Сварка низколегированных среднеуглеродистых сталей

Сварка низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей

При сварке низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей необходимо учитывать, к какой группе свариваемости сталей относится та или иная марка стали. Среднеуглеродистые конструкционные стали содержат большее количество углерода, чем низкоуглеродистые. А углерод сильно влияет на свариваемость сталей.

Сварка низкоуглеродистых конструкционных сталей

В химическом составе низкоуглеродистых сталей содержится до 0,25% углерода, свариваемость у таких сталей хорошая. Они относятся к первой группе свариваемости и свариваются без ограничений всеми видами сварки.

Электроды для сварки низкоуглеродистых сталей

При ручной дуговой сварке низкоуглеродистых сталей, выбор электродов для их сваривания происходит, исходя из многих требований:

  1. Необходимо обеспечить прочность сварного шва, равную прочности основного металла;
  2. Дефекты в сварных швах не допускаются;
  3. Сварной шов должен иметь определённый, требуемый химический состав;
  4. Сварное соединение должно сохранять работоспособность при воздействии на него вибрации, ударных нагрузок, а также при повышенных или пониженных температурах.

В зависимости от назначения сварной конструкции, условий эксплуатации и требований, предъявляемых к ней, низкоуглеродистые стали сваривают электродами Э38, Э42 и Э42А. Этим типам электродов соответствуют марки ОММ-5, СМ-5, УМ-7, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и другие марки.

Электроды типа Э38 предназначены для металлоконструкций, к которым не предъявляются высоких требований. Электродами типа Э42 сваривают ответственные конструкции из низкоуглеродистых сталей, к которым предъявляются повышенные требования. Электроды типа Э42А предназначены для сварки особо ответственных металлоконструкций.

Режимы сварки низкоуглеродистых сталей

Режимы сварки низкоуглеродистых сталей, в зависимости от типа электрода, представлены в таблице:

Перед сваркой необходимо произвести прокалку электродов. Рекомендуемая температура прокалки электродов зависит от их марки и должна быть указана в паспорте на электроды.

Сварка среднеуглеродистых конструкционных сталей

Сварка среднеуглеродистых сталей осложняется повышенным содержанием углерода (до 0,45%) в их составе, что может привести к образованию холодных трещин при сварке, а также к формированию мало пластичных закалочных структур в зоне термического влияния.

Для того чтобы уменьшить риск образования трещин в металле сварного шва, необходимо снизить в нём содержание углерода. Этого можно добиться, выбрав для сварки электроды с пониженным содержанием углерода, а также путём уменьшения доли основного металла в сварном шве.

Электроды для сварки среднеуглеродистых сталей и выбор режимов сварки

Сварку среднеуглеродистых сталей производят электродами следующих марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, АНО-7, АНО-8, АНО-11 и другими маркими.

Рекомендуемые режимы сварки, в зависимости от марки электрода, представлены в таблице ниже, а также, в таблице выше по тексту:

Для того, уменьшить риск возникновения закалочных структур, перед сваркой выполняют предварительный подогрев изделия, а во время сварки производят сопутствующий подогрев.

Рекомендуемая температура предварительного подогрева составляет 100-200°C. При сварке толстого металла, температура подогрева несколько выше. Подогрев выполняют на расстоянии 50-70мм от сварного шва. По окончании сварки рекомендуется обеспечить медленное охлаждение сварного соединения.

Сварку металла большой толщины выполняют, используя схему сварки «каскадом» или «горкой». Подробнее об этих схемах рассказано на странице «Технология ручной дуговой сварки Ч.3. Техника ручной дуговой сварки». Применение этих схем способствует замедлению охлаждения сварного соединения. И это позволяет снизить риск возникновения закалочных структур в сварном шве и зоне термического влияния.

Газовая сварка низкоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей

При газовой сварке металлоконструкций, состоящих из тонколистовой углеродистой стали, используется нормальное сварочное пламя. В средней, восстановительной зоне пламени происходит восстановление железа из его оксидов. Благодаря этому, в качестве сварочной проволоки при газовой сварке низкоуглеродистых сталей применяют проволоку марок Св-08 или Св-08А. Но, для того, чтобы процесс раскисления металла происходил ещё эффективнее, рекомендуют использовать проволоку марок Св-08ГА или Св-08ГС.

Чтобы уменьшить риск образования кристаллизационных трещин при газовой сварке среднеуглеродистых сталей, сварочные материалы необходимо выбирать с пониженным содержанием углерода, не более 0,3% (по возможности, не более 0,2%).

Читайте также:  Сталь 20 график работы

Для сварки тонкого металла, толщиной до 3мм, применяют левый способ газовой сварки. Средний расход ацетилена составляет, при этом, 120-150л/ч из расчёта на миллиметр толщины свариваемого металла.

Для сваривании металла большей толщины, применяют правый способ сварки. Этот способ сварки обеспечивает более высокую производительность при сваривании больших толщин, по сравнению с левым способом. В этом случае расход ацетилена составляет 120-150л/ч из расчёта на 1мм толщины основного металла. Чтобы избежать перегрева металла в зоне сварки, расход ацетилена при газовой сварке среднеуглеродистых сталей рекомендуется уменьшать.

Источник

Сварка низколегированных среднеуглеродистых сталей

§ 75. Сварка низколегированных сталей

Легированные стали подразделяются на низколегированные (легирующих элементов в сумме менее 2,5%), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (более 10%). Низколегированные стали делят на низколегированные низкоуглеродистые, низколегированные теплоустойчивые и низколегированные сред неуглеродистые.

Механические свойства и химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведены в табл. 33.


33. Механические свойства низколегированных низкоуглеродистых сталей при данном химическом составе

Содержание углерода в низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,22%. В зависимости от легирования стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемар-ганцовистые (14ХГС и др.), марганцовоазотнованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФ, 18Г2АФпс и др.), марганцовониобиевая (10Г2Б), хромокремненикельмедистые (10ХСНД, 15ХСНД) и т. д.

Низколегированные низкоуглеродистые стали применяют в транспортном машиностроении, судостроении, гидротехническом строительстве, в производстве труб и др. Низколегированные стали поставляют по ГОСТ 19281 — 73 и 19282 — 73 и специальным техническим условиям.

Низколегированные теплоустойчивые стали должны обладать повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Наиболее широко теплоустойчивее стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. Для повышения жаропрочности в их состав вводят молибден (М), вольфрам (В) и ванадий (Ф), а для обеспечения жаростойкости — хром (X), образующий плотную защитную пленку на поверхности металла.

Низколегированные среднеуглеродистые (более 0,22% углерода) конструкционные стали применяют в машиностроении обычно в термообработанном состоянии. Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей подобна технологии сварки среднелегирован-ных сталей.

Особенности сварки низколегированных сталей. Низколегированные стали сваривать труднее, чем низкоуглеродистые конструкционные. Низколегированная сталь более чувствительна к тепловым воздействиям при сварке. В зависимости от марки низколегированной стали при сварке могут образоваться закалочные структуры или перегрев в зоне термического влияния сварного соединения.

Структура околошовного металла зависит от его химического состава, скорости охлаждения и длительности пребывания металла при соответствующих температурах, при которых происходит изменение микроструктуры и размера зерен. Если в доэвтектоидной стали получить нагревом аустенит (рис. 100), а затем сталь охлаждать с различной скоростью, то критические точки стали снижаются.


Рис. 100. Диаграмма изотермического (при постоянной температуре) распада аустенита низкоуглеродистой стали: А — начало распада, Б — конец распада, A1 — критическая точка стали, Мн и Мк — начало и конец превращения аустенита в мартенсит; 1, 2, 3 и 4 — скорости охлаждения с образованием различных структур

При малой скорости охлаждения получают структуру перлит (механическая смесь феррита и цементита). При большой скорости охлаждения аустенит распадается на составляющие структуры при относительно низких температурах и образуются структуры — сорбит, троостит, бейнит и при очень высокой скорости охлаждения — мартенсит. Наиболее хрупкой структурой является мартенситная, поэтому не следует при охлаждении допускать превращения аустенита в мартенсит при сварке низколегированных сталей.

Скорость охлаждения стали, особенно большой толщины, при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения металла на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита.

Для предупреждения образования при сварке закалочной мартенситной структуры необходимо применять меры, замедляющие охлаждение зоны термического влияния, — подогрев изделия и применение многослойной сварки.

В некоторых случаях в зависимости от условий эксплуатации изделий допускают перегрев, т. е. укрупнение зерен в металле зоны термического влияния сварных соединений, выполненных из низколегированных сталей.

При Высоких температурах эксплуатации изделий для повышения сопротивления ползучести (деформирование изделия при высоких температурах с течением времени) необходимо иметь крупнозернистую структуру и в сварном соединении. Но металл с очень крупным зерном обладает пониженной пластичностью и поэтому размер зерен допускается до известного предела.

При эксплуатации изделий в условиях низких температур ползучесть исключается и необходима мелкозернистая структура металла, обеспечивающая увеличенную прочность и пластичность.

Читайте также:  Почему у яблони листья стали коричневыми

Покрытые электроды и другие сварочные материалы при сварке, низколегированных сталей подбираются такими, чтобы содержание углерода, серы, фосфора и других вредных элементов в них было ниже по сравнению с материалами для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей. Этим удается увеличить стойкость металла шва против кристаллизационных трещин, так как низколегированные стали в значительной степени склонны к их образованию.

Технология сварки низколегированной стали. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке не закаливаются и не склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят при любом тепловом режиме, аналогично режиму сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типа Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла.

Сварочные материалы при сварке порошковой проволокой и в защитном газе подбирают такими, чтобы обеспечить прочностные свойства металлу шва на уровне прочности, достигаемой электродами типа Э50А.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовывать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается, если сварка выполняется с относительно большой погонной энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения. Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен (перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Это особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали.

Режим сварки необходимо подбирать так, чтобы не было большого количества закалочных микроструктур и сильного перегрева металла. Тогда можно производить сварку стали любой толщины без ограничений при окружающей температуре не ниже — 10°С. При более низкой температуре необходим предварительный подогрев до 120 — 150°С При температуре ниже — 25°С сварка изделий из закаливающихся сталей запрещается. Для предупреждения большого перегрева сварку сталей 15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пониженной погонной тепловой энергии (при пониженных значениях тока электродами меньшего диаметра) по сравнению со сваркой низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного соединения при сварке этих сталей надо применять электроды типа Э50А или Э55.

Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и других подобна технологии сварки сред не легированных сталей.

Источник

Сварка углеродистых и легированных сталей

В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь делится на:

  • низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%)
  • среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25 до 0,6%)
  • высокоуглеродистую (содержание углерода от 0,6 до 2,0%).

Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.), называется легированной. Легированные стали бывают:

  • низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%)
  • среднелегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%)
  • высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10%).

Технология сварки легированных сталей

Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Свариваемость таких сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов и ухудшается с ростом содержания углерда и легирующих компонентов. Стали кремнемарганцевой группы 15ГС, 18Г2С и 25Г2С сваривают электродами типа Э60А марки УОНИ-13/65. Перед сваркой кромки тщательно зачищают от грязи, ржавчины и окалины.

Сварку выполняют предельно короткой дугой. Изделие перед сваркой подогревают до температуры 200 С, электроды перед сваркой прокаливают при 400°С в течение одного часа.

Кремнемарганцемедистые стали 10Г2СД, 10ХГСНД, 15ХСНД и 12ХГ сваривают электродами типа Э50А марки УОНИ-13/55. Изделие перед сваркой не подогревают.
Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Особенности сварки высоколегированных сталей

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%. В основном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.

Читайте также:  Сталь с 265 аналог

Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает свариваемость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную коррозию. Бор повышает прочность, но затрудняет свариваемость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфор способствует образованию холодных трещин.

Содержание тех или иных легирующих элементов определяют по маркировке стали. Первые две цифры в маркировке означают содержание углерода в сотых долях процента; легирующие элементы обозначают буквенными символами, а стоящие за ними цифры указывают на примерное содержание этих элементов, при этом единицу и меньше не ставят. Символ «А», установленный в конце маркировки, указывает, что сталь высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Наиболее широкое применение получили коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 10Х23Н18 и некоторые другие).

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки. В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положительное влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую , так механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов . Сварка выполняется при минимальном тепловложении с использованием термообработки и применением дополнительного охлаждения. Введение легирующих элементов меняет и технологические особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое сопротивление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей выполняют при пониженных тока обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой ниточными валиками без поперечных колебаний.

Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее свариваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной температуры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин. Для защиты сварочной ванны используют инертный газ или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углекислым газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникновения межкристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и остаточных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возникает необходимость в термообработке.

Источник