або округлих сульфідних утворень (марганцю, кальцію тощо)
Використовувати певний порядок накладання швів, знижувати жорсткість вузлів. Використовувати інші режими та методи, що забезпечують зниження напруги у зварювальному шві
Вибирати потрібні форми шва та знижувати його хімічну неоднорідність
Мінімізувати вміст дифузійного водню (застосовувати низьководневі електроди, сушіння захисних газів, очищення кромок та дроту, прожарювати електроди, дріт, флюси)
Забезпечувати повільне охолодження зварювального шва (використовувати багатошарове, дводугове або багатодугове зварювання, наплавлення валика, що відпалює, використовувати екзотермічні суміші та ін.)

Технологічні особливості зварювання вуглецевих сталей

Деякі особливості підготовки та зварювання деталей із вуглецевих сталей:

При зварюванні вуглецевої сталі основний метал очищається від іржі, бруду, шару окалини, олії та інших забруднень, які є джерелами водню та здатні утворювати пори та тріщини у шві. Очищаються кромки із прилеглими ділянками металу шириною до 10 мм. Таким чином забезпечується плавний перехід до основного металу конструкції та міцність шва при різних навантаженнях.

Складання деталей під зварювання. Обробка країв

При складанні деталей під зварювання обов'язково дотримується зазор, що залежить від товщини деталей. Ширина зазору на 1-2 мм більше, ніж при складанні елементів добре зварюваних сталей. Обробку кромок слід проводити при товщині металу від 4 мм, що сприяє зменшенню переходу вуглецю в шов. Оскільки висока схильність до загартування, від прихваток малого перерізу слід відмовитись або використовувати перед прихватками попередній локальний підігрів.

Зварювальний режим повинен забезпечувати найменшу проплавку основного металу та оптимальну швидкість охолодження. Правильність вибору режиму зварювання може бути підтверджена результатами вимірювання твердості металу шва. При оптимальному режимі вона повинна перевищувати 350 HV.
Відповідальні вузли зварюються у два і більше проходи. Зварний шов до основного металу повинен мати плавний підхід. Часті розриви дуги, виведення кратера на основний метал та його опіки не допускаються.
Відповідальні конструкції з вуглецевих сталей, а також вузлів із жорстким контуром та ін. зварюються з попереднім підігрівом. Підігрів здійснюється в температурному діапазоні 100-400 ° С, причому температура підігріву тим вище, чим більше вміст вуглецю і товщина деталей, що зварюються.
Охолодження зварних з'єднань після закінчення зварювання вуглецевої сталі має бути повільним. Зварний вузол для цього накривається спеціальним теплоізоляційним матеріалом, переміщається у спеціальний термостат або використовується після зварювального нагрівання.

Зварювальні матеріали для зварювання вуглецевих сталей

Для зварювання сталей із вмістом вуглецю до 0,4% можна використовувати зварювальні електроди, придатні для зварювання низьколегованих сталей із невеликими обмеженнями. Для ручного зварювання застосовують електроди з покриттям основного типу, які забезпечують мінімальний вміст водню у шовному наплаві. Використовуються електроди марок УОНІ-13/45, УОНІ-13/55 та ін.
Механізоване зварювання вуглецевої сталі в захисному газі передбачає використання дроту марок Св-08Г2С, Св-09Г2СЦ або аналогічних, а також газової суміші вуглекислоти та кисню (при вмісті останнього до 30%) або вуглекислого газу. Допускається використовувати окислювальні аргонові газові суміші (70-75% Ar+20-25% СО2+5% О2). Найбільш оптимальна товщина дроту 12 мм.
Якщо вуглецева сталь пройшла термічну обробку або легована, то електродний дріт Св-08Г2С не забезпечить необхідних механічних властивостей. У цих випадках для зварювання застосовуються дроти комплексно-леговані марок Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08Х3Г2СМ та ін.
Автоматичне зварювання вуглецевої сталі під флюсом проводиться дротом Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА при спільному використанні з флюсами АН-348А, ОСЦ-45. Рекомендується застосування флюсів АН-43 і АН-47, які мають хороші технологічні якості та стійкість до утворення тріщин.
Матеріали для зварювання (дріт, електроди) повинні відповідати вимогам стандартів та технічних умов. Не дозволяється використовувати електроди із значними дефектами покриття. Дріт повинен бути без бруду та іржі, флюси та електроди перед використанням прожарюються при температурах, які рекомендовані супровідною технічною документацією. Для зварювання слід використовувати лише зварювальний вуглекислий газ. Харчовий вуглекислий газ можна застосовувати лише після додаткової осушування.

Схожі статті

goodsvarka.ru

Зварювання низьковуглецевих сталей - Осварке.

Низьковуглецевими називають сталі з низьким вмістом вуглецю до 0,25%. Низьколегованими називають сталі із вмістом до 4% легуючих елементів без урахування вуглецю.

Хороша зварюваність низьковуглецевих та низьколегованих конструкційних сталей є головною причиною їхнього масового застосування для виробництва зварювальних конструкцій.

Хімічний склад та властивості сталей

У вуглецевих конструкційних сталях вуглець є основним легуючим елементом. Від кількості цього елемента залежать механічні властивості сталей. Низьковуглецеві сталі поділяють на сталі звичайної якості та якісні.

Стали звичайної якості

Залежно від ступеня розкислення сталі звичайної якості поділяють на:

киплячі – кп;
напівспокійні – пс;
спокійні – сп.

Киплячі сталі

Сталі цієї групи містять трохи більше 0,07% кремнію (Si). Отримують сталь шляхом неповного розкислення марганцем. Відмінною особливістю киплячої сталі є нерівномірний розподіл сірки та фосфору за товщиною прокату. Попадання ділянки зі скупченням сірки в зону зварювання може призвести до появи тріщин кристалізації в шві і зоні термічного впливу. Перебуваючи серед понижених температур така сталь може перейти в крихкий стан. Піддавшись зварюванню, такі сталі можуть старіти в навколошовній зоні.

Спокійні сталі

Спокійні сталі містять щонайменше 0,12% кремнію (Si). Отримують спокійні сталі при розкисленні марганцем, кремнієм, алюмінієм. Відрізняються більш рівномірним розподілом у них сірки та фосфору. Спокійні стали менше відгукуються на нагрівання, менше схильні до старіння.

Напівспокійні сталі

Напівспокійні сталі мають середні характеристики між спокійними та киплячими сталями.

Виробляють вуглецеві сталі звичайної якості трьох груп. Сталі групи А не використовують для зварювання, постачають за їх механічними властивостями. Літеру «А» на позначення стали не ставлять, наприклад «Ст2».

Сталі групи Б і В постачають за їх хімічними властивостями, хімічними та механічними відповідно. На початок позначення стали ставлять букву групи, наприклад, БСт2, ВСт3.

Напівспокійні сталі марок 3 і 5 можуть поставлятися з підвищеним вмістом марганцю. У таких сталях після позначення марки ставлять літеру Р (наприклад БСт3Гпс).

Для виготовлення відповідальних конструкцій слід використовувати звичайні сталі групи В. Виготовлення зварювальних конструкцій із низьковуглецевих сталей звичайної якості не вимагає застосування термічної обробки.

Якісні сталі

Низьковуглецеві якісні сталі поставляють з нормальним (марки 10, 15 і 20) і підвищеним (марки 15Г і 20Г) вмістом марганцю. Якісні сталі містять знижену кількість сірки. Для виготовлення зварювальних конструкцій із сталей цієї групи застосовують сталі у гарячекатаному стані, рідше сталі з термічною обробкою. Зварювання цих сталей для підвищення міцності конструкції може провадитися з подальшою термічною обробкою.

Низьколеговані сталі

Якщо вуглецеву сталь вводять спеціальні хімічні елементи, які в ній відсутня, то таку сталь називають легованою. Марганець і кремній вважають легуючими компонентами, якщо їх вміст перевищує 0,7% і 0,4% відповідно. Тому стали ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 15Г і 20Г вважають одночасно низьковуглецевими та низьколегованими конструкційними сталями.

Легуючі елементи здатні утворювати сполуки із залізом, вуглецем та іншими елементами. Це сприяє поліпшенню механічних властивостей сталей та знижує межу холодноламкості. Як наслідок з'являється можливість зменшити масу конструкції.

Легування металу марганцем впливає підвищення ударної в'язкості і стійкість до холодноломкости. Зварювальні з'єднання з марганцовистих сталей відрізняються вищою міцністю при знакозмінних ударних навантаженнях. Підвищити стійкість сталі від атмосферної та морської корозії можна легуванням міддю (0,3-0,4%). Більшість низьколегованих сталей для зварювальних конструкцій використовують у гарячекатаному стані. Механічні властивості легованих сталей можна покращити термічною обробкою, тому деякі марки сталей для зварних конструкцій використовують після термічної обробки.

Зварюваність низьковуглецевих та низьколегованих сталей

Низьковуглецеві і низьколеговані конструкційні сталі мають гарну зварюваність. Технологія їх зварювання повинна забезпечувати рівні механічні властивості шва та основного металу (не нижче за нижню межу властивостей основного металу). У ряді випадків, зумовлених умовами роботи конструкції, допускається зниження деяких механічних властивостей шва. У шві повинні бути відсутні тріщини, непровари, пори, підрізи та інші дефекти. Форма та геометричні розміри шва повинні відповідати необхідним. До зварного з'єднання можуть бути пред'явлені Додаткові вимоги, які пов'язані з умовами роботи конструкції Усі без винятку зварювальні шви мають бути довговічними та надійними, а технологія забезпечуватиме продуктивність та економічність процесу.

На механічні властивості зварної сполуки впливає його структура. Структура металу при зварюванні залежить від хімічного складу матеріалу, режимів зварювання та термічної обробки.

Підготовка та складання деталей під зварювання

Підготовку та збирання під зварювання здійснюють залежно від типу зварювального з'єднання, способу зварювання та товщини металу. Для витримування зазору між кромок і правильного положення деталей використовують спеціально створені складальні пристрої або універсальні пристрої (підходять для багатьох простих деталей). Складання можуть виконувати з використанням прихваток, розміри яких залежать від товщини металу, що зварюється. Прихватка може бути довжиною 20-120 мм, а відстань між ними 500-800 мм. Перетин прихватки дорівнює приблизно третині шва, але не більше 25-30 мм2. Прихватки можна виконувати ручним дуговим зварюванням або механізованим зварюванням у захисних газах. Перш ніж переходити до зварювання конструкції прихватки зачищають, оглядають і за наявності дефектів вирубують або видаляють іншими методами. Під час зварювання прихватки повністю переплавляють через можливе виникнення в них тріщин як результат швидкого тепловідведення. Перед електрошлаковим зварюванням деталі розміщують із зазором, який поступово збільшується до кінця шва. Фіксація деталей для збереження їхнього взаємоположення виконується за допомогою скоб. Скоби мають бути на відстані 500-1000 мм. Видаляти їх необхідно в міру накладання шва.

При автоматичних методах зварювання слід встановлювати західні та вихідні планки. При автоматичному зварюванні важко забезпечити якісний провар кореня шва та попередити пропали металу. Для цього застосовують знімні підкладки, що залишаються, флюсові подушки. Можна також зварювати корінь шва ручним дуговим зварюванням або напівавтоматичним у захисних газах, а решту шва виконувати автоматичними методами.

Зварювання ручними та механізованими методами виконується на вазі.

Кромки зварювальних деталей ретельно зачищають від шлаку, іржі, олії та інших забруднень для запобігання утворенню дефектів. Відповідальні конструкції зварюють з двох сторін. Спосіб заповнення оброблення кромок при зварюванні товстостінних конструкцій залежить від його товщини та термічної обробки металу перед зварюванням. Виявлені після зварювання непровари, тріщини, пори та інші дефекти видаляють механічним інструментом, повітряно-дуговою або плазмовою різкою, після чого заварюють назад. При зварюванні низьковуглецевих сталей властивості та хімічний склад зварного з'єднання багато в чому залежить від використовуваних матеріалів та режимів зварювання.

Ручне дугове зварювання низьковуглецевих сталей

Для отримання якісного з'єднання за допомогою ручного дугового зварювання необхідно правильно вибрати зварювальні електроди, виставити режими та застосувати правильну техніку зварювання. Недоліком ручного зварювання є велика залежність від досвіду та кваліфікації зварювальника, незважаючи на хорошу зварюваність сталей, що розглядаються.

Зварювальні електроди слід вибирати виходячи з типу сталі, що зварюється, і призначення конструкції. Для цього можна скористатися каталогом електродів, де зберігаються паспортні дані багатьох марок електродів.

При виборі електрода слід звернути увагу на рекомендовані умови щодо роду та полярності струму, просторового положення, силі струму і т. д. У паспорті на електроди може вказуватися типовий склад металу наплавленого і механічні властивості з'єднання виконаних цими електродами.

Найчастіше зварювання низкоуглеродистых сталей проводитися без заходів спрямованих попередження освіти гартувальних структур. Але все ж таки при зварюванні товстостінних кутових швів і першого шару багатошарового шва для запобігання утворенню тріщин використовують попередній підігрів деталей до температури 150-200° C.

При зварюванні нетермозміцнених сталей гарний ефект досягається використанням методів зварювання каскадом і гіркою, що не дає металу шва швидко остигати. Цей ефект дає попередній підігрів до 150-200° C.

Для зварювання термозміцнених сталей рекомендується виконувати довгі шви по попередніх охолоджених швах, щоб уникнути розміцнення навколошовної зони. Також слід вибирати режими з малою погонною енергією. Виправлення дефектів при багатошаровому зварюванні слід робити швами великого перерізу, довжиною не менше 100 мм або попередньо підігрівати сталь до 150-200 °C.

Дугове зварювання в захисних газах низьковуглецевих сталей

Зварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей здійснюється із застосуванням вуглекислого газу або його сумішей як захисний газ. Можна використовувати суміші вуглекислий газ + аргон або кисень до 30%. Для відповідальних конструкцій зварювання можна виконувати за допомогою аргону або гелію.

У деяких випадках застосовують зварювання вугільним та графітовим електродом, для зварювання бортових з'єднань завтовшки 0,2-2,0 мм (наприклад, корпуси конденсаторів, каністри тощо). Так як зварювання виконується без використання прутка, вміст марганцю і кремнію в шві невелико, в результаті втрачається міцність з'єднання на 30-50% нижче від основного металу.

Зварювання у вуглекислому газі виконується з використанням зварювального дроту. Для автоматичного та напівавтоматичного зварювання в різних просторових положеннях застосовують дріт діаметром до 1,2 мм. Для нижнього положення використовують дріт 12-30 мм.

Як видно з таблиці для зварювання всіх сталей, можна використовувати дріт Св-08Г2С.

Зварювання низьковуглецевих сталей під флюсом

Якісне зварне з'єднання з рівною міцністю шва та основного металу досягається шляхом правильного підбору флюсів, дроту, режимів та техніки зварювання. Автоматичне зварювання під флюсом низьковуглецевих сталей рекомендують виконувати дротом діаметра від 3 до 5 мм, напівавтоматичне зварювання під флюсом діаметром 1,2-2 мм. Для зварювання низьковуглецевих сталей застосовують флюси АН-348-А та ОСЦ-45. Низьковуглецевий зварювальний дріт марок Св-08 і Св-08А, а для відповідальних конструкцій можна застосувати дріт Св-08ГА. Такий комплект зварювальних матеріалів дозволяє отримати шви з рівними або перевищують механічні властивості основного металу.

Для зварювання низьколегованих сталей рекомендується застосовувати зварювальний дріт Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2 та інші із вмістом марганцю. Флюси, що і для низьковуглецевих сталей. Такі матеріали дозволяють отримати необхідні механічні властивості та стійкість металу від утворення пор та тріщин. При зварюванні без скосу кромок збільшення частки основного металу в металі шва може підвищити вміст вуглецю. Це підвищує властивості міцності, але зменшує пластичні властивості сполуки.

Режими зварювання низьковуглецевих та низьколегованих сталей відрізняються незначно і залежать від техніки зварювання, типу з'єднання та шва. При зварюванні кутових одношарових швів, кутових та стикових швів товстої сталі марки ВСт3 на режимах з малою погонною енергією в навколошовній зоні можуть утворюватися загартовані структури та знизитися пластичність. Для запобігання цьому слід збільшити переріз шва або застосувати дводугове зварювання.

Для запобігання руйнуванню шва в зоні термічного впливу при зварюванні низьколегованих сталей слід використовувати режими з малою погонною енергією, а для зварювання не термозміцнених сталей - режими з підвищеною погонною енергією. У другому випадку для забезпечення пластичних властивостей шва та прилеглої зони не гірше за основний метал необхідно застосовувати дводугове зварювання або попередній підігрів до 150-200° C.

osvarke.net

Зварювання вуглецевих сталей: високо-, низько-, середньо-, легованих, нержавіючих, електроди, технологія, під флюсом

Головна » Про зварювання » Як правильно варити » Зварювання вуглецевих сталей

Вуглецева сталь - сплав заліза та вуглецю з незначним вмістом корисних домішок: кремній та марганець, шкідливих домішок: фосфор та сірка. Концентрація вуглецю у сталях цього типу становить 0,1-2,07%. Вуглець виступає як основний легуючий елемент. Саме він визначає зварювально-механічні властивості цього класу сплавів.

Залежно від величини вмісту вуглецю виділяють такі групи вуглецевих сталей:

менше 0,25% - низьковуглецеві;
0,25-0,6% - середньовуглецеві;
0,6-2,07% - високовуглецеві.

Зварювання низьковуглецевих сталей

Через малий концентрат вуглецю даний вид має такі властивості:

висока пружність та пластичність;
значна ударна в'язкість;
добре піддається обробці за допомогою зварювання.

Низьковуглецеві сталі широко застосовуються в будівництві та при виробництві деталей методом холодного штампування.

Технологія зварювання низьковуглецевих сталей

Низьковуглецеві сталі піддаються зварюванню найкраще. Їх з'єднання може проводитися методом ручного зварювання дугового електродами з обмазкою. Використовуючи цей спосіб важливо правильно підібрати марку електродів, що забезпечить рівномірну структуру наплавленого металу. Зварювання має здійснюватися швидко та точно. Перед початком робіт потрібно підготувати деталі, що з'єднуються.

Газове зварювання здійснюється без застосування додаткових флюсів. Як присадковий матеріал використовуються металеві дроти з невеликим вмістом вуглецю. Це допоможе запобігти освіті часу.

Для обробки відповідальних конструкцій застосовується газове зварювання серед аргону.

Після зварювання готову конструкціюнеобхідно піддати термічній обробці шляхом операції нормалізації: виріб слід нагріти до температури приблизно 400°С; витримати та охолодити на повітрі. Ця процедура сприяє тому, що структура сталі стає рівномірною.

Особливості зварювання низьковуглецевих сталей

Хороша зварюваність таких сталей забезпечує рівноміцність зварного шва з основним металом, а також відсутність дефектів.

Метал шва має знижений вміст вуглецю, частка кремнію і марганцю збільшена.

При ручному дуговому зварюванні навколошовна область піддається перегріву, що сприяє його незначному зміцненню.

Шов, наплавлений методом багатошарового зварювання, відрізняється підвищеним рівнем крихкості.

З'єднання мають високу стійкість проти МКК через низьку концентрацію вуглецю.

Види зварювання низьковуглецевих сталей

1. Першим методом для з'єднання низьковуглецевих сталей є ручне дугове зварювання електродами з покриттям. Для вибору оптимального виду та марки розхідників необхідно враховувати такі вимоги:

зварний шов без дефектів: пор, підрізів, непроварених ділянок;
рівноміцне з'єднання з основним виробом;
оптимальний хімічний склад металу шва;
стійкість швів при ударних та вібраційних навантаженнях, а також підвищених та знижених температурах.

Найменший показник напруги та деформації виконавець отримує при виконанні зварювання у нижньому просторовому положенні.

Для зварювання рядових конструкцій використовуються такі марки електродів:

Зварювальні електроди АНО-6

АНО-3.
АНО-4.
АНО-5.
АНО-6.
ОЗС-3.
ОММ-5.
ЦМ-7.

Для зварювання відповідальних конструкцій застосовуються такі марки зварювальних матеріалів:

2. Газове зварювання здійснюється в захисному середовищі з аргону, без використання флюсу, із застосуванням металевого дроту як присадковий матеріал.

3. Електрошлакове зварювання здійснюється за допомогою флюсів. Дротові та пластинчасті електроди підбираються з урахуванням складу основного сплаву.

4. Автоматичне та напівавтоматичне зварювання здійснюється із захисного середовища; застосовується чистий аргон чи гелій, часто використовується вуглекислий газ. CO2 повинен мати високу якість. Якщо з'єднання кисню і вуглецю буде перенасичене воднем чи азотом, це призведе до порообразованию.

5. Автоматичне зварювання під флюсом виконується електродним дротом діаметром 3-5 мм; напівавтоматична – 1,2-2 мм. Зварювання виконується постійним струмом зворотної полярності. Режим зварювання варіюється у значних величинах.

6. Найбільш оптимальним способом є зварювання порошковими дротиками. Сила струму знаходиться в діапазоні від 200 до 600 А. Зварювання рекомендується проводити в нижньому положенні.
7. Для зварювання у захисних газах використовується вуглекислий газ, а також суміші інертного газу з киснем або CO2.

З'єднання виробів завтовшки менше 2 мм. здійснюється у атмосфері інертних газів вольфрамовим електродом.

Щоб підвищити стабільність дуги, покращити формування шва та знизити чутливість наплавленого металу до пористості слід застосовувати суміші газів.

Зварювання в атмосфері вуглекислого газу призначене для робіт зі сплавами завтовшки понад 0,8 мм. та менше 2,0 мм. У першому випадку використовується плавиться електрод, у другому - графітовий або вугільний. Постійний вид струму, полярність зворотна. Слід зазначити, що цей спосіб відрізняється підвищеним рівнем розбризкування.

Зварювання середньовуглецевих сталей

Середньовуглецеві сталі використовуються у тих випадках, коли необхідні високі механічні властивості. Дані сплави можуть бути кованими.

Також вони використовуються для деталей, вироблених методом холодної пластичної деформації; характеризуються як спокійні, що дозволяє використовувати їх у машинобудуванні.

Технологія зварювання середньовуглецевих сталей

Зварювання цих сплавів виконується не так добре, як з'єднання низьковуглецевих сталей. Зумовлено це кількома труднощами:

відсутність рівноміцності основного та наплавленого металів;
високий рівеньризику утворення великих тріщин та непластичних структур у навколошовній зоні;
Мінімальний показник стійкості до формування кристалізаційних дефектів.

Однак ці проблеми досить легко вирішуються за допомогою виконання наступних рекомендацій:

застосування електродів та дроту з невеликим вмістом вуглецю;
зварювальні стрижні повинні мати підвищений коефіцієнт наплавлення;
для забезпечення найменшого ступеня проплавлення основного металу слід проводити обробку кромок, встановлювати оптимальний режим зварювання, використовувати дріт;
попередній та супутній підігрів заготовок.

Технологія зварювання вуглецевої сталі при виконанні перерахованих вище рекомендацій не виявляє появу проблем і труднощів.

Особливості зварювання середньовуглецевих сталей

Перед зварюванням виріб необхідно очистити від бруду, іржі, олії, окалини та інших забруднень, які є джерелом водню і можуть сприяти утворенню пор та тріщин у шві. Очищення піддаються кромки та прилеглі до них ділянки шириною не більше 10 мм. Це гарантує міцність з'єднання при різноманітних навантаженнях.

Складання деталей під зварювання має на увазі дотримання зазору, ширина якого залежить від товщини виробу і повинна бути на 1-2 мм. більше, ніж при роботі з матеріалами, що добре зварюються.

Якщо товщина виробу із середньовуглецевої сталі перевищує 4 мм., потрібно виконати обробку кромок.

Для найменшої проплавки основного металу та оптимального рівня охолодження слід правильно підбирати режим зварювання. Правильність вибору можна підтвердити, здійснивши вимірювання твердості наплавленого металу. При оптимальному режимі, вона не повинна перевищувати 350 HV.

Відповідальні вузли з'єднуються у два і більше проходи. Не допускаються часті розриви дуги, опік (припік) основного металу та виведення на нього кратера.

Зварювання відповідальних конструкцій здійснюється із попереднім підігрівом від 100 до 400°С. Чим більший вміст вуглецю і товщина деталей, тим вищою має бути температура.

Охолодження має бути повільним, виріб поміщається у термостат або накривається теплоізоляційним матеріалом.

Види зварювання середньовуглецевих сталей

Зварювання середньовуглецевих сталей може проводитись декількома способами, які ми розглянемо далі.

1. Ручне дугове зварювання виконується електродами з основним типом покриття, що забезпечують мінімальний вміст водню в наплавленому металі. Найчастіше виконавці використовують такі електроди для зварювання вуглецевих сталей:

АНО-7.
АНО-8.
АНО-9.
ОЗС-2.
УОНІ-13/45.
УОНІ-13/55.
УОНІ-13/65.

Особливе покриття зварювальних матеріалів УОН гарантує збільшення стійкості з'єднання до утворення тріщин, а також забезпечує міцність шва.

Слід враховувати такі нюанси:

замість поперечних переміщень потрібно виконувати поздовжні;
необхідно проводити заварку кратерів, інакше збільшується рівень ризику формування тріщин;
рекомендується здійснювати термообробку шва.

2. Газове зварювання вуглецевих сталей тонколистового формату виконується лівим способом за допомогою дроту, також використовується нормальне зварювальне полум'я. Середня витрата ацетилену становить 120-150 л/год. на 1 мм. товщини сплаву, що зварюється. З метою зменшення ризику утворення кристалізаційних тріщин слід застосовувати зварювальні матеріали з вмістом вуглецю не більше 0,2-0,3 %.

Товстостінні вироби слід з'єднувати правим способом газового зварювання, що характеризується вищою продуктивністю. Розрахунок ацетилену також дорівнює 120-150 л/год. Щоб уникнути перегріву робочої зони, витрату потрібно зменшувати.

Зварювання вуглецевих сталей газовим зварюванням також включає такі особливості:

зменшення окислення у зварювальній ванні досягається полум'ям з невеликим надлишком ацетилену;
позитивний вплив на процес має застосування флюсів;
для уникнення крихкості в навколошовній зоні застосовують уповільнення охолодження за допомогою попереднього нагріву до 200-250°З наступну відпустку при температурі 600-650°С.

Після зварювання можна провести термічну обробку або проковування виробу. Ці операції значно покращують характеристики.

Технологія газового зварювання вуглецевих сталей розроблена з метою отримання з'єднань, що мають необхідні механічні властивості. Тому для виконавця важливо зважати на дані специфічні риси.

3. Технологія зварювання під флюсом вуглецевих сталей передбачає застосування зварювального дроту та плавлених флюсів: АН-348-А та ОСЦ-45. Зварювання складає малих величинах струму. Це дозволяє наситити наплавлений метал необхідним рівнем кремнію і марганцю. Дані елементи інтенсивно переходять із флюсу в метал шва.

Переваги даного методу: висока продуктивність; метал, що наплавляється, надійно захищений від взаємодії з повітрям, що забезпечує висока якістьз'єднання; економічність процесу досягається за рахунок малого розбризкування і завдяки скороченню втрат металу на чад; стабільність горіння дуги гарантує отримання дрібночешуйчастої поверхні шва.

4. Виконавці часто використовують метод аргонодугового зварювання електродом, що не плавиться. Основна труднощі при зварюванні середньовуглецевих сталей даним способом - складно уникнути утворення пор через невелике розкислення основного металу. Для вирішення цієї проблеми потрібно зменшити частку основного металу в наплавленому. Для цього потрібно правильно підібрати режими зварювання аргоном вуглецевої сталі. Зварювання здійснюється постійним струмом прямої полярності.

Величина напруги встановлюється залежно від товщини конструкції при однопрохідному зварюванні та виходячи з висоти валика, яка становить 2,0-2,5 мм - при багатопрохідній. Орієнтовні показники струму можна визначити так: 30-35 А на 1 мм. вольфрамового дроту.

Зварювання високовуглецевих сталей

Демонстраційне зварювання стали від ресор електродом Zeller 655

Потреба у високовуглецевих сталях виникає при проведенні ремонтних робіт, при виробництві пружин, ріжучих, бурильних, деревообробних та інших інструментів, високоміцного дроту, а також у тих виробах, які повинні мати високу зносостійкість і міцність.

Технологія зварювання високовуглецевих сталей

Зварювання можливе, як правило, з попереднім та супутнім підігрівом до 150-400°С, а також подальшою термообробкою. Зумовлено це схильністю даного типу сплавів до крихкості, чутливістю до гарячих та холодних тріщин, хімічної неоднорідності шва.

До відома! Винятки можливі, якщо використовувати спеціалізовані електроди для сталей різнорідних. Див. фото та підпис до нього нижче.

Після підігріву необхідно відпалити, який потрібно проводити доти, поки виріб не охолоне до температури 20°С.
Важливою умовою є неприпустимість здійснення зварювання на протягах і за температури навколишнього середовища нижче 5°С.
Для підвищення міцності з'єднання необхідно створювати плавні переходи від одного до іншого металу, що зварюється.
Хороші результати досягаються при зварюванні вузькими валиками з охолодженням кожного наплавленого шару.
Виконавцю слід також дотримуватись правил, передбачених для з'єднання середньовуглецевих сплавів.

Даний демонстраційний зразок (зварені воєдино ресора, напилки, підшипник та харчова нержавіюча сталь). Якщо не звертати уваги на якість швів, варили не професійні зварювальники, фото підтверджує, що цілком можливе зварювання сталей, що «незварюються».

Особливості зварювання високовуглецевих сталей

Робочу поверхню необхідно очистити від забруднень різного роду: іржа, окалина, механічні нерівності та бруд. Присутність забруднень може призвести до утворення пір.

Охолоджувати конструкції з високовуглецевих сталей необхідно повільно, на повітрі, для нормалізації структури.

Попередній підігрів відповідальних виробів до 400 ° С дозволяє досягти необхідного показника міцності.

Види зварювання високовуглецевих сталей

1. Оптимальним варіантомпроведення зварювального процесу є ручне дугове зварювання за допомогою покритих електродів. Робота з високовуглецевими сталями має велику кількість специфічних характеристик. Тому зварювання високовуглецевої сталі проводиться спеціально розробленими електродами, наприклад НР-70. Зварювання здійснюється постійним струмом зворотної полярності.

2. Зварювання під флюсом також використовується для з'єднання сплавів цього типу. Помірно покрити флюсом робочу зону в ручному режимі досить складно. Тому, як правило, використовується автоматична технологія. Розплавлений флюс утворює щільну оболонку та запобігає впливу шкідливих атмосферних факторів на зварювальну ванну. Для зварювання під флюсом використовуються трансформатори, що видають змінний струм. Дані апарати дозволяють створювати стійку дугу. Головна перевага даного методу – невеликі втрати металу внаслідок малого розбризкування.

Не рекомендується застосовувати метод газового зварювання. Процес характеризується вигорянням великої кількості вуглецю, внаслідок чого утворюються гартувальні структури, які негативно впливають на якість шва.

Однак, якщо зварюванню піддаються рядові конструкції, застосування цього способу можливе. З'єднання здійснюється на нормальному або незначному полум'ї, потужність якого не перевищує 90 м3 ацетилену на годину. Виріб необхідно підігріти до 300°С. Зварювання здійснюється лівим способом, що дає змогу зменшити час знаходження металу в розплавленому стані та тривалість його перегріву.

Зварювання нержавіючої сталі та вуглецевої сталі

Зварювання корозійностійких та вуглецевих сталей є яскравим прикладом з'єднання різнорідних матеріалів.

Попередній і супутній нагрівання виробів до температури приблизно 600°С дозволять отримати шов з одноріднішою структурою. Після робіт потрібно провести термічну обробку, це допоможе уникнути утворення тріщин. Для зварювання нержавіючої сталі та низьковуглецевих сталей на практиці застосовуються два методи, які мають на увазі використання зварювальних стрижнів:

електроди з високолегованої сталі або електроди на основі нікелю заповнюють зварювальний шов;
кромки виробу з низьколегеневої сталі наплавляється легованими електродами, потім плакований шар, кромки з нержавіючої сталі зварюються спеціальними електродами для нержавіючої сталі.

Зварювання нержавіючих та вуглецевих сталей також можна проводити аргонодуговим методом. Однак така технологія використовується вкрай рідко і тільки для роботи з особливо відповідальними конструкціями.

Також виконавець може провести з'єднання методом напівавтоматичного зварювання за допомогою металевого електрода в захисному середовищі інертних газів.

Зварювання вуглецевих та легованих сталей

Зварювання та наплавлення вуглецевих та низьколегованих сталей виконується за допомогою електродів типів Е42 та Е46.

Зварювання вуглецевих сталей легованих сталей електродуговим методом виконується електродними матеріалами, які забезпечують необхідні механічні характеристики та теплостійкість металу шва:

Електроди ЦЛ-39

Основна проблема - загартування навколошовної зони для запобігання утворенню холодних тріщин. Для вирішення цього завдання необхідно:

для уповільнення охолодження потрібно підігріти вироби до температури 100-300°С;
замість одношарового зварювання використовувати багатошарову, при цьому зварювання виконується невеликого перерізу по попередньому шарі, що не остигнув;
електроди та флюси прожарювати;
з'єднання проводиться постійним струмом зворотної полярності;
для підвищення пластичності слід проводити відпуск виробів до 300 ° С відразу після зварювання.

weldelec.com

§ 75. Зварювання низьколегованих сталей

Леговані сталі поділяються на низьколеговані (легуючих елементів у сумі менше 2,5%), середньолеговані (від 2,5 до 10%) та високолеговані (понад 10%). Низьколеговані сталі ділять на низьколеговані низьковуглецеві, низьколеговані теплостійкі та низьколеговані середовище невуглецеві.

Механічні властивості та хімічний склад деяких марок низьколегованих сталей наведено у табл. 33.

33. Механічні властивості низьколегованих низьковуглецевих сталей за даного хімічного складу

Вміст вуглецю в низьколегованих низьковуглецевих конструкційних сталях не перевищує 0,22%. Залежно від легування стали поділяють на марганцевісти (14Г, 14Г2), кремнемарганцеві (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС, 17ГС та ін), хромокремнемар-ганцовисті (14ХГС та ін), марганцовоазотнова8Г2А,2, марганцовоазотнова8Г2А. ), марганцевоніобієва (10Г2Б), хромокремненікельмедисті (10ХСНД, 15ХСНД) і т.д.

Низьколеговані низьковуглецеві сталі застосовують у транспортному машинобудуванні, суднобудуванні, гідротехнічному будівництві, у виробництві труб та ін Низьколеговані сталі поставляють за ГОСТ 19281 - 73 та 19282 - 73 та спеціальним технічним умовам.

Низьколеговані теплостійкі сталі повинні мати підвищену міцність при високих температурах експлуатації. Найбільш широко теплостійкі сталі застосовують при виготовленні парових енергетичних установок. Для підвищення жароміцності до їх складу вводять молібден (М), вольфрам (В) та ванадій (Ф), а для забезпечення жаростійкості - хром (X), що утворює щільну захисну плівку на поверхні металу.

Низьколеговані середньовуглецеві (більше 0,22% вуглецю) конструкційні сталі застосовують у машинобудуванні зазвичай у термообробленому стані. Технологія зварювання низьколегованих середньовуглецевих сталей подібна до технології зварювання середньолегованих сталей.

Особливості зварювання низьколегованих сталей. Низьколеговані стали зварювати важче, ніж низьковуглецеві конструкційні. Низьколегована сталь чутливіша до теплових впливів при зварюванні. Залежно від марки низьколегованої сталі при зварюванні можуть утворитися загартовані структури або перегрів у зоні термічного впливу зварного з'єднання.

Структура навколошовного металу залежить від його хімічного складу, швидкості охолодження та тривалості перебування металу за відповідних температур, при яких відбувається зміна мікроструктури та розміру зерен. Якщо в доевтектоїдної сталі отримати нагріванням аустеніт (рис. 100), а потім охолоджувати сталь з різною швидкістю, то критичні точки сталі знижуються.

Мал. 100. Діаграма ізотермічного (при постійній температурі) розпаду аустеніту низьковуглецевої сталі: А - початок розпаду, Б - кінець розпаду, A1 - критична точка сталі, Мн і Мк - початок і кінець перетворення аустеніту на мартенсит; 1, 2, 3 та 4 - швидкості охолодження з утворенням різних структур

При малій швидкості охолодження отримують структуру перліт (механічна суміш фериту та цементиту). При великій швидкості охолодження аустеніт розпадається на складові структури за відносно низьких температур і утворюються структури - сорбіт, троостит, бейніт і при дуже високій швидкості охолодження - мартенсит. Найбільш крихкою структурою є мартенситна, тому не слід при охолодженні допускати перетворення аустеніту на мартенсит при зварюванні низьколегованих сталей.

Швидкість охолодження сталі, особливо великої товщини, при зварюванні завжди значно перевищує звичайну швидкість охолодження металу на повітрі, внаслідок чого при зварюванні легованих сталей можливе утворення мартенситу.

Для попередження утворення при зварюванні гартової мартенситної структури необхідно застосовувати заходи, що уповільнюють охолодження зони термічного впливу - підігрів виробу та застосування багатошарового зварювання.

У деяких випадках залежно від умов експлуатації виробів допускають перегрів, тобто укрупнення зерен у металі зони термічного впливу зварних з'єднань, виконаних із низьколегованих сталей.

При високих температурах експлуатації виробів для підвищення опору повзучості (деформування виробу при високих температурах з часом) необхідно мати крупнозернисту структуру і в зварному з'єднанні. Але метал з дуже великим зерном має знижену пластичність і тому розмір зерен допускається до певної межі.

При експлуатації виробів в умовах низьких температур повзучість виключається та необхідна дрібнозерниста структура металу, що забезпечує збільшену міцність та пластичність.

Покриті електроди та інші зварювальні матеріали при зварюванні, низьколегованих сталей підбираються такими, щоб вміст вуглецю, сірки, фосфору та інших шкідливих елементів у них був нижчим порівняно з матеріалами для зварювання низьковуглецевих конструкційних сталей. Цим вдається збільшити стійкість металу шва проти кристалізаційних тріщин, так як низьколеговані сталі значною мірою схильні до їх утворення.

Технологія зварювання низьколегованої сталі. Низьколеговані низьковуглецеві сталі 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 та 10Г2Б при зварюванні не гартуються і не схильні до перегріву. Зварювання цих сталей виробляють за будь-якого теплового режиму, аналогічно режиму зварювання низьковуглецевої сталі.

Для забезпечення рівноміцності з'єднання ручне зварювання виконують електродами типу Е50А. Твердість та міцність навколошовної зони практично не відрізняються від основного металу.

Зварювальні матеріали при зварюванні порошковим дротом і в захисному газі підбирають такими, щоб забезпечити властивості міцності металу шва на рівні міцності, що досягається електродами типу Е50А.

Низьколеговані низьковуглецеві сталі 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при зварюванні можуть утворювати загартовані мікроструктури та перегрів металу шва та зони термічного впливу. Кількість структур, що гартуються, різко зменшується, якщо зварювання виконується з відносно великою погонною енергією, необхідною для зменшення швидкості охолодження зварного з'єднання. Однак зниження швидкості охолодження металу при зварюванні призводить до укрупнення зерен (перегріву) металу шва та навколошовного металу внаслідок підвищеного вмісту вуглецю в цих сталях. Це особливо стосується сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ та 15Г2АФ менш схильні до перегріву в навколошовній зоні, так як вони леговані ванадієм та азотом. Тому зварювання більшості зазначених сталей обмежується вужчими межами теплових режимів, ніж зварювання низьковуглецевої сталі.

Режим зварювання необхідно підбирати так, щоб не було великої кількості загартованих мікроструктур та сильного перегріву металу. Тоді можна проводити зварювання сталі будь-якої товщини без обмежень при температурі навколишнього середовища не нижче - 10°С. При нижчій температурі необхідний попередній підігрів до 120 - 150 ° С. При температурі нижче - 25 ° С зварювання виробів із сталей, що гартуються, забороняється. Для попередження великого перегріву зварювання сталей 15ХСНД і 14ХГС слід проводити на зниженій тепловій погонній енергії (при знижених значеннях струму електродами меншого діаметру) порівняно зі зварюванням низьковуглецевої сталі.

Для забезпечення рівноміцності основного металу та зварного з'єднання при зварюванні цих сталей треба застосовувати електроди типу Е50А або Е55.

Технологія зварювання низьколегованих середньовуглецевих сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ та інших подібна до технології зварювання середовищ не легованих сталей.

Найбільш споживаний у світі метал - сталь, фактично сталь - це не метал, а сплав заліза з вуглецем. На даний момент загальна кількість виробленої сталі у світі перевищує півтора мільярда тонн на рік. Сталі поділяються на вуглецеві та леговані, леговані відрізняються тим, що в процесі виробництва до сталі додають різні елементи (наприклад нікель, для збільшення опору корозії, марганець для збільшення характеристик міцностіі так далі), що надають їй особливих властивостей. Вуглецеві сталі використовуються найчастіше для зварювання, існують низьковуглецеві сталі, що містять менше 0,3 % вуглецю, вони добре піддаються будь-якому зварюванню, середньовуглецеві з вмістом від 0,3 до 0,6 % піддаються зварювальному процесу гірше, зате міцніше, але менш пластичне, високовуглецеві стали найміцніші, але мають невелике відносне подовження, піддаються зварювальному процесу найгірше. Відрізняються вони за вмістом вуглецю, а отже, за хімічними та фізичними властивостями.

Низьковуглецева сталь відноситься до великої групи конструкційних. Вміст вуглецю в ній не більше 0,3%, через такий невисокий відсотковий вміст вона має такі властивості:

Висока пластичність та пружність;
Добре піддається зварювальному процесу;
Висока ударна в'язкість.

Ця марка знайшла широке застосування в будівництві завдяки тому, що вона дуже легко зварюється, тому що в її структурі дуже мало вуглецю, який погано впливає на зварювальний процес, так як у металевому шві можуть утворюватися крихкі структури та пористості, які потім призводять до поломки. Також через високу м'якість з неї виготовляються деталі методом холодного штампування.

Зварювання вуглецевих сталей

Зварювати можна всі марки стали. Однак для зварювання кожного виду металу є своя технологія. Технологія зварювання вуглецевих сталей повинна відповідати вимогам, які включають:

рівномірний розподіл міцності шва по всій довжині;
Відсутність зварних дефектів, шви не повинні мати різних тріщин, пір, нарізів тощо;
Розміри та геометрична форма шва повинні бути виконані у відповідність до норм, прописаних у відповідному ГОСТі 5264-80;
Вібраційна стійкість конструкції, що зварюється;
Використання електродів зі зниженим вмістом водню та вуглецю, які можуть вплинути на якість шва;
Конструкція має бути міцною та жорсткою.

Таким чином, технологія має бути максимально ефективною, тобто давати найвищу продуктивність процесу при забезпеченні високої міцності та надійності.

Механічні властивості металу шва і зварного з'єднання повністю залежать від мікроструктури, яка є хімічним складом, а також визначається режимом зварювання і термообробкою, яка здійснюється як до, так і після зварювання.

Низьковуглецева сталь: технологія зварювання

Як вже було сказано вище, низьковуглецеві сталі піддаються зварювальному процесу найкраще. Вони можуть зварюватися за допомогою газового зварювання в ацетиленкіслородном полум'ї без додаткових флюсів. Як присадка використовуються металеві дроти. Негативно вплинути на зварювальний процес може водень, здатний утворювати пори. Для запобігання цій проблемі рекомендують проводити зварювальний процес з присадним металом, що містить невелику кількість вуглецю.

Після здійснення процесу зварювання конструкцію необхідно термічно обробити, щоб покращити механічні властивості – пластичність та міцність будуть однакові. Термічну обробку зварних конструкцій проводять операцією нормалізації, яка полягає у нагріванні виробу до певної температури, приблизно 400 градусів, витримці та подальшому охолодженню на повітрі. В результаті структура зрівнюється, вуглець у вигляді цементиту в металі дифундує всередину зерен, завдяки чому структура стає рівномірною.

Газове зварювання проводять у присутності аргону, що створює нейтральне середовище. Конструкції, що виконуються зварюванням у середовищі аргону, мають більш відповідальне призначення.

Зварювання низьковуглецевих сталей може проводитися вручну, дугове зварювання такого матеріалу вимагає. правильного виборуелектрод. При виборі електрода необхідно враховувати такі чинники, завдяки яким забезпечити рівномірну структуру шва без дефектів. Перед тим як здійснювати процес зварювання необхідно розжарити електроди, щоб підготувати їх до подальшій роботіприбрати водень. Зварювання низьковуглецевих залізних сплавів має бути точною і швидкою, перед початком процесу потрібно підготувати металеві деталі.

Зварювання середньовуглецевих

Процедура зварювання сталевих деталей із середнім вмістом вуглецю, від 0,3% до 0,55% складніша порівняно з низьковуглецевим, оскільки більша кількість вуглецю може негативно вплинути на зварювальний шов. Вуглець зменшує межу холодноламкості - тобто руйнування при низьких температурах, збільшує міцність і твердість, проте знижує пластичність шва.

Для зварювання застосовуються електроди зі зниженим вмістом вуглецю, які забезпечують міцну сполуку.

Зварювання високовуглецевих сталей

Сталі, що мають високий відсоток вмісту вуглецю, від 0,6 до 0,85%, дуже погано піддаються зварювальному процесу. Газове зварювання застосовуватися в даному випадку не може, тому що в процесі вуглець вигоряє у великих кількостях і утворюються загартовані структури, які погіршують якість шва. Найкраще в даному випадку застосовувати дугове зварювання.

Вимоги

Під час зварювання вуглецевих сталей для досягнення максимальних параметрів необхідне дотримання таких вимог:

Зварні електроди та дріт повинні мати низький відсоток вуглецю, щоб уникнути появи непотрібних дефектів;
Необхідно стежити, щоб вуглець із металу під дією високої температури не переходив у зварний шов, для цього застосовується дріт для зварювання сталей із середнім вмістом вуглецю та вище, наприклад Forte E71T-1, Барс-71. Дані типи добре підійдуть для зварювання сталей із вмістом вуглецю вище 0,3%;
При проведенні зварювального процесу слід додавати флюси, які сприяють утворенню тугоплавких утворень;
Знижувати хімічну неоднорідність шва шляхом подальшої термічної обробки;
Знижувати вміст водню шляхом прокалювання електродів, використанням електродів з низьким вмістом водню та інше.

Особливості

Також слід зазначити такі особливості проведення зварювання вуглецевих сталей:

Перед проведенням цієї операції потрібно ретельно очищати матеріал, що зварюється від іржі, механічних нерівностей, бруду, окалини. Ці забруднення сприяють утворенню тріщин у зварювальному шві;
Охолоджувати зварювальні конструкції із вуглецевих сталей потрібно повільно, на повітрі, щоб структура нормалізувалася;
При проведенні зварного процесу для відповідальних деталей потрібен попередній підігрів приблизно до 400 градусів, за допомогою підігріву забезпечиться необхідна міцність шва, також в даному випадку зварювання можна здійснювати в кілька підходів.

Таким чином, процес зварювання вуглецевих сталей залежить, головним чином, від вмісту в них вуглецю. Тому необхідно враховувати, який зміст та вибирати правильну технологічну схемущоб отримати високоякісний міцний виріб, який зможе прослужити довгий термін.

Конструкції із середньовуглецевої сталі можуть бути добре зварені при неодмінному дотриманні правил зварювання, а також наступних додаткових вказівок. У стикових, кутових і таврових з'єднаннях слід при складанні елементів, що з'єднуються, зберігати між кромками зазори, передбачені ГОСТ, щоб зварювальна поперечна усадка відбувалася більш вільно і не викликала кристалізаційних тріщин. Крім того, починаючи з товщини сталі 5 мм і більше, в стикових з'єднаннях роблять обробку кромок, і ведуть зварювання в кілька шарів. Зварювальний струм знижують.

Зварювання високовуглецевої сталі

Зварювання високовуглецевих сталей марок ВСт6, 45, 50 і 60 і ливарних вуглецевих сталей із вмістом вуглецю до 0,7% ще скрутніше. Ці сталі застосовують головним чином у литих деталях та при виготовленні інструменту. Зварювання їх можливе лише з попереднім та супутнім підігрівом до температури 350-400 °С та подальшою термообробкою в нагрівальних печах. При зварюванні повинні дотримуватися правил, передбачених для середньовуглецевої сталі, цей процес ми розглянемо нижче.

Технології зварювання високовуглецевих сталей

Хороші результати досягаються при зварюванні вузькими валиками та невеликими ділянками з охолодженням кожного шару. Після закінчення зварювання обов'язкове термічна обробка.

Зварювання середньовуглецевої сталі

Зварювання середньовуглецевої сталі марок ВСт5, 30, 35 і 40, що містить вуглецю 0,28-0,37% і 0,27-0,45%, більш утруднена, оскільки зі збільшенням вмісту вуглецю погіршується зварюваність сталі.

Застосовувану для арматури залізобетону середньовуглецеву сталь марок ВСт5пс і ВСт5сп зварюють ванним способом та звичайними протяжними швами при з'єднанні з накладками (рис. 16.1). Для зварювання кінці стрижнів, що з'єднуються, повинні бути підготовлені: для ванного зварювання в нижньому положенні - обрізані різаком або пилкою, а при вертикальному зварюванні - оброблені. Крім того, вони повинні бути зачищені у місцях з'єднання на довжину, що перевищує на 10-15 мм зварний шов або стик. Зварювання проводиться електродами Е42А, Е46А та Е50А для протяжних валикових швів. За температури повітря до мінус 30 °С необхідно збільшувати силу

Мал. 16.1. Зварювання стиків арматури залізобетону: а - ванна; 1 – горизонтальних; 2 – вертикальних; б - шовна

зварювального струму на 1% при зниженні температури від 0°С на кожні 3°С. Крім того, слід застосовувати попередній підігрів стрижнів, що з'єднуються, до 200-250 °С на довжину 90-150 мм від стику і знижувати швидкість охолодження після зварювання, обмотуючи стики азбестом, а у разі ванного зварювання не знімати формуючих елементів до охолодження стику до 100 °С. та нижче.

При більш низькій температурі навколишнього повітря (від -30 до - 50 °С) слід керуватися спеціально розробленою технологією зварювання, що передбачає попередній та супутній підігрів та подальшу термічну обробку стиків арматури або зварювання у спеціальних тепляках.

Електроди

Зварювання ведуть електродами діаметром не більше 4-5 мм постійним струмом зворотної полярності, що забезпечує менше розплавлення кромок основного металу і, отже, меншу його частку і менший вміст в металі шва. Для зварювання застосовують електроди Е42А, Е46А або Е50А. У сталевих стрижнях електродів міститься трохи вуглецю, тому при їх розплавленні та перемішуванні з невеликою кількістю середньовуглецевого основного металу у шві вуглецю буде не більше 0,1-0,15 %.

При цьому метал шва легується Мn і Si за рахунок покриття, що розплавляється, і таким чином виявляється рівноміцним основному металу. Зварювання металу товщиною понад 15 мм ведуть «гіркою», «каскадом» або «блоками» для повільнішого охолодження. Застосовують попередній та супутній підігрів (періодичний підігрів перед зварюванням чергового "каскаду" або "блоку" до температури 120-250°С). Конструкції, виготовлені зі сталі марок ВСт4пс, ВСт4сп і сталі 25 товщиною не більше 15 мм і не мають жорстких вузлів, зазвичай зварюють без підігріву. В інших випадках потрібні попередній та супутній підігрів і навіть подальша термічна обробка. Дугу запалюють лише у місці майбутнього шва. Не повинно бути незаварених кратерів та різких переходів від основного до наплавленого металу, підрізів та перетинів швів. Виводити кратери на основний метал забороняється. На останній шар багатошарового шва накладають валик, що відпалює.