Termokings.ru

Домашний Мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды углеродистых сталей и их сварка

Виды углеродистых сталей и их сварка

Самый потребляемый в мире металл – сталь, фактически сталь – это не металл, а сплав железа с углеродом. На данный момент общее количество производимой стали в мире превышает полтора миллиарда тонн в год. Стали подразделяются на углеродистые и легированные, легированные отличаются тем, что в процессе производства в сталь добавляют различные элементы (например никель, для увеличения сопротивления коррозии, марганец для увеличения прочностных характеристик и так далее), придающие ей особые свойства. Углеродистые стали используются чаще всего для сваривания, существуют низкоуглеродистые стали, содержащие менее 0,3 % углерода, они хорошо поддаются любой сварке, среднеуглеродистые с содержанием от 0,3 до 0,6 % поддаются сварочному процессу хуже, зато прочнее, но менее пластичнее, высокоуглеродистые стали самые прочные, но имеют небольшое относительное удлинение, поддаются сварочному процессу хуже всех. Отличаются они по содержанию углерода, а, следовательно, по химическим и физическим свойствам.

Особенности сварки углеродистых сталей

Ключевое требование при сварке деталей из углеродистых сталей — прочностные характеристики металла шва и околошовной области: они должны соответствовать характеристикам основного металла. Чем выше доля углерода, тем сложнее получить соединение, которое бы строго соответствовало этому требованию. Поэтому в отношении каждой из групп углеродистых сталей существуют свои особенности сварки.

Сварка низкоуглеродистых сталей

Это группа хорошо свариваемых, наиболее пластичных углеродистых сталей благодаря низкому содержанию углерода и легирующим добавкам. Выполнять сварку можно любыми известными технологиями, включая сварку ручную электродуговую. Однако такой химический состав металла обуславливает и свои особенности: при неправильном выборе электрода есть риски того, что металл шва будет более прочным, чем металл детали, что может негативно сказаться на общей прочности конструкции. А при выполнении многослойной сварки возможна повышенная хрупкость шовного металла. Чтобы избежать этих проблем, для сварки обычно используют электроды с рутиловым и фтористо-кальциевым покрытием, а в обмазку добавляется доля железного порошка. В ряду широко используемых для профессиональной сварки низкоуглеродистых сталей — марки МР-3ЛЮКС, МР-3, ОЗС-4, АНО-4, АНО-21, ОЗС-12, МК-46.00, УОНИ-13/55, УОНИ 13/45, УОНИ 13/85.

Для получения необходимых прочностных свойств металл шва после сварки проковывается и прокаливается.

Электроды по среднеуглеродистым сталям

Количество углерода в таких сплавах больше, соответственно, процесс сварки осложняется. Минус в том, что металл сварного стыка и металл детали могут получиться разной прочности. Кроме того, металл близ кромок шва может получиться очень хрупким и с характерными трещинами. Чтобы этого не было, используют электроды с достаточно низкой долей углерода.

Особое внимание — к кромкам соединяемых деталей. Они обязательно должны быть разделаны, чтобы избежать проплавления металла, которое могут вызвать высокие токи — они необходимы для разогрева соединяемых деталей. Также следует учитывать: для повышения качества шва детали, как сказано выше, предварительно разогреваются и прогреваются в процессе сварки;

  • движения электродом лучше осуществлять не поперек, а вдоль стыка;
  • сварку лучше всего выполнять на короткой дуге;
  • после сварки для большей прочности шов также проковывается и подвергается термообработке.

В ряду известных электродов, которые применяют для сваривания среднеуглеродистых сталей — марки УОНИ-13/55, УОНИИ 13/55, УОНИИ 13/45А, УОНИ-13/65.

Сварка высокоуглеродистых сталей

В таких сталях — высокое содержание углерода, что практически делает их непригодными для сварки различных конструкций. Сварочные работы, как правило, выполняются лишь при необходимости ремонта. В этом случае используются те же технологии, что и при сварке среднеуглеродистых сталей. Осуществляется предварительный прогрев металла в области шва до 250-300 °C, по завершении сварки производится проковка и термообработка шва. Необходимо соблюдать еще два условия — сварка возможно при температуре не ниже -5 градусов Цельсия в помещении, где полностью отсутствуют сквозняки.

3 Тонкости сварки среднеуглеродистых сталей

Свариваемость данных сплавов не так хороша, как низкоуглеродистых легированных сталей, так как в них углерод содержится в больших объемах. Отмечаются следующие трудности при сварке среднеуглеродистых материалов: отсутствие равной прочности основного металла и металла шва; высокий риск формирования больших трещин и закалочных непластичных структур в зоне около сварного шва; малый показатель стойкости против появления кристаллизационных дефектов.

Впрочем, все эти проблемы при сварке среднеуглеродистых сплавов разрешить не так уж и сложно. Можно применять сварочные стержни с повышенным коэффициентом наплавки, наплавочную проволоку и особые электроды для углеродистой стали с малым содержанием в них углерода. В этом случае ручная дуговая сварка проходит без затруднений. Также рекомендуется повышать свариваемость деталей посредством:

  • реализации раздельного (в несколько ванн) двухдугового сварочного процесса;
  • изменения структуры металла шва (применение особых режимов разделки кромок, обеспечивающих наименьшую степень проплавления основного металла);
  • подогрева (как сопутствующего, так и предварительного) соединяемых заготовок.

Электродуговая сварка конструкций из среднеуглеродистых легированных сталей в большинстве случаев осуществляется стержнями УОНИ (13/45 и 13/55). Они имеют особое покрытие (фтористо-кальциевое), гарантирующее увеличение стойкости металла шва к появлению трещин (кристаллизационных) и отличную прочность получаемого сварного шва.

Технология дуговой сварки среднеуглеродистых изделий предусматривает такие особенности:

  • из-за риска формирования трещин желательно производить заваривание кратеров, а также выполнять продольные перемещения электрода вместо поперечных;
  • следует накладывать неширокие валики, используя короткую электродугу;
  • рекомендуется выполнять термическую обработку шва после сварки (особенно, когда он по техническому заданию должен иметь повышенную пластичность).
Читать еще:  Порошковая покраска дисков своими руками: технология

Газовое соединение легированных среднеуглеродистых сплавов осуществляется незначительно науглероживающим или же стандартным пламенем. При этом используется исключительно левый способ, а мощность пламени варьируется в пределах от 75 до 100 кубических дециметров в час. После сварки можно выполнить термообработку либо проковку металла. Эти операции существенно улучшат свойства стали. Если свариваются детали, чья толщина превышает три миллиметра, технология газовой сварки предусматривает необходимость их подогрева примерно до 650 (местный нагрев) или до 350 (общий нагрев) градусов.

Отдельно скажем о том, что возможна сварка среднеуглеродистых конструкций и в условиях пониженной температуры (-30 и менее градусов). В подобных ситуациях применяется особая сварочная технология, которая требует обязательной термообработки изделий после сварки и постоянного подогрева металла (сначала его нагревают предварительно до указанных выше температур, а затем греют в течение всей операции). При соблюдении изложенных требований качество шва будет безупречным.

Спокойные стали содержат не менее 0,12% кремния (Si). Получают раскислением стали кремнием, марганцем, алюминием. Имеют равномерное распределение серы и фосфора. Спокойные стали менее отзывчивы на нагрев и менее склонны к старению.

Этот тип стали имеет средние характеристики между спокойными и кипящими. Производят углеродистые стали обыкновенного качества трех групп.

Стали группы А не используют для сварки, поставляют по их механическим свойствам. Букву «А» в обозначение стали не ставят, например «Ст2».

Стали группы Б и В поставляют по их химическим свойствам, химическим и механическим соответственно. В начало обозначения стали ставят букву группы, например БСт2, ВСт3.

Полуспокойные стали марок 3 и 5 могут поставляться с повышенным содержанием марганца. В таких сталях после обозначения марки ставят букву Г (например, БСт3Гпс).

Для изготовления ответственных конструкций следует использовать обыкновенные стали группы В. Изготовление сварочных конструкций из низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества не требует применения термической обработки.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали — достаточно хорошей, при этом всеми видами сварки. Главное чтобы было высокое качество всего шва по всей длине соединения. Хорошо свариваются разными методами дуговой сварки, но при этом увеличивается металлоемкость и масса детали. Поэтому нужно повысить прочностные свойства, в сталь добавляют легирующие элементы, укрепляющие расплав и повышающие химические соединения.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали когда шов быстро охлаждается, это увеличивает его прочность, но снижаются пластичные свойства. Значимость скорости охлаждения в основном бывает при дуговой сварке. Качества сварного соединения зависят как от свойств металла шва, так и свойств металла зоне сварного шва.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Электродуговая сварка – это классическая сварка металла, когда для нагрева…

Как избежать проблем при сварке углеродистых конструкционных сталей

Закалку металла увеличивает углерод. Его содержание в сплавах 0,2-0,5% определяет повышенную твердость стали, из-за чего ее широко используют в изготовлении трущихся деталей механизмов, звездочек, валов зубчатых передач, станин и т. п. Ремонт таких деталей подразумевает сварку, как единственную технологию по восстановлению работоспособности производственного оборудования.

Проблема сваривания высокоуглеродистых сталей заключена в следующем: при нагреве углерод усиливает влияние серы и образует кристаллизационные трещины, закаленные непластичные формирования в зонах швов. Металл в таких местах отличается от начального состояния, снижается его устойчивость к возникновению трещин.

Во время расплава в соединениях критическая масса углерода будет зависеть от:

  • предварительного нагрева
  • формы шва
  • конструкции узла
  • процента прочих химических элементов.

Чтобы повысить устойчивость металла к образованию горячих трещин в соединениях при сваривании, применяют следующие методы:

  • снижают растягивающее напряжение частей детали или конструкции
  • ограничивают включение химических элементов, которые способствуют возникновению трещин
  • формируют оптимальную форму шва.

Высокий процент содержания углерода создает непластичную структуру в месте соединения, из-за которой при воздействии напряжений образуются холодные трещины, швы разрушаются. Чтобы такие проблемы исключить в сварных соединениях, следует соблюдать определенные условия, которые заключаются в следующем:

  • применяются такие режимы сварки, которые ограничивают перетекание углерода из составной массы металла в соединительный шов (используется присадочная проволока, разделяются кромки, увеличивается вылет)
  • применяются низкоуглеродистые электроды
  • вводится марганец, кальций, как компоненты, способствующие образованию сульфида в шве
  • для понижения жесткости соединения наложение швов проводят в определенном порядке
  • убирают напряжение в соединениях
  • уменьшают химическую неоднородность швов путем выбора их нужной формы
  • минимизируют диффузный водород методом применения низководородных электродов, очищения кромок, сушки защитных газов, прокалки электродов, флюса, проволоки
  • сварочный шов медленно охлаждают, используют для этого экзотермические смеси, наплавки, многослойную дуговую сварку.

Собирая детали для сваривания, необходимо соблюдать зазоры, которые будут зависеть от толщины соединяемых частей. Если толщина металла более 3,8 мм, проводят разделение кромок, благодаря чему уменьшается переход в шов углеводородов. Отказываются от частичных предварительных прихваток или перед ними локальные места прогревают до температуры 400°С.

Наиболее ответственные швы проваривают в 2-4 прохода. Сварочный шов должен быть с плавным переходом к основному металлу. Дуговая сварка конструкционной стали не должна допускать дуговых разрывов и вывода кратера к основному металлу.

Сварка углеродистых конструкционных сталей завершается медленным остыванием швов, методом накрывания их теплоизоляционным материалом и помещением их в термостат. Применяют также нагрев соединений после сваривания.

Способы сварки среднеуглеродистых сталей

При сварке среднеуглеродистых сталей велик риск образования кристаллизационных трещин и закалочных структур в околошовной зоне, что, в свою очередь, снижает долговечность соединения и негативно влияет на его показатели упругости. Поэтому главными требованиями к сварке такого материала становятся особые щадящие режимы проведения работ, защита шва от образования пор и пузырьков воздуха, снижение содержания углерода в зоне стыка.

Читать еще:  Проволока нержавеющая нагартованная — Москва

Сварка в защитной среде

При соединении заготовок из среднеуглеродистых сталей используется MIG-технология, схожая с технологией сварки низкоуглеродистых сталей. Обязательным условием является предварительный прогрев заготовок до температуры около 200℃. Применяются электроды с низким содержанием карбона и наличием дополнительных микролегирующих элементов: фтора, кальция, марганца и кремния. К ним относятся изделия марок УОНИ-13/45 (-55, -65), УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2, К-5А и другие. Примерная стоимость электродов УОНИ 13/55 на Яндекс.маркет

Диаметр электрода обычно лежит в пределах 2-6 мм и определяется толщиной свариваемых заготовок. От него, в свою очередь, зависит режим сварки. Так, сила тока при сварке 3-миллиметровыми электродами в нижнем положении составляет 80-100 А, диаметру в 4 мм соответствуют значения 130-200 А, 5-миллиметровыми изделиями работают при токе 170-280 А, а 6-миллиметровыми – 210-380 А. Температура прокаливания электродов варьируется в пределах 250-400℃.

Сварка полуавтоматом

Полуавтоматическая сварка среднеуглеродистых сталей требует раздельной структуры шва, то есть его наложения в несколько ванн. При этом рекомендуется работать короткой дугой и полностью исключить любые движения электродом, кроме продольных. Как и в случае с MIG-сваркой, заготовки прогревают до температуры не более 200℃.

Особое внимание уделяется разделыванию кромок на толстых заготовках. Скосы выполняют под углом 35-45°, тщательно зачищают и обезжиривают. Важно обеспечить высокие показатели коррозионной стойкости шва. Для сохранения его упругости принимают меры для медленного и равномерного остывания стыка.

Газовая сварка

Надежным способом соединения среднеуглеродистых сталей является газовая сварка, которая может проводиться даже при низких температурах. Используется «левая» технология со стандартным или слабо науглероживающим пламенем интенсивностью 75-100 куб. м в час. При чрезмерной мощности сваривания велик риск прожогов или нежелательной закалки стыка.

После выполнения газовой сварки заготовок из среднеуглеродистой стали рекомендуется выполнить их отпуск или отжиг. При этом локальный нагрев шва не должен превышать 650℃, а общий нагрев заготовок – 350℃. Альтернативным способом является проковка стыка.

Разработка и производство сварочных материалов

Номенклатурный ряд сварочных материалов, выпускаемых СЗСМ, регулярно расширяется. В исследовательском отделе проходит испытания сырьё для производства готовой продукции, исследуются новые компоненты, что позволяет использовать в процессе производства сырьё и компоненты исключительно с качественными характеристиками.

В начале 2011 года на Судиславском заводе сварочных материалов введен в эксплуатацию новый цех по производству сварочной проволоки мощностью 6000 тонн в год.

Основными видами выпускаемой сварочной проволоки являются:

  • Омедненная и полированная, со специальным графитовым покрытием, проволока Ø 0,8 — 1,6 мм для сварки в среде инертных газов;
  • Омедненная сварочная проволока различных марок сталей Ø 2,0 -5,0 мм для сварки под флюсом.

Сварочная омедненная проволока изготавливается на оборудовании производства фирм Koch (Германия) и WWM (Италия).

Подробнее о комплексе оборудования

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали (ГОСТ 4543—71) обладают высоким значением временного сопротивления разрыву (600—2000 МПа) и высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние. Поэтому их применяют для конструкций, работающих при низких или высоких температурах, при ударных или знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и для других тяжелых условий.

Среднелегированные стали (20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСНА, 30ХН2МФА), чувствительны к нагреву, при сварке они могут закаливаться; перегреваясь, образовывать холодные трещины, что затрудняет их сварку.

Чем выше содержание углерода и легирующих примесей и чем толще металл, тем хуже свариваемость этих сталей.

Такие стали свариваются покрытыми электродами с основным покрытием на постоянном токе с обратной полярностью, швы выполняются многослойными каскадным и блочным способами.

Технология должна предусматривать низкие скорости сварки и охлаждение металла шва. Существенно способствует предупреждению трещин в металле повышение его температуры выше 150 °C. Длина ступени каскадной сварки должна выбираться из расчета указанного разогрева металла предыдущего слоя шва. Обычно длина ступени сварки составляет 150—200 мм.

Классификация углеродистых сталей

Диаграмма — Классификация сталей

Содержание углерода в стали определяет эксплуатационные свойства и характеристики сплава. С увеличением количества углерода повышается прочность и твердость сплава за счет снижения вязкости и пластичности. По данному признаку углеродистые стали делят на три группы:

  • Низкоуглеродистые стали – содержание углерода в сплаве не превышает 0,25 %, что обеспечивает пластичность и простоту обработки материала.
  • Среднеуглеродистые стали – содержание углерода не превышает 0,6 %. Подобные сплавы характеризуются высокой прочностью и достаточно хорошими показателями пластичности и текучести.
  • Высокоуглеродистые стали – содержание углерода не превышает 2,14 %, что обеспечивает высокую прочность сплава. Степень свариваемости углеродистых сталей зависит от количества углерода в сплаве. С ростом количества углерода повышается склонность к образованию закалочных структур и появлению трещин в зоне термического воздействия.

Подготовительные процедуры

Способ подготовке к сварочным работам зависит от типа углеродистой стали. Марки с низким содержанием углерода не требуют предварительного прогрева поверхности. Единственное исключение составляет сварка угловых швов толстолистового металла, а также выполнение многопроходных стыковых соединений при проведении работ в условиях низких температур. Для подготовки кромок можно использовать газовую или плазменную резку с последующей абразивной обработкой поверхностей для удаления следов термической обработки.

Читать еще:  Сталь 40ХН: характеристики, ГОСТ и аналоги

Сварку средне- и высокоуглеродистых сталей рекомендуется проводить с предварительным подогревом поверхности. Степень термического воздействия подбирается исходя из требований нормативных документов. При необходимости рабочую температуру можно вычислить самостоятельно, основываясь на углеродном эквиваленте стали и толщине свариваемых заготовок. В отдельных случаях может потребоваться сопутствующий нагрев для замедления скорости остывания сварочного соединения.

Способы сварки углеродистых сталей

Ввиду широкого распространения углеродистой стали специалистами было разработано множество способ сварки данного сплава. Для получения неразъемного сварного соединения можно использовать следующие технологии:

  1. Ручную дуговую сварку углеродистых сталей штучными электродами. Наиболее часто используемая технология. При работе с низкоуглеродистыми сортами, благодаря высокой практичности, допускается вести работу на максимально допустимых режимах. Марку электрода и тип покрытия подбирают исходя из химического состава материала и условий эксплуатации свариваемых изделий. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода необходимо ограничивать количество основного материала в металле шва путем снижения сварочного тока. В качестве присадочного материала используют электроды с легирующими добавками и пониженным содержанием углерода, отличающиеся высоким коэффициентом наплавки.
  2. Газовую сварку углеродистой стали. При работе с низкоуглеродистыми сортами стали используют нормальное пламя. Потребность в подготовке кромок определяется толщиной заготовки. При сварке тонколистовых конструкций использование флюсов не требуется. Для работы со среднеуглеродистыми сортами стали используют присадочные материалы с пониженным содержанием углерода. Применение пламени с избытком ацетилена поможет снизить окислительные процессы в сварочной ванне. Во избежание образования хрупких структур в зоне термического воздействия производят замедление охлаждения или последующий отпуск.
  3. Автоматическую сварку под флюсом – применяют преимущественно при работе с низкоуглеродистыми материалами. Использование плавленых оксидных флюсов, а также марганцовой или малоуглеродистой электродной проволоки обеспечивает хорошее раскисление металла зоны расплава, что позволяет получать надежные сварные соединения. Сварку сталей с высоким содержанием углерода не получила широкого распространения ввиду низкой производительности работ.
  4. Полуавтоматическую сварку углеродистых сталей в среде защитного газа – проводят с предварительной подготовкой и зачисткой кромок. Работы выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для защиты зоны расплава от негативного воздействия окружающей среды обычно используют углекислый газ. При сварке тонколистовых конструкций необходимо использовать медные или керамические подкладки – они позволяют получить качественный обратный валик без дополнительной абразивной обработки поверхности.
  5. Аргонодуговую сварку углеродистой стали неплавящимся электродам. Данную технологию широко применяют для сварных соединений, к качеству которых предъявляют строгие требования. Соединение заготовок осуществляется с использованием присадочных прутков с повышенным содержанием кремния, который снижает коэффициент поверхностного натяжения сварочной ванны, снижая вероятность образования пор. Кроме того, при комбинированном многопроходном соединении толстостенных конструкций аргонодуговую сварку используют для получения корневого слоя.

Материалы для сварки углеродистых сталей

Выбор присадочного материала, независимо от режима сварки, напрямую влияет на качество будущего соединения. Для достижения хороших результатов рекомендуется использовать материалы с низким содержанием углерода – это позволит снизить вероятность образования дефектов сварочного соединения. Рассмотрим особенности наиболее популярных электродов, прутков и сварочных проволок, используемых для сварки углеродистых сталей:

  • OK 46.00 – уникальные электроды с рутилово-целлюлозным покрытием, которые можно использовать при работе во всех пространственных положениях. Они демонстрируют отличные технологические характеристики как на постоянном, так и на переменном токе. Электроды не требовательны к качеству подготовки поверхности, что делает их идеальным присадочным материалом для сварки металлоконструкций промышленных предприятий.
  • МР-3 – универсальные электроды с рутиловым покрытием, которые можно использовать при сварке на постоянном и переменном токе. В отличие от других электродов с рутиловым покрытием, МР-3 подходит для сварки на форсированных режимах, что увеличивает производительность работ.
  • АНО-21 – электроды с рутилово-целлюлозным покрытием, которые характеризуются легким розжигом дуги и хорошей отделимостью шлаковой корки. Работы осуществляются на постоянном токе любой полярности.
  • АНО-4 – универсальные рутиловые электроды, предназначенные для сварки конструкций из низкоуглеродистой стали в любом пространственном положении. Флюсовое покрытие обеспечивает хорошее формирование сварочного шва, а также предотвращают образование пор и горячих трещин.
  • УОНИ 13/55 – электроды с основным покрытием, предназначенные для сварки ответственных конструкций из углеродистой стали. Сварочное соединение характеризуется хорошими показателями пластичности и ударной вязкости даже при эксплуатации в условиях низких температур.
  • Св-08Г2С – омедненная проволока, предназначенная для сварки углеродистых сталей в режиме MIG/MAG. Наплавленный материал характеризуется высокой устойчивостью к образованию пор и подходит для выполнения многопроходных сварочных соединений.
  • OK Tigrod 12.60 – прутки с омедненным покрытием, предназначенные для аргонодуговой сварки углеродистых сталей. В качестве легирующих материалов используют марганец и кремний, которые обеспечивают высокую устойчивость сварочного соединения к образованию пор, трещин и других дефектов.

Где заказать оборудование для сварки углеродистой стали

Если вам необходимо приобрести оборудование для сварки углеродистой стали или других материалов, обращайтесь в компанию ООО «Сварка ЭС». Партнерские отношения с ведущими производителями сварочного оборудования и расходных материалов позволяют предлагать продукцию на самых выгодных условиях. При необходимости технические специалисты помогут с подбором товара, исходя из запросов клиента и особенностей планируемых работ. Чтобы получить бесплатную консультацию, позвоните на номер 8-800-777-00-45 или заполните форму обратной связи.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×