Сварка низколегированных конструкционных сталей: Сварка конструкционных сталей- Сварка низколегированных, конструкционных, углеродистых сталей

Содержание

Сварка конструкционных сталей- Сварка низколегированных, конструкционных, углеродистых сталей

Толщина до, мм Тип металла Цена, руб за 1 см.
3 Сталь 25
6 Сталь 35
12 Сталь 50

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.

Сварка низколегированных конструкционных сталей

Стали с пониженным легированием отличаются пониженным включением в сплавах до 0,2% углерода и легирующих добавок не более 2,5% (ванадия, хрома, молибдена, кремния). Процентное содержание того или иного компонента определяет физико-химические характеристики стали по устойчивости к коррозии, жаропрочности, теплоустойчивости и в целом качества сплавов.

В сваривании таких соединений существуют определенные трудности. Свариваемость низколегированных сталей ухудшается по мере роста включения в них углерода и легирующих составляющих. Для сварки металлов кремнемарганцевой группы 25Г2С; 18Г2С; 15ГС и сталей 12ХГ; 15ХСНД; 10ХГСНД применяют электроды УОНИ 1365 типа Э60А. С кромок убирают окалины, загрязнения, зачищают ржавые места.

Чтобы избежать хрупкости сварных соединений, повысить их эластичность и прочность, используют специальные добавки, присутствующие в проволоке. Для сваривания низколегированных сталей используются электроды марки Э42А или Э50А. Таким образом, швы дополнительно легируются.

Какие виды сварки применяются для сталей с низкой легированностью

При газопламенной сварке таких сталей применяется левый или правый метод. При левом методе расход ацетилена должен составлять не больше 125 дц3/час, при правом — 75-100 дц3/час. По завершении сваривания, шов проковывают при температуре 850°С. Такая обработка обеспечит соединению прочностные механические показатели.

Для механизированного сваривания в защитном газе предполагается применение проволоки марок СВ–09ГС или СВ-08ГС толщиной 1,25 мм. Газовые смеси должны состоять из кислорода (25%) и углекислоты. Допускается использование аргоновых смесей.

После прохождения низкоуглеродистой стали термообработки, проволоки СВ-09ГС или СВ-08ГС не придадут должных механических свойств сварному соединению. В этом случае используют комплексно-легированную проволоку СВ-08Х3Г2М; СВ-08ХГСА или СВ-08ГСТ.

Автоматическая сварка конструкционных сталей с низким легированием проводится проволоками СВ-08ГА; СВ-08АА; СВ-08А с флюсами ОСЦ 45 или АН 348 А. Эти флюсы предотвращают образование в трещин в швах. Ручная дуговая сварка конструкционных сталей также подразумевает использование флюсов.

Оптимальным методом соединения конструкционных частей из низколегированной стали считается сваривание полуавтоматом в газовой сфере и ручная сварка электродами с покрытием. Для сваривания сплавов хромомолибденовой группы идеальными электродами считаются марки ЭМХ, для хромомолибденованадиевой — марки ЭМХ-Ф. Другие электроды применять не рекомендуется. Перед сваркой соединяемые части конструкции прогревают до 350°С, после сваривания назначается отпуск металла в течение 2-3 ч. при температуре 710°С.

Важно! Для сварки конструкций из низколегированных сталей недопустимо использование электродов с дефектами покрытий. Сварочные проволоки не должны быть грязными или со ржавчиной. Флюсы, электроды перед применением необходимо прокаливать при температурах установленных в технической документации. Для газовой сварки следует применять газ специальный углекислый сварочный. В случае применения углекислого газа пищевого, его необходимо дополнительно осушить.

Только придерживаясь вышеописанных условий при сваривании конструкционных сталей, с учетом правильного подбора их физико-химических характеристик, можно добиться высококачественных сварных соединений.

Сварка низколегированной стали | Сварка металлов

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.

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

Технология сварки

Основы технологии сварки низколегированной стали. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С,

10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке покрытыми электродами не закаливаются и мало склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят по технологии аналогичной технологии сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типов Э46А и Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла.

Режим сварки необходимо подбирать так, чтобы не было большого количества закалочных микроструктур и сильного (очень крупных в большом количестве зерен) перегрева металла. Тогда можно будет производить сварку стали любой толщины без ограничений при окружающей температуре не ниже минус 10°С. При более низкой температуре окружающего воздуха необходим предварительный подогрев до 120 — 150 °С. При температуре ниже минус 25 °С сварка изделий из закаливающихся сталей запрещается.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного соединения при сварке сталей 15ХСНД и 14ХГС надо применять электроды типа Э50А или Э55.

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

Сварка низколегированных конструкционных сталей — Сварка металлов


Сварка низколегированных конструкционных сталей

Категория:

Сварка металлов



Сварка низколегированных конструкционных сталей

В связи с увеличением выпуска металлургической промышленностью низколегированных сталей появилась возможность шире использовать такие стали в строительно-монтажном производстве. Из них изготовляют ответственные трубопроводы и конструкции, работающие в тяжелых условиях эксплуатации, низких и высоких температур, динамических и вибрационных нагрузок. Низколегированные стали имеют значительно лучшие механические характеристики, чем низкоуглеродистые стали. Применение низколегированных сталей позволяет снизить вес конструкций за счет уменьшения сечения элементов при одновременном повышении надежности

Низколегированные низкоуглеродистые стали можно отнести к группе хорошо сваривающихся сталей. Технология сварки таких хталей незначительно отличается от технологии сварки низкоугле-подистых сталей. Примеры марок таких сталей: 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 12ГС, 16ГС, 17ГС, 14Г2, 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД. Содержание углерода в таких сталях не превышает 0,22%, легирующие элементы содержатся в небольших количествах. Сваривают такие стали в общем случае без предварительного подогрева и последующей термообработки.

Низколегированные низкоуглеродистые стали более чувствительны к образованию внутренних напряжений, имеют несколько меньшую стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин и несколько большую склонность к образованию закалочных структур в сварном соединении при повышенных скоростях охлаждения в сравнения с низкоуглеродистыми сталями. Это объясняется усилением отрицательного влияния углерода, присутствием легирующих компонентов.

В процессе сварки таких сталей, как правило, предусматривается операция вырубки металла в корне шва с последующей его подваркой. Не допускаются резкие переходы от основного металла к наплавленному, кратеры должны быть тщательно заплавлены, швы должны иметь гладкую или мелкочешуйчатую поверхность. При многослойной сварке необходимо производить тщательную очистку от шлака, последним накладывается декоративный (отжигающий) валик. При проектировании конструкций рекомендуется избегать соединений, имеющих швы замкнутого контура. Если же такие соединения необходимы, то их сваривают короткими участками, обеспечивая подогрев до температуры 150—250 °С и замедленное охлаждение. Предварительный подогрев необходим также при сварке металла большой толщины и сварке при низких температурах.

Для сварки используются электроды типов Э42А, Э46А, Э50А с основным покрытием. Такие электроды обеспечивают металл шва хорошо раскисленный, с повышенной пластичностью и ударной вязкостью. Примеры марок таких электродов: УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, ДСК-50, СК-2-50, ТМУ-21, АНО-7, СМ-11, АНО-8.

Низколегированные среднеуглеродистые стали в основном относятся к группе удовлетворительно сваривающихся сталей. Некоторые из них имеют ограниченную свариваемость. Примеры марок таких сталей: 20ХГ2С, 25Г2С, 25ХГСА, ЗОХГС, ЗОХГСА, 35ХГСА. Такие стали считаются сталями повышенной прочности. Повышенное содержание углерода и легирующих компонентов резко повышает склонность таких сталей к закалке. Склонность к закалке сварного соединения и высокие механические свойства основного металла создают определенные трудности при сварке таких сталей.

В процессе сварки таких сталей околошовная зона закаливается и теряет пластичность, что резко повышает вероятность возникновения холодных трещин. Для уменьшения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке таких сталей, как правило, применяют предварительный подогрев до температуры 150—350 С, некоторые стали требуют последующей термообработки (отжиг, отпуск). Иногда некоторые из таких сталей сваривают без предварительного подогрева, но применяют специальные технологические приемы, обеспечивающие снижение скорости охлаждения сварного соединения. К таким приемам относятся сварка способами «горка», «каскадом», блоками, короткими участками на максимальных режимах.

При сварке конструкций из низколегированных среднеуглеродистых сталей повышенной прочности технология сварки в каждом конкретном случае должна тщательно прорабатываться, к кфалификации сварщиков предъявляются повышенные требования, рекомендуется выполнять следующие правила:
— применять электроды, обеспечивающие металл шва, близкий по химическому составу и структуре к основному металлу;
— для устранения возможности появления холодных трещин не допускать в металле шва содержания водорода, с этой целью свар, ку вести только на постоянном токе, применять электроды, тщательно прокаленные;
— свариваемые кромки и стыкуемые поверхности тщательно зачищать на расстоянии 20—30 мм, не допускать на них ржавчины, окалины, влаги, смазки;
— по возможности вырубать корень шва с последующей его подваркой, сварку вести одновременно нескольким сварщикам;
— при двусторонней сварке стыковых соединений первым следует выполнять шов со стороны, противоположной прихваткам, в этом случае при обязательной вырубке корня шва прихватки удаляются;
— если предусмотрена термообработка, то проводить ее необходимо сразу же после окончания сварки.

Для сварки таких сталей применяются электроды типов Э46А, Э50А, Э60, Э70, Э85 с основным покрытием. Примеры марок таких электродов: УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65,. УОНИИ-13/85, СК-2-50, АНО-Ю, ДСК-50, ЦЛ-18-63, НИАТ-ЗМ.


Реклама:

Читать далее:
Изготовление сварных металлических конструкций

Статьи по теме:

Сварка низколегированных конструкционных сталей

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Низколегированными называются стали, в которых количество легирующих примесей не превышает в сумме 2,5%. Легирующіе Д-бавки применяют для повышения прочности стали, но они не придают ей особых свойств (жаростойкости, сопротивления кор­розии и т. д.). Чем меньше углерода содержит низколегированная сталь, тем лучше она сваривается.

Поскольку низколегированные стали обладают более высокой прочностью по сравнению с обычными углеродистыми конструкци­онными сталями, то применение низколегированных сталей вместо углеродистых снижает вес конструкций и дает значительную эко­номию металла. Так, например, замена углеродистых сталей низко­легированными при сооружении сварных кожухов, воздухонагрева­телей и пылеуловителей для крупнейшей в мире по объему домен­ной печи, пущенной у нас в стране в конце 1960 г. на Криворож­ском металлургическом заводе, снизила вес этих конструкций на 22% и позволила сэкономить сотни тонн стали.

Вследствие указанных свойств низколегированные стали на­ходят широкое применение в строительном деле, судостроении, вагоностроении и других отраслях производства. В табл. 18 при­ведены данные о свариваемости сталей в зависимости от содержания в них углерода и суммы легирующих примесей.

Таблица 18

Свариваемость сталей

Сумма легирую­щих примесей. %

Свариваемость при содержании углерода, %

хорошая

удовлетвори­

тельная

ограниченная

плохая

До 1 ‘

До 0,25

0,25—0,30

0,30—0,45

Свыше 0,45

1—3

» 0,20

-0,20—0,30

0,30—0,40

» 0,40

Свыше 3

» 0,18

0,18—0,28

0,28—0,38

» 0,38

В промышленности и строительстве применяется конструк­ционная низколегированная хромокремненикелемедистая сталь 15ХСНД (CXJ1-1, НЛ-2) по ГОСТ 5058—57. Эта сталь содержит 0,12—0,18% углерода, 0,4—0,7% марганца, 0,4—0,7% кремния, 0,2—0,4% меди, 0,6—0,9% хрома, 0,3—0,6% никеля, до 0,04% фосфора и серы (каждого). Сталь 15ХСНД имеет временное сопро­тивление разрыву 52 кгс/мм?, относительное удлинение 18% и ударную вязкость 8кгс-м/см2. Применяются также низколегирован­ные стали следующих марок: хромокремненикелемедистая 10ХСНД, хромомарганцекремненикелемедиетая 10ХГСНД. Широко исполь­зуются также марганцевые 10Г2 и 15Г2, марганцекремнистые 10ГС, 15ГС, хромомарганцекремнистые 14ХГС и другие стали. Все эти стали обладают повышенной прочностью, упругостью, вяз­костью.

При сварке низколегированных конструкционных сталей с содержанием углерода свыше 0,2% возможно образование закачен­ных зон с повышенной хрупкостью и появление трещин от усадоч­ных напряжений, так как эти стали склонны к росту зерна при нагреве. Выгорание углерода при сварке вызывает появление га­зовых пор в наплавленном металле. Предварительный подогрев и последующий отпуск при сварке низколегированной стали необхо­димы, если твердость в зоне влияния после сварки составляет 250 единиц Бринелля и выше. Для низколегированной конструкцион­ной стали толщиной более 15 мм рекомендуется применять — много­слойную сварку с последующим отпуском при температуре’ 550— 650°.

Для сварки стали 15ХСНД применяют электроды с покрытием УОНИ-13 соответствующих марок, а также электроды ДСК-50 Днепропетровского электродного завода. Покрытие электродов ДСК-50 имеет следующий состав: 26,4% мрамора, 19,2% плавико­вого шпата, 3,8% силиката натрия, 9% ферросилиция, 3,3% фер­ромарганца, 31% железного порошка, 1% алюминиевого порошка, 3,3% двуокиси титана, 1,8% целлюлозы, 1,2% поташа, 22—24% жидкого стекла с удельным весом 1,4—1,44 (в том числе 75% ка­лиевого, 25% натриевого) к весу сухой шихты. Коэффициент наплав­ки этими электродами 11 г/я • час. Ток в амперах должен быть равным:

TOC o «1-5» h z Диаметр электрода, мм……………………………. 4 5 .6

Сварка в нижнем положении. . . 200—220 300—3-50 350—380

» » вертикальном » 180—200 — —

ъ ъ потолочном » 160—180 — —

Электроды ДСК-50 пригодны для сварки на переменном и по­стоянном токе обратной полярности.

При сварке низколегированных конструкционных сталей луч­ше применять электроды типа Э42А. При сварке низколегирован­ных сталей электродами из углеродистой проволоки металл шва получает дополнительное легирование за счет элементов расплав­ляемого основного металла и временное сопротивление его повы­шается до 50 кгс/лш2, при этом металл шва сохраняет высокую пластичность. Сварка таких сталей электродами типа Э50А дает более прочный, но менее пластичный металл шва вследствие более высокого содержания в нем углерода. Режимы сварки следует применять умеренные. Швы в жестком замкнутом контуре (кольце­вые) следует сваривать короткими участками, а при многослойной сварке рекомендуется использовать каскадный метод.

При строительстве сварных железнодорожных мостов и других ответственных сооружений применяется низколегированная кон­струкционная сталь 10Г2СД по ГОСТ 5058—57. Данная сталь хоро­шо сваривается и имеет состав: 0,12% углерода, 1,3—1,65% мар­ганца, 0,8—1,1% кремния, 0,04% фосфора и серы (каждого), 0,30°/о хрома и никеля (каждого), 0,15—0,30% меди. Эта сталь имеет временное сопротивление разрыву 48—50 кгс/мм2, и относи­тельное удлинение 18%.

Способы ручной дуговой сварки данной стали такие жг, как и низколегированных сталей указанных выше марок.

При автоматической сварке этой стали применяются проволока Св-08ГА и флюсы ОСЦ-45, АН-348 и АН-10. Лучшие результаты дает сварка проволокой Св-08ГА под флюсами АН-348 и АН-10. Для стали толщиной 20—25 мм применяются сварочные режимы «. погонной энергией порядка 10 200 ккал/см.

Самый популярный способ крепления металлических деталей – сварка. И заниматься ею можно не только во промышленных масштабах. В быту сварочные работы используются также часто, причем речь не всегда о сварщиках, …

Чтобы выполнить сварку прочно и качественно, недостаточно иметь только сварочный аппарат. Дополнительно потребуется подобрать расходные материалы с учетом вида свариваемого металла. Перед началом работы определите, что именно вам нужно, и …

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

Сварка конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Сварка конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Электроды для сварки  низкоуглеродистых и низколегированных сталей  —  АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 вы можете заказать позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04

Состав и свойства сталей:

Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают: кипящую — кп, полуспокойную — пс и спокойную — сп. Кипящая сталь, содержащая не более 0,07% Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат не менее 0,12% Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и отличаются меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке.

Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380—71 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают; например, СтЗ. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу, например, БСтЗ, ВСтЗ. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят с обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г). Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех степеней раскисления и сталь ВСтЗГпс, а также стали БСт1, БСт2, БСтЗ всех степеней раскисления и сталь БСтЗГпс поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы В.

Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из этих сталей, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке.

Стали, содержащие специально введенные элементы, которые отсутствуют в углеродистых сталях, называют легированными. Марганец считают легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний — при содержании свыше 0,4%. Поэтому углеродистые стали марок ВСт3Гпс, ВСт3Гпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.

В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4,0% (не считая углерода), а углерода 0,25%.

В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3—0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.

Общие сведения о свариваемости:

Рассматриваемые стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования. Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции.

Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и электродного металлов в образовании шва и взаимодействий между металлом и шлаком и газовой фазой. При сварке рассматриваемых сталей состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла. В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием. При сварке низколегированных сталей необходимое количество легирующих элементов в металле шва обеспечивается также и путем их перехода из основного металла.

Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности, однако при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предварительно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла сварки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под действием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва. Свойства сварного соединения зависят не только от свойств металла шва, но и от свойств основного металла в околошовной зоне. Структура, а значит и свойства основного металла в околошовной зоне, зависят от его химического состава и изменяются в зависимости от термического цикла сварки. На рисунке 1 слева схематически показаны кривая распределения температур по поверхности сварного соединения в один из моментов, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и структурные участки зоны термического влияния на низкоуглеродистых и низколегированных сталях при дуговой сварке.

 

Рисунок 1. Схема строения зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке

При сварке низкоуглеродистых сталей на участке неполного расплавления металл нагревается в интервале температур между линиями солидуса и ликвидуса, что приводит к частичному расплавлению (оплавлению) зерен металла. Пространство между нерасплавившимися зернами заполняется жидкими прослойками расплавленного металла, который может содержать элементы, вводимые в металл сварочной ванны. Это может привести к тому, что состав металла на этом участке будет отличаться от состава основного металла, а из-за нерасплавившихся зерен основного металла — и от состава наплавляемого металла. Увеличению химической неоднородности металла на этом участке способствует и слоистая ликвация, а также диффузия элементов, которая может происходить как из основного нерасплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. По существу этот участок и является местом сварки. Несмотря на его небольшую протяженность, свойства металла в нем могут влиять на свойства всего сварного соединения.

На участке перегрева в результате нагрева в интервале температур от 1100— 1150 0С до температур линии солидуса металл полностью переходит в состояние аустенита. При этом происходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем более, чем выше нагрет металл выше температуры точки АС3. Даже непродолжительное пребывание металла при температурах свыше 1100 0С приводит к значительному увеличению размера зерен. После охлаждения это может привести к образованию неблагоприятной видманштеттовой структуры. На участке нормализации (полной перекристаллизации) металл нагревается незначительно выше температур точки АС3, и поэтому он имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. На участке неполной перекристаллизации металл нагревается до температур между точками АС1 и АС3, поэтому этот участок характеризуется почти неизменившимися первоначальными ферритными и перлитными зернами и более мелкими зернами феррита и перлита после перекристаллизации, а также сфероидизацией перлитных участков.

На участке рекристаллизации металл нагревается в интервале температур от 500—550 0С до температуры точки АС1, и поэтому по структуре он незначительно отличается от основного. Если до сварки металл подвергается пластической деформации, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен основного металла — рекристаллизация. При значительной выдержке при этих температурах может произойти значительный рост зерен. Механические свойства металла этого участка могут несколько снизиться вследствие разупрочнения из-за снятия наклепа.

При нагреве металла в интервале температур от 100 до 500 0С (участок синеломкости) его структура в процессе сварки не претерпевает видимых изменений. Однако металл на этом участке может обладать пониженной пластичностью и несколько повышенной прочностью. У некоторых сталей, содержащих повышенное количество кислорода и азота (обычно кипящих), металл на этом участке имеет резко сниженную ударную вязкость и сопротивляемость разрушению.

При многослойной сварке, ввиду многократного воздействия термического цикла сварки на основной металл в околошовной зоне, строение и структура зоны термического влияния несколько изменяются. При сварке длинными участками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвергается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и околошовная зона длительное время находятся в нагретом состоянии. Кроме изменения структур, это увеличивает и протяженность зоны термического влияние. Наличие в низколегированных сталях легирующих элементов (которые растворяются в феррите и измельчают перлитную составляющую) тормозит при охлаждении процесс распада аустенита и действует равносильно некоторому увеличению скорости охлаждения. Поэтому при сварке в зоне термического влияния на участках где металл нагревается выше температур точки АС1, (при повышенных скоростях охлаждения), могут образовываться закалочные структуры. При этом металл нагревающийся до температур значительно выше температуры точки АС3, будет иметь более грубозернистую структуру. При сварке термических упрочненных сталей на участках рекристаллизации и синеломкости может произойти отпуск металла, характеризующийся структурой сорбита отпуска, с понижением его прочностных свойств. Технология изготовления сварных конструкций из низколегированных сталей должна предусматривать минимальную возможность появления в зоне термического влияния закалочных структур, способных привести к холодным трещинам, особенно при сварке металла больших толщин. При сварке термически упрочненных сталей следует принять меры, предупреждающие разупрочнение стали на участке отпуска.

При электрошлаковой сварке структура металла швов может характеризоваться наличием зоны 1 крупных столбчатых кристаллов (рисунок 2,а), которые растут в направлении, обратном отводу тепла, зоны 2 тонких столбчатых кристаллов, характеризуемой меньшей величиной зерна и несколько большим их отклонением в сторону теплового центра, и зоны 3 равноосных кристаллов, располагающейся посередине шва. Строение швов зависит от способа электрошлаковой сварки, химического состава металла шва и режима сварки. Повышение содержания в шве углерода и марганца увеличивает, а уменьшение интенсивности теплоотвода, наоборот, уменьшает ширину зоны.

 

 

Рисунок 2. Схема строения структур металла шва при электрошлаковой сварке

При сварке проволочными электродами могут быть только первые две зоны (рисунок 2,б) или какая-либо одна из них. Металл швов, имеющих структуру зоны 2, имеет пониженную стойкость против кристаллизационных трещин. Медленное охлаждение швов при электрошлаковой сварке в интервале температур фазовых превращений способствует тому, что их структура характеризуется грубым ферритно-перлитным строением с утолщенной оторочкой феррита по границам кристаллов. Термический цикл околошовной зоны при электрошлаковой сварке характеризуется ее длительным нагревом и выдержкой при температурах перегрева и медленным охлаждением. Поэтому в ней могут образовываться грубые видманштеттовы структуры, которые по мере удаления от линии сплавления сменяются нормализованной мелкозернистой структурой. В зоне перегрева может наблюдаться падение ударной вязкости, что устраняется последующей термической обработкой (нормализация с отпуском). Термический цикл электрошлаковой сварки, способствуя распаду аустенита в области перлитного и промежуточного превращений, благоприятен при сварке низколегированных сталей, так как способствует подавлению образования закалочных структур.

Основным фактором, определяющим после окончания сварки конечную структуру металла в отдельных участках зоны термического влияния, является термический цикл, которому подвергался металл в этом участке при сварке. Решающими факторами термического цикла сварки являются максимальная температура, достигаемая металлом в рассматриваемом объекте, и скорость его охлаждения. Ширина и конечная структура различных участков зоны термического влияния определяется способом и режимом сварки, составом и толщиной основного металла.

Рассмотренное выше разделение зоны термического влияния является приближенным. Переход от одного структурного участка к другому сопровождается промежуточными структурами. Кроме того, диаграмму железо — углерод мы рассматривали статично, в какой-то момент существования сварочной ванны. В действительности температура в точках зоны термического влияния изменяется во времени в соответствии с термическим циклом сварки.

Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных нетермоупрочненных сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида термической обработки стали до сварки. При сварке низкоуглеродистых горячекатаных (в состоянии поставки) сталей при толщине металла до 15 мм на обычных режимах, обеспечивающих небольшие скорости охлаждения, структуры металла шва и околошовной зоны примерно такие, какие были рассмотрены выше. Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсированных режимах металла повышенной толщины, а также однопроходных угловых швов при отрицательных температурах и т. д. может привести к появлению в металле шва и на участках перегрева полной и неполной рекристаллизации в околошовной зоне закалочных структур. Повышение содержания в стали марганца увеличивает эту вероятность. При этих условиях даже при сварке горячекатаной низкоуглеродистой стали марки ВСтЗ не исключена возможность получения в сварном соединении закалочных структур. Если эта сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение — закалку, то в зоне термического влияния шва на участках рекристаллизации и синеломкости будет наблюдаться отпуск металла, т. е. снижение его прочностных свойств. Изменение этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки.

Изменение свойств металла шва и околошовной зоны при сварке низколегированных сталей проявляется более значительно. Сварка горячекатаной стали способствует появлению закалочных структур на участках перегрева и нормализации. Механические свойства металла изменяются больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Термическая обработка низколегированных сталей — чаще всего закалка (термоупрочнение) с целью повышения их прочности при сохранении высокой пластичности, усложняет технологию их сварки. На участках рекристаллизации и синеломкости происходит разупрочнение стали под действием высокого отпуска с образованием структур преимущественно троостита или сорбита отпуска. Это разупрочнение тем больше, чем выше прочность основного металла в результате закалки. В этих процессах решающее значение имеет скорость охлаждения металла шва и в первую очередь погонная энергия при сварке. Повышение погонной энергии сварки сопровождается снижением твердости и расширением разупрочненной зоны. Околошовная зона, где наиболее резко выражены явления перегрева и закалки, служит вероятным местом образования холодных трещин при сварке низколегированных сталей.

Таким образом, получение при сварке низколегированных сталей, особенно термоупрочненных, равнопрочного сварного соединения вызывает некоторые трудности и поэтому требует применения определенных технологических приемов (сварка короткими участками нетермоупрочненных сталей и длинными участками термоупрочненных и др.). Протяженность участков зоны термического влияния, где произошло изменение свойств основного металла под действием термического цикла сварки (разупрочнение или закалка), зависит от способа и режима сварки, состава и толщины металла, конструкции сварного соединения и др.

В процессе изготовления конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей на заготовительных операциях и при сварке в зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. Попадая при наложении последующих швов под сварочный нагрев до температур около 300 0С, эти зоны становятся участками деформационного старения, приводящего к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и возможному возникновению холодных трещин, особенно при низких температурах или в местах концентрации напряжений. Высокий отпуск при 600— 650 0С в этих случаях является эффективным средством восстановления свойств металла. Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений. Нормализации подвергают сварные конструкции для улучшения структуры отдельных участков сварного соединения и выравнивания их свойств. Термическая обработка, кроме закалки сварных соединений в тех участках соединения, которые охлаждались с повышенными скоростями, приведшими к образованию в них неравновесных структур закалочного характера (угловые однослойные швы, последние проходы, выполненные на полностью остывших предыдущих), снижает прочностные и повышает пластические свойства металла в этих участках. При сварке короткими участками по горячим, предварительно наложенным швам замедленная скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны способствует получению равновесных структур. Влияние термической обработки в этом случае сказывается незначительно. При электрошлаковой сварке последующая термическая обработка мало изменяет механические свойства металла рассматриваемых зон. Однако нормализация приводит к резкому возрастанию ударной вязкости.

Швы, сваренные на низкоуглеродистых сталях всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Однако при сварке на низкоуглеродистых сталях, содержащих углерод по верхнему пределу (свыше 0,20%), угловых швов и первого корневого шва в многослойных швах, особенно с повышенным зазором, возможно образование в металле шва кристаллизационных трещин, что связано в основном с неблагоприятной формой провара (узкой, глубокой). Легирующие добавки в низколегированных сталях могут повышать вероятность образования кристаллизационных трещин. Все низкоуглеродистые и низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Обычно не имеется затруднений, связанных с возможностью образования холодных трещин, вызванных образованием в шве или околошовной зоне закалочных структур. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу и повышенное содержание марганца и хрома, вероятность образования холодных трещин в указанных зонах повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждение трещин достигается предварительным подогревом до 120—200 0С. Предварительная и последующая термическая обработка сталей, использующихся в ответственных конструкциях, служит для этой цели, а также позволяет получить необходимые механические свойства сварных соединений (высокую прочность или пластичность, или их необходимое сочетание).

Подготовку кромок и сборку соединения под сварку производят в зависимости от толщины металла, типа соединения и способа сварки согласно соответствующим ГОСТам или техническим условиям. Свариваемые детали для фиксации положения кромок относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в универсальных или специальных сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Длина прихватки зависит от толщины металла и изменяется в пределах 20—120 мм при расстоянии между ними 500— 800 мм. Сечение прихваток равно примерно 1/3 сечения шва, но не более 25—30 мм2. Прихватки выполняют покрытыми электродами или на полуавтоматах в углекислом газе. При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины из-за высокой скорости теплоотвода. Перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаляют другим способом. При электрошлаковой сварке детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Фиксацию взаимного положения деталей производят скобами, установленными на расстоянии 500—1000 мм друг от друга, удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой и электрошлаковой сварки в начале и конце шва устанавливают заходные и выходные планки.

Сварка стыковых швов вручную или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками выполняется на весу. При автоматической сварке требуются приемы, обеспечивающие предупреждение прожогов и качественный провар корня шва. Это достигается применением остающихся или съемных подкладок, ручной или полуавтоматической в среде защитных газов подварки корня шва, флюсовой подушки и других приемов. Для предупреждения образования в швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений. Дуговую сварку ответственных конструкций лучше производить с двух сторон. Выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термической обработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т. д.) металл в месте дефекта удаляют механическим путем или воздушно-дуговой или плазменной резкой и после зачистки подваривают. При сварке низколегированных сталей от выбора техники и режима сварки (при изменении формы провара и доли участия основного металла в формировании шва) зависят состав и свойства металла шва.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

 

Электроды выбирают в зависимости от назначения конструкций и типа стали , а режим сварки — в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного положения сварки.

Сварку низкоуглеродистых сталей производят электродами: АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55.

Вы можете заказать сварочные элетроды позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04

 

Рекомендуемые для электрода данной марки значения сварочного тока, его род и полярность выбирают согласно паспорту электрода, в котором приводят его сварочно-технологические свойства, типичный химический состав шва и механические свойства. При сварке рассматриваемых сталей обеспечиваются высокие механические свойства сварного соединения и поэтому в большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования в нем закалочных структур.

Техника заполнения швов и определяемый ею термический цикл сварки зависят от предварительной термической обработки стали. Сварка толстого металла каскадом и горкой, замедляя скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, предупреждает образование в них закалочных структур. Это же достигается при предварительном подогреве до 150—200 0С. Поэтому эти способы дают благоприятные результаты на нетермоупрочненных сталях. При сварке термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам. Следует выбирать режимы сварки с малой погонной энергией. При этом достигается и уменьшение протяженности зоны разупрочненного металла в околошовной зоне. При исправлении дефектов в сварных швах на низколегированных и низкоуглеродистых сталях повышенной толщины швами малого сечения вследствие значительной скорости остывания металл подварочного шва и его околошовная зона обладают пониженными пластическими свойствами. Поэтому подварку дефектных участков следует производить швами нормального сечения длиной не менее 100 мм или предварительно подогревать их до 150—200 0С.

Сварка под флюсом:

Автоматическую сварку выполняют электродной проволокой диаметром 3—5 мм, полуавтоматическую — диаметром 1,2—2 мм. Равнопрочность соединения достигается подбором флюсов и сварочных проволок и выбором режимов и техники сварки. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве случаев применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые электродные проволоки Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать электродную проволоку Св-08ГА. Использование указанных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышающими механические свойства основного металла. При сварке низколегированных сталей используют те же флюсы и электродные проволоки Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2 и др. Легирование металла шва марганцем из проволок и кремнием при проваре основного металла, при подборе соответствующего термического цикла (погонной энергии) позволяет получить металл шва с требуемыми механическими свойствами. Использованием указанных материалов достигается высокая стойкость металла швов против образования пор и кристаллизационных трещин. При сварке без разделки кромок увеличение доли основного металла в металле шва и поэтому некоторое повышение в нем углерода может повысить прочностные свойства и понизить пластические свойства металла шва.

Режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей различаются незначительно и зависят от конструкции соединения, типа шва и техники сварки. Свойства металла околошовной зоны зависят от термического цикла сварки. При сварке угловых однослойных швов и стыковых и угловых швов на толстой стали типа ВСтЗ на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне возможно образование закалочных структур с пониженной пластичностью.

Предупреждение: этого достигается увеличением сечения швов или применением двухдуговой сварки.

При сварке низколегированных термоупрочненных для предупреждения разупрочнения шва в зоне термического влияния следует использовать режимы с малой погонной энергией, а при сварке не термоупрочненных сталей — режимы с повышенной погонной энергией. Для обеспечения пластических свойств металла шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла во втором случае следует выбирать режимы, обеспечивающие получение швов повышенного сечения, применять двухдуговую сварку или производить предварительный подогрев металла до 150—200 0С.

Сварка в защитных газах

При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей для защиты расплавленного электродного металла и металла сварочной ванны используют углекислый газ. В качестве защитных находят применение и смеси углекислого газа с аргоном или кислородом до 30%. Аргон и гелий в качестве защитных газов применяют только при сварке конструкций ответственного назначения. Сварку в углекислом газе выполняют плавящимся электродом. В некоторых случаях для сварки используют неплавящийся угольный или графитовый электрод.

Этот способ применяют при сварке бортовых соединений из низкоуглеродистых сталей толщиной 0,3—2,0 мм (например, канистр, корпусов конденсаторов и т. д.). Так как сварку выполняют без присадки, содержание кремния и марганца в металле шва невелико. В результате прочность соединения составляет 50—70% прочности основного металла.

При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, используют электродную проволоку диаметром до 1,2 мм, а при сварке швов, расположенных в нижнем положении — проволоку диаметром 1,2—3,0 мм.

 

Проволока для сварки в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей:

Свариваемая сталь                                                                  Сварочная проволока

Ст1, Ст2, Ст3                                                                         Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС

10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС, 09Г2С                                            Св-08Г2С, Св-08ХГ2С

 

Структура и свойства металла швов и околошовной зоны на низкоуглеродистых и низколегированных сталях зависят от использованной электродной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки (термического цикла сварки, доли участия основного металла в формировании шва и формы шва). Влияние этих условий и технологические рекомендации примерно такие же, как и при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом.

На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в газе в швах могут образовываться поры. При сварке в углекислом газе влияние ржавчины незначительно. Увеличение напряжения дуги, повышая, угар легирующих элементов, ухудшает механические свойства шва.

Сварка порошковой проволокой и проволокой сплошного сечения без дополнительной защиты

Одним из преимуществ сварки открытой дугой порошковой проволокой по сравнению со сваркой в углекислом газе является отсутствие необходимости в газовой аппаратуре и возможность сварки на сквозняках, при которых наблюдается сдувание защитной струи углекислого газа. При правильно выбранном режиме сварки обеспечивается устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва. В качестве источников тока можно использовать выпрямители и преобразователи с крутопадающими внешними вольт-амперными характеристиками. Недостатком этого способа сварки является возможность сварки только в нижнем и вертикальном положениях из-за повышенного диаметра выпускаемых промышленностью проволок и повышенной чувствительности процесса сварки к образованию в швах пор при изменениях вылета электрода и напряжения дуги. Особенностью порошковых проволок является также и малая глубина проплавления основного металла.

При использовании проволоки ПП-1ДСК для соединений с повышенным зазором между кромками в швах могут образовываться поры. Проволока ЭПС-15/2 для получения швов без пор требует соблюдения режимов в узком диапазоне. Большие рабочие токи ограничивают применение этой проволоки для сварки металла малых толщин. Проволоки ПП-АН7 и ПП-2ДСК имеют хорошие сварочно-технологические свойства в широком диапазоне режимов. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей рекомендуется использовать проволоки ПП-2ДСК, и ПП-АН4, обеспечивающие получение шва с хорошими показателями хладноломкости.

Электроды для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей — АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 вы можете заказать позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04 

Сварка средне- и низкоуглеродистых низколегированных сталей: особенности технологии

Особенности технологии сварки низколегированных сталей определяются процентным содержанием в них углерода и количеством и номенклатурой легирующих элементов. Общее правило – для сварки требуются электроды, содержащие углерода, серы и водорода меньше, по сравнению с электродами, используемыми для конструкционных нелегированных сталей. Такая мера позволяет предотвратить образование кристаллизационных трещин, к которым низколегированные стали склонны в значительной степени.

Сварка низкоуглеродистых низколегированных сталей

К этой группе принадлежат железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,22%. Такая металлопродукция востребована для создания сварных конструкций с повышенными требованиями к прочности. По технологиям сварки (ручная электродуговая, в среде защитного газа, газовая) и реакции на температурный цикл низкоуглеродистая низколегированная сталь сходна с нелегированной низкоуглеродистой. Отличием является большая склонность низколегированного сплава к появлению в шве и околошовной зоне закалочных структур при быстром охлаждении.

Особенности сварки сталей различных марок

  • 09Г2С, 09Г2, 10ХСНД, 10Г2С1, 10Г2Б. Не склонны к перегреву и закалке во время сварочного процесса. Ручную электродуговую сварку этих низколегированных сталей осуществляют электродами типа Э50А, обеспечивающими равнопрочность соединения. При этом твердость и прочность металла, прилегающего ко шву, почти не отличаются от аналогичных характеристик основы.
  • 14ХГС, 15ХСНД. При сварке появляются закалочные структуры, перегревается металл в околошовной зоне. Во избежание этих проблем рекомендуется производить сварку на сниженной тепловой энергии, что достигается установкой пониженного сварочного тока и применением электродов меньшего диаметра (по сравнению с низкоуглеродистыми сталями). Тип электродов – Э50А или Э55. При соблюдении вышеперечисленных условий сварку можно производить без ограничений по толщине свариваемых элементов при температурах выше -10°C. В диапазоне -10…-25°C требуется предварительный подогрев. Вести сварочные работы при температурах ниже -25°C с этими марками запрещено.
  • 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ – менее подвержены перегреву, по сравнению с предыдущими марками, благодаря легированию ванадием и азотом.

Для работы с низкоуглеродистыми низколегированными сталями рекомендуются электроды с фтористокальциевыми покрытиями: УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, УОНИ 13/85, ОЗС-2, ЦУ-1, ЦЛ-18, НИАТ-5. Электроды с руднокислыми покрытиями при создании конструкций ответственного назначения не используются.

При изготовлении крупногабаритной продукции из сталей 09Г2С, 16ГС, 15ХСНД, 14Г2 толщиной до 160 мм чаще всего применяется электрошлаковая сварка. Рекомендуемые виды проволоки: Св-08ГС, Св-10Г2. Проволока марок Св-08А и Св-08ГА обеспечивает меньшую прочность.

Сварка среднеуглеродистых низколегированных сталей

Технология сварочного процесса для марок 18Г2Ф, 35 ХМ и им подобных аналогична сварке среднелегированных сталей. Для этих сплавов характерны: перегрев, образование закалочных структур, трещинообразование. Чем выше процентное содержание углерода и легирующих компонентов, тем больше затруднена сварка.

Особенности сварочного процесса среднеуглеродистых низколегированных сталей

  • Электроды – с фтористо-кальциевым покрытием.
  • Многослойные швы, выполненные каскадным и блочным методами. Длина ступени при каскадном способе составляет обычно 150-200 мм.

Замедление охлаждения сварочного шва.

Сварка низкоуглеродистых сталей – Осварке.Нет

Низкоуглеродистыми называют стали с низким содержанием углерода до 0,25%. Низколегированными называют стали с содержанием до 4% легирующих элементов без учета углерода.

Хороша свариваемость низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей является главной причиной их массового применения для производства сварочных конструкций.

Химический состав и свойства сталей

[context] В углеродистых конструкционных сталях углерод основной легирующий элемент. От количества содержания этого элемента зависят механические свойства сталей. Низкоуглеродистые стали разделяют на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества

В зависимости от степени раскисления стали обыкновенного качества разделяют на:

  • кипящие — кп;
  • полуспокойные — пс;
  • спокойные — сп.
Кипящие стали

Стали этой группы содержат не более 0,07% кремния (Si). Получают сталь путем неполного раскисления стали марганцем. Отличительной особенностью кипящей стали является неравномерное распределение серы и фосфора по толщине проката. Попадание участка со скоплением серы в зону сварки может привести к появлению кристаллизационных трещин в шве и зоне термического влияния. Находясь в среде пониженных температур такая сталь может перейти в хрупкое состояние. Поддавшись сварке такие стали могут стареть в околошовной зоне.

Спокойные стали

Спокойные стали содержат не менее 0,12% кремния (Si). Получают спокойные стали при раскислении стали марганцем, кремнием, алюминием. Отличаются более равномерным распределением в них серы и фосфора. Спокойные стали меньше отзываются на нагрев, меньше склонны к старению.

Полуспокойные стали

Полуспокойные стали имеют средние характеристики между спокойными и кипящими сталями.

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.

Качественные стали

Низкоуглеродистые качественные стали поставляют с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца. Качественные стали содержат пониженное количество серы. Для изготовления сварочных конструкций из сталей этой группы применяют стали в горячекатаном состоянии, реже стали с термической обработкой. Сварка этих сталей для повышения прочности конструкции может производится с последующей термической обработкой.

Низколегированные стали

Если в углеродистую сталь вводят специальные химические элементы, которые изначально в ней отсутствует, то такую сталь называют легированной. Марганец и кремний считают легирующими компонентами если их содержание превышает 0,7% и 0,4% соответственно. Поэтому стали ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 15Г и 20Г считают одновременно низкоуглеродистыми и низколегированными конструкционными сталями.

Легирующие элементы способны образовывать соединения с железом, углеродом и другими элементами. Это способствует улучшению механических свойств сталей и снижает предел хладноломкости. Как следствие появляется возможность снизить массу конструкции.

Легирование металла марганцем влияет на повышение ударной вязкости и стойкость к хладноломкости. Сварочные соединения с марганцовистых сталей отличаются более высокой прочностью при знакопеременных ударных нагрузках. Повысить стойкость стали от атмосферной и морской коррозии можно легированием медью (0,3-0,4%). Большинство низколегированных сталей для производства сварочных конструкций используют в горячекатаном состоянии. Механические свойства легированных сталей можно улучшить термической обработкой, поэтому некоторые марки сталей для сварных конструкций используют после термической обработки.

Свариваемость низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать равные механические свойства шва и основного металла (не ниже нижнего предела свойств основного металла). В ряде случаев обусловленных условиями работы конструкции допускается снижение некоторых механических свойств шва. В шве должны отсутствовать трещины, непровары, поры, подрезы и другие дефекты. Форма и геометрические размеры шва должны соответствовать требуемым. К сварному соединению могут предъявляться дополнительные требования, которые связаны с условиями работы конструкции. Все без исключения сварочные швы должны быть долговечными и надежными, а технология обеспечивать производительность и экономичность процесса.

На механические свойства сварного соединения влияет его структура. Структура металла при сварке зависит от химического состава материала, режимов сварки и термической обработки.

Подготовка и сборка деталей под сварку

[context] Подготовку и сборку под сварку осуществляют в зависимости от типа сварочного соединения, способа сварки и толщины металла. Для выдерживания зазора между кромок и правильного положения деталей используют специально созданные сборочные приспособления или универсальные приспособления (подходят для многих простых деталей). Сборку могут выполнять с использованием прихваток, размеры которых зависят от толщины свариваемого металла. Прихватка может быть длиной 20-120 мм, а расстояние между ними 500-800 мм. Сечение прихватки равно примерно трети шва, но не более 25-30 мм2. Прихватки можно выполнять ручной дуговой сваркой или механизированной сваркой в защитных газах. Прежде чем переходить к сварке конструкции прихватки зачищают, осматривают и при наличии них дефектов вырубают или удаляют другими методами. Во время сварки прихватки полностью переплавляют из-за возможного возникновения в них трещин как результат быстрого теплоотвода. Перед электрошлаковой сваркой детали размещают с зазором, который постепенно увеличивается к концу шва. Фиксация деталей для сохранения их взаимоположения выполняется с помощью скоб. Скобы должны быть на расстоянии 500-1000 мм. Удалять их необходимо по мере наложения шва.

При автоматических методах сварки следует устанавливать заходные и выходные планки. При автоматической сварке тяжело обеспечить качественный провар корня шва и предупредить прожоги металла. Для этого применяют остающиеся и съемные подкладки, флюсовые подушки. Можно также сваривать корень шва ручной дуговой сваркой или полуавтоматической в защитных газах, а остальную часть шва выполнять автоматическими методами.

Сварка ручными и механизированными методами выполняется на весу.

Кромки сварочных деталей тщательно зачищают от шлака, ржавчины, масла и других загрязнений для предупреждения образования дефектов. Ответственные конструкции сваривают преимущественно с двух сторон. Способ заполнения разделки кромок при сварке толстостенных конструкций зависит от его толщины и термический обработки металла перед сваркой. Выявленные после сварки непровары, трещины, поры и другие дефекты удаляют механическим инструментом, воздушно-дуговой или плазменной резкой, после чего заваривают обратно. При сварке низкоуглеродистых сталей свойства и химический состав сварного соединения во многом зависит от используемых материалов и режимов сварки.

Ручная дуговая сварка низкоуглеродистых сталей

Для получения качественного соединения при помощи ручной дуговой сварки необходимо правильно выбрать сварочные электроды, выставить режимы и применить правильную технику сварки. Недостатком ручной сварки является большая зависимость от опыта и квалификации сварщика, несмотря на хорошую свариваемость рассматриваемых сталей.

Сварочные электроды следует выбирать исходя из типа свариваемой стали и назначения конструкции. Для этого можно воспользоваться каталогом электродов, где хранятся паспортные данные множества марок электродов.

При выборе электрода следует обратить внимание на рекомендуемые условия по роду и полярности тока, пространственного положения, силе тока и т. д. В паспорте на электроды может указываться типичный состав наплавленного металла и механические свойства соединения выполненных этими электродами.

Подробнее о режимах и технике ручной дуговой сварке можете прочитать здесь:

В большинстве случаев сварка низкоуглеродистых сталей производиться без мер направленных на предупреждение образования закалочных структур. Но все же при сварке толстостенных угловых швов и первого слоя многослойного шва для предотвращения образования трещин используют предварительный подогрев деталей до температуры 150-200° C.

При сварке нетермоупрочненных сталей хороший эффект достигается использованием методов сварки каскадом и горкой, что не дает металлу шва быстро остывать. Этот же эффект дает предварительный подогрев до 150-200° C.

Для сварки термоупрочненных сталей рекомендуется выполнять длинные швы по охлажденным предыдущим швам, чтобы избежать разупрочнения околошовной зоны. Также следует выбирать режимы с малой погонной энергией. Исправление дефектов при многослойной сварке следует делать швами большого сечения, длиной  не менее 100 мм или предварительно подогревать сталь до 150-200° C.

Дуговая сварка в защитных газах низкоуглеродистых сталей

Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляется с применением углекислого газа или его смесей в качестве защитного газа. Можно применять смеси углекислый газ + аргон или кислород до 30%. Для ответственных конструкций сварку можно выполнять с использованием аргона или гелия.

В некоторых случаях применяют сварку угольным и графитовым электродом, для сварки бортовых соединений толщиной 0,2-2,0 мм (например, корпуса конденсаторов, канистры и т. д.). Так как сварка выполняется без использования присадочного прутка, содержание марганца и кремния в шве невелико, в результате теряется прочность соединения на 30-50% ниже от основного металла.

Сварка в углекислом газе выполняется с использованием сварочной проволоки. Для автоматической и полуавтоматической сварки в разных пространственных положениях применяют проволоку диаметром до 1,2 мм. Для нижнего положения используют проволоку 1,2-3,0 мм.

Таблица 1. Выбор проволоки для сварки в среде защитных газов низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Сталь ВСт1, Вст2 ВСт3 10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС, 09Г2, 14Г2 и им подобные
Проволока Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС Св-08ГС, Св-08Г2С Св-08Г2С (при одно- и двухслойной сварке), св-08ХГ2С

Как видно из таблицы для сварки всех сталей можно использовать проволоку Св-08Г2С.

 

Сварка низкоуглеродистых сталей под флюсом

Качественное сварное соединение с равной прочностью шва и основного металла достигается путем правильного подбора флюсов, проволоки, режимов и техники сварки. Автоматическую сварку под флюсом низкоуглеродистых сталей рекомендуют выполнять проволокой диаметра от 3 до 5 мм, полуавтоматическую сварку под флюсом диаметром 1,2-2 мм. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45. Низкоуглеродистую сварочную проволоку марок Св-08 и Св-08А, а для ответственных конструкций можно применить проволоку Св-08ГА. Такой комплект сварочных материалов позволяет получить швы с равными или превышающими механическими свойствами основному металлу.

Для сварки низколегированных сталей рекомендуется применять сварочную проволоку Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2 и другие с содержанием марганца. Флюсы что и для низкоуглеродистых сталей. Такие материалы позволяют получить необходимые механические свойства и стойкость металла от образования пор и трещин. При сварке без скоса кромок увеличение доли основного металла в металле шва может повысить содержание углерода. Это повышает прочностные свойства, но уменьшает пластические свойства соединения.

Таблица 1. Расходные материалы для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей под флюсом
Марка стали Марка плавленного флюса Сварочная проволока
ВСт1-ВСт3 АН-348-А, ОСЦ-45, ФЦ-9 и керамические К-11, КВС-19 Св-08, Св-08А, для ответственных конструкций Св-08ГА
09Г2 АН-22 Св-08ГА
12ГС, 16ГС, 10Г2С1, 17ГС, 17Г1С АН-60 Св-ГСМТ (для стали 12ГС также Св-10ГА)
09Г2С АН-22 Св-08ГА, Св-10НМА, Св-10ГА
10ХСНД АН-348-А Св-08ГСМТ
15ХСНД АН-348-А, АН-22 Св-10Г2, Св-08ХГСМА

Режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей отличаются незначительно и зависят от техники сварки, типа соединения и шва. При сварке угловых однослойных швов, угловых и стыковых швов толстой стали марки ВСт3 на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне могут образовываться закалочные структуры и понизиться пластичность. Для предотвращения этого следует увеличить сечение шва или применить двухдуговую сварку.

Таблица 2. Соотношение толщины металла и сечения слоя шва
Толщина листа, мм 8-10 10-22 24-60
Сечение слоя образованного из электродного металла, мм  25 35 50

Для предупреждения разрушения шва в зоне термического влияния при сварке низколегированных сталей следует использовать режимы с малой погонной энергией, а для сварки не термоупрочненных сталей — режимы с повышенной погонной энергией. Во втором случае для обеспечения пластических свойств шва и прилегающей зоны не хуже основного металла необходимо применять двухдуговую сварку или предварительный подогрев до 150-200° C.

Сварка сталей HSLA — TWI

Существует два метода, с помощью которых достигается как высокая прочность на разрыв, так и ударная вязкость — микролегированием с добавлением небольших количеств прочных карбидных и нитридных форм и очень тщательным контролем температуры прокатки — контролируемая прокатка или термомеханическая обработка (TMCP). стали).

Наивысшая прочность достигается за счет комбинации двух методов. Цель обоих методов состоит в том, чтобы получить как можно меньший размер зерна, мелкое зерно, обеспечивающее наилучшую ударную вязкость, и каждое уменьшение диаметра зерна вдвое, обеспечивающее 50% -ное увеличение прочности на разрыв.

Повышение свариваемости является дополнительной целью, и это достигается за счет снижения закаливаемости стали, содержание углерода в некоторых сталях ниже 0,05% C, и снижения нежелательных элементов, таких как сера и фосфор, до как можно более низкого уровня.

Для компенсации потерь углерода и увеличения прочности на разрыв вносятся небольшие добавки легирующих элементов, таких как ниобий (<0,10%), титан (<0,030%) и ванадий (<0,15%), возможно, также с небольшими количествами молибдена. , хром, медь и азот.Эти элементы представляют собой сильные карбидо- и нитридообразователи, образующие тонкую дисперсию стабильных выделений, которые препятствуют росту зерна во время горячей прокатки и способствуют зародышеобразованию мелкозернистого феррита во время охлаждения.

Эти элементы также обеспечивают некоторое увеличение прочности за счет дисперсионного твердения. Контролируемая прокатка методом горячей прокатки TMCP также может использоваться для обеспечения дополнительного измельчения зерна и, следовательно, увеличения прочности на разрыв и ударной вязкости. ТМСР проводят при температуре примерно или чуть ниже температуры рекристаллизации стали i.е. ниже примерно 900 ° C, в результате чего образуются удлиненные кристаллы аустенита. Ускоренное охлаждение от температуры прокатки затем вызывает образование очень мелкозернистого феррита на границах зерен аустенита.

Несмотря на улучшенную свариваемость этих сталей, существуют некоторые производственные проблемы. Во-первых, водород вызывает холодное растрескивание.

Низкое содержание углерода — и, следовательно, низкий углеродный эквивалент, иногда менее 0,30CE v — означает, что эти стали имеют низкую чувствительность к водородному холодному растрескиванию (см. Рабочие знания 45, но обратите внимание, что стандартная формула эквивалента углерода IIW недействительна. для всех этих сталей, и на них нельзя всегда полагаться при расчете температур предварительного нагрева).

Таким образом, стали HSLA можно сваривать с меньшим предварительным нагревом, чем было бы допустимо для обычных углеродисто-марганцевых сталей, несмотря на их более высокую прочность. Следовательно, наибольший риск образования холодных трещин в этих типах сталей связан с металлом сварного шва, а не в ЗТВ. На это есть несколько причин; a) Высокая прочность основного металла означает более высокие остаточные напряжения во время сварки. b) Чтобы соответствовать пределу прочности и ударной вязкости основной стали, присадочные металлы должны быть более высоколегированными и, следовательно, будут иметь более высокий CE v , возможно, до 0.6CE v (IIW) при согласовании прочности на разрыв стали с пределом текучести 700 МПа с электродом E11018-G. c) Металл сварного шва превращается из аустенита в феррит при более низкой температуре, чем основная сталь (в обычной углеродо-марганцевой стали, как правило, наоборот), что означает, что любой водород в HAZ переходит в все еще аустенитный металл сварного шва, который имеет высокую растворимость в водороде. Поэтому рекомендуется предварительный нагрев на основе состава металла сварного шва и следует использовать методы с низким содержанием водорода.Исключением из этого правила являются трубопроводные стали HSLA, специально предназначенные для сварки целлюлозными электродами. Консультации относительно температуры предварительного нагрева для конкретных сталей следует запрашивать у производителя стали.

Во-вторых, даже несмотря на то, что стали обычно имеют очень низкий уровень серы, стали, содержащие менее 0,05% C, могут страдать от трещин при затвердевании в корневом проходе стыковых соединений, особенно если корневой валик наплавляется при высокой скорости сварки. Причина этого в том, что из-за сильного разбавления присадочного металла металл шва образуется с низким содержанием углерода.Это низкое содержание углерода, в свою очередь, приводит к чрезмерному росту зерен аустенита во время сварки, и эти большие зерна увеличивают риск растрескивания центральной линии затвердевания в корневом валике. Эта проблема, по-видимому, наиболее распространена при сварке стыковых соединений труб с использованием целлюлозных электродов, вероятно, из-за возможности использования быстрой техники сварки вертикально вниз.

В-третьих, могут возникнуть проблемы с твердостью и прочностью в ЗТВ. Производитель стали уделяет большое внимание контролю температуры прокатки и скорости охлаждения для обеспечения желаемых свойств.Затем деталь сваривается, образуя зону термического влияния, которая подверглась неконтролируемому циклу термообработки. Микроструктура в ЗТВ будет варьироваться в зависимости от состава стали и подводимого тепла в процессе сварки. Большое количество тепла будет способствовать росту зерна, что отрицательно скажется как на прочности, так и на ударной вязкости. Как показывает практика, тепловложение должно быть ограничено максимумом примерно 2,5 кДж / мм, а температура между проходами должна поддерживаться на уровне 250 ° C, хотя некоторые стали, содержащие титан и бор, могут выдерживать тепловложение до 4.5 кДж / мм без чрезмерной потери прочности. Для окончательного утверждения о контроле теплоподвода следует обратиться за советом к производителю стали.

Эти стали ни в коем случае нельзя подвергать нормализации или отпуску, хотя термообработка после сварки (PWHT) часто является требованием, когда толщина компонента превышает примерно 35-40 мм. При применении PWHT необходимо соблюдать осторожность, чтобы температура выдержки не превышала 600 ° C; часто указывается диапазон температур от 550 ° C до 600 ° C. Причина этого в том, что многие стали TMCP подвергаются ускоренному охлаждению до температуры около 620 ° C; термообработка при этой температуре или близкой к ней приведет к существенному снижению прочности на разрыв из-за чрезмерного отпуска.То же ограничение применяется к любой горячей обработке — лист не должен подвергаться горячей прокатке, а температура местного нагрева для коррекции деформации не должна превышать 600 ° C.

Дополнительные рекомендации по сварке этих сталей можно найти в торговой литературе и в спецификации EN 1011 Часть 2 Сварка — Рекомендации по сварке металлических материалов: Дуговая сварка ферритных сталей .

Эту статью написал Джин Мазерс .

Что такое низколегированная сталь

Знание типа используемой низколегированной стали и подбор подходящего присадочного металла имеет решающее значение для достижения целостности сварного шва.

Благодаря добавлению определенных сплавов низколегированные стали обладают точным химическим составом и обеспечивают лучшие механические свойства, чем многие обычные мягкие или углеродистые стали. Эти сплавы обычно составляют от 1 до 5 процентов от содержания стали и добавляются в зависимости от их способности обеспечивать очень специфический атрибут.Например, добавление молибдена улучшает прочность материала; никель добавляет прочности; а хром увеличивает термостойкость, твердость и коррозионную стойкость. Марганец и кремний, другие распространенные легирующие элементы, обладают отличными способностями к раскислению.

К счастью, несмотря на добавление этих элементов, низколегированные стали не всегда трудно сваривать. Тем не менее, точное знание того, какой тип низколегированной стали у вас есть, имеет решающее значение для достижения хорошей целостности сварного шва, как и правильный выбор присадочного металла.

Общие области применения низколегированной стали

Первый шаг в понимании низколегированной стали — это узнать о ее распространенных применениях, которые сильно различаются во многих отраслях промышленности. Области применения низколегированной стали варьируются от военной техники, землеройного и строительного оборудования и судов до трубопроводов повышенной проходимости, сосудов и трубопроводов высокого давления, нефтяных буровых платформ и конструкционной стали.

Несколько общих групп низколегированных сталей, начиная со сталей HY 80, HY 90 и HY 100, используются для строительства корпусов судов, подводных лодок, мостов и внедорожной техники.Эти низколегированные стали содержат никель, молибден и хром, которые повышают свариваемость материала, ударную вязкость и предел текучести. При сварке этих низколегированных сталей предварительный и последующий нагрев обычно не требуется. Всегда обращайтесь к процедуре сварки, чтобы определить требования.

Другой тип низколегированной стали — высокопрочная низколегированная (HSLA) — отличается от других низколегированных марок тем, что каждый тип был создан для удовлетворения конкретных механических требований, а не определенного химического состава.Применения HSLA включают военные корабли, конструкционную сталь и другие, известные своей прочностью.

Разработанные для обеспечения прочности, ударной вязкости при низких температурах и пластичности, стали ASTM A514, A517 и T1 закалены и отпущены и используются в таких областях, как производство тяжелого оборудования и изготовление котлов и сосудов высокого давления.

Погодостойкие стали, такие как ASTM A242, A588 и A709 Grade 50W, используют определенные сплавы для создания защитного, коррозионно-стойкого слоя. Этот слой также придает состаренный вид готовой стали и впервые был представлен как COR-TEN®.Износостойкая сталь популярна в произведениях искусства, в мостах и ​​в качестве облицовочного материала зданий для достижения особого эстетического вида.

Поиск подходящего присадочного металла

Присадочные металлы, используемые для сварки низколегированных сталей (независимо от конкретного типа), обычно соответствуют химическому и механическому составу основного металла. Хотя присадочный металл может быть указан в технических требованиях к работе, все же важно знать, как разные проволоки взаимодействуют с различными низколегированными основными материалами.Затем вы можете выбрать подходящий низколегированный присадочный металл, сравнив имеющуюся у вас информацию о основном металле со спецификациями AWS для каждой проволоки.

Как правило, низколегированные присадочные металлы классифицируются по их пределу прочности на разрыв в килограммах на квадратный дюйм (80 KSI или выше) и содержат легирующие элементы, такие как хром, никель или молибден. Эти присадочные металлы разработаны с учетом конкретных низколегированных базовых материалов, их химического состава, прочности металла сварного шва и требований к применению.

Для обеспечения успешной сварки присадочные металлы для низколегированных сталей должны соответствовать или превосходить основной металл по пределам прочности и текучести, а также по характеристикам удлинения и ударной вязкости (V-образный надрез по Шарпи). Однако идеальное совпадение не всегда возможно, поэтому необходимо найти наиболее близкое из возможных, за некоторыми исключениями, конечно.

Например, при сварке разнородных низколегированных сталей обычно рекомендуется согласовывать присадочные металлы с более низкопрочным основным материалом.И наоборот, чтобы получить меньшее поперечное сечение сварного шва, вы можете превзойти прочность основного материала. Превышение соответствия происходит, когда используемый присадочный металл имеет более высокую прочность, чем основной материал. Эта практика сложна, поскольку может привести к растрескиванию (особенно, если прочность металла сварного шва намного превышает прочность основного металла), например, когда используется низколегированный присадочный металл с более высоким содержанием хрома и молибдена, чем основной металл. Превышение соответствия следует проводить только в том случае, если конкретная конструкция сустава указывает на то, что это лучшая процедура.

Еще один фактор, который следует учитывать при подборе низколегированных присадочных металлов, — это толщина низколегированной стали, которую вы планируете сваривать. Например, закаленные и отпущенные стали, такие как A514, обладают определенными характеристиками растяжения, текучести и удлинения до тех пор, пока их толщина не превышает 21/2 дюйма. Их механические свойства изменяются, если материал толще, чем это. За это изменение ответственны процессы закалки и отпуска, поскольку более толстый материал закаливается медленнее и приводит к более низким минимальным пределам текучести и прочности.Поэтому для более толстого материала могут потребоваться присадочные металлы меньшей прочности.

Выбор низколегированного присадочного металла также определяется приложением. Например, соединение, которое требует термообработки после сварки (PWHT), выигрывает от присадочного металла, легированного молибденом, чтобы гарантировать, что материал сохраняет свою прочность. К таким применениям относится PWHT сосудов под давлением, которая помогает улучшить характеристики ударной вязкости или ударной вязкости и снизить любые остаточные напряжения в сварном шве, которые могут вызвать его преждевременный выход из строя.

Другим примером является применение в условиях высокой усталости, такое как землеройное оборудование, для которого требуется присадочный металл с более высокой вязкостью. Присадочный металл, легированный никелем, обеспечивает большую устойчивость к циклическим нагрузкам и усталости в такой ситуации, а также обеспечивает более высокую прочность и лучшую ударную вязкость, чем низкоуглеродистая сталь, при низких температурах.

Классификация присадочных металлов

Как и другие присадочные металлы, низколегированные присадочные металлы классифицируются по AWS.

На рис. 1 показаны классификации AWS для низколегированной порошковой проволоки с защитным газом, в частности, для низколегированной порошковой проволоки с металлическим сердечником, а на рис. 2 — для низколегированной порошковой проволоки.

В обоих случаях первый пробел в классификации просто указывает «электрод». Следующие два поля относятся к пределу прочности на разрыв (x 10 KSI) и возможностям сварочного положения, за которыми следует, сплошная (S) или композитная (C) проволока. Окончательный химический состав металла шва (также известный как его класс продукта) — это последнее место. В каждой из этих классификаций химический состав в сочетании с пределом прочности на разрыв указывает на правильный присадочный металл.

Буква в поле химический состав указывает на класс продукта присадочного металла.Каждый класс продукции, в свою очередь, соответствует определенным химическим и механическим требованиям в зависимости от сплава, который содержится в присадочном металле. Эти сплавы определяют общую свариваемость и пригодность присадочного металла, характеристики окончательного сварного шва и область применения, для которой он предназначен.

Например, низколегированные присадочные металлы, относящиеся к классу продукции B (B2, B3, B6 и B8 / 9), содержат различные количества хрома и молибдена, добавленные к ним для повышения их коррозионной стойкости.Эти присадочные металлы обычно используются при высоких температурах. Аналогичным образом, низколегированные присадочные металлы в классе изделий K (K2, K3 и K4) имеют разное количество марганцево-никелево-молибденовой смеси для повышения прочности, что делает их идеальными для сварки сталей HSLA.

На рис. 3 приведены подробные сведения о других классах низколегированных присадочных материалов, а также их сплавах, характеристиках и рекомендуемых областях применения. Эта информация должна помочь вам выбрать подходящий низколегированный присадочный металл для низколегированной стали.

Как и в любом сварочном процессе, образование является ключом к пониманию низколегированных сталей и присадочных металлов, используемых для их сварки. Фактически, вооружение себя этими знаниями может означать разницу между существенными механическими отказами и продолжающимся успехом сварки. Кроме того, всегда внимательно ознакомьтесь с процедурами сварки для вашего конкретного применения. Наконец, помните, что обращение к проверенному дистрибьютору сварочного оборудования или производителю присадочного металла часто может помочь решить любые дополнительные вопросы, которые могут у вас возникнуть.п

Урок 1 — Основы дуговой сварки

Урок 1 — Основы дуговой сварки © АВТОРСКИЕ ПРАВА 1999 УРОК ГРУППЫ ЭСАБ, ИНК. I, ЧАСТЬ А элементы добавляются для повышения прочности и ударной вязкости, для уменьшения или увеличения реакция на термическую обработку и на замедлить ржавление и коррозию. Низколегированная сталь обычно обычно определяется как имеющий от 1,5% до 5% общее содержание сплава. Обычные легирующие элементы — марганец, кремний, хром, никель, молибден и ванадий.Низколегированные стали могут содержат целых четыре или пять эти сплавы в разных количествах. 1.2.2.1 Низколегированные стали обладают более высоким пределом прочности. и предел текучести по сравнению с конструкцией из низкоуглеродистой стали или углеродистой стали. стали. Поскольку они имеют высокое отношение прочности к весу, они сокращают мертвые вес в железной дороге легковые автомобили, рамы грузовиков, тяжелая техника и т. д. 1.2.2.2 Обычные углеродистые стали, демонстрирующие хрупкость при низких температурах, ненадежны в критические приложения.Поэтому низколегированные стали с добавками никеля часто используются для низких температурные ситуации. 1.2.2.3 Стали теряют большую часть своей прочности при высоких температурах. Чтобы восполнить эту потерю прочность при повышенных температурах, небольшое количество хрома или молибдена добавлен. 1.2.3 Высокая Легированная сталь — Эта группа дорогих и специализированных сталей содержит уровни сплава более 10%, что придает им исключительные свойства. 1.2.3.1 Аустенитная марганцовистая сталь содержит высокий уровень углерода и марганца, что дает это два исключительных качества: способность затвердевать при холодной работе и большая стойкость.Термин аустенитная относится к кристаллической структуре этих сталей. 1.2.3.2 Нержавеющая сталь Стали — это высоколегированные стали, устойчивые к коррозии. Этот характеристика в основном из-за высокое содержание хрома, то есть 10% или больше. Никель также используется в значительных количествах в некоторых нержавеющих сталях. 1.2.3.3 Инструментальные стали используются для резки и формовочные операции. Это высококачественная сталь используется при изготовлении инструментов, штампов, штампов, штампов для экструзии, поковок и т. д.В зависимости от их свойств и их иногда называют водоотверждающими, ударопрочная, масляная закалка, закалка на воздухе и инструментальная сталь для горячей обработки. 1.2.3.4 Потому что высокого уровня легирующих элементов, особый уход и методы требуется при сварке высоколегированных сталей.

От А до З: Знакомство с низколегированными присадочными металлами

26 нояб.2014 г.

Для сварочных работ, начиная от энергетического рынка и заканчивая производством тяжелого оборудования и проектами по производству конструкционной стали, компании полагаются на низколегированные стали из-за их механических и химических свойств.Эти металлы обладают преимуществом повышенной прочности и ударной вязкости; способность сохранять прочность и сопротивляться ползучести при высоких температурах; и устойчивость к атмосферной коррозии. Эти характеристики могут сделать низколегированные стали выгодным и экономичным вариантом для конечных пользователей.

Для сварочных работ, охватывающих диапазон от энергетического рынка до тяжелого оборудования
или производства кранов и проектов конструкционной стали, компании
стали полагаться на низколегированные стали из-за их экономической эффективности
, а также их механических и химических свойств.

Низколегированные стали приобретают свои механические и химические свойства за счет добавления легирующих элементов, включая никель, хром, молибден и марганец. Реже производители присадочного металла добавляют ванадий или медь. Каждый элемент дает определенное преимущество. Никель обеспечивает ударную вязкость, хром обеспечивает сопротивление ползучести и жаропрочность, а марганец обладает способностью к закаливанию и раскислением. Молибден также обладает способностью к закалке в дополнение к высокотемпературной прочности.В зависимости от типа низколегированной стали могут присутствовать различные количества легирующих элементов. К распространенным низколегированным сталям относятся:

Стали с высоким пределом текучести : HY-80, HY-90 и HY-100 для судостроения, производства мостов и внедорожной техники

Высокопрочные низколегированные (HSLA) стали для легковых и грузовых автомобилей, кранов и мостов.

Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь : A514 для конструкционной стали и A517 для сосудов под давлением.Иногда их называют сталями Т-1.

Погодостойкая сталь : A242, A588 и A709 класса 50 для строительных конструкций, мостов и уличных скульптур.

Хромомолибденовые стали : A335, A213 и A387 для нефтехимии и энергетики.

Термообрабатываемые низколегированные стали : AISI 4130, AISI 4140 и AISI 8630 для валов, конструкционных труб и труб для транспортировки сжатых газов.

Обычно низколегированные стали имеют предел прочности на растяжение 80 000 фунтов на квадратный дюйм (80 тысяч фунтов на квадратный дюйм) или больше. Как и в случае с любым другим материалом, им требуется присадочный металл, способный соответствовать их химическому составу и обеспечивать желаемую прочность окончательного сварного шва. С этой целью низколегированные присадочные металлы доступны в различных классификациях продуктов, что делает их пригодными для использования в различных низколегированных сталях.

Соответствие присадочного металла
Как правило, более высокая прочность, обеспечиваемая низколегированной сталью, делает материал менее пластичным и более склонным к растрескиванию после сварки.Наличие присадочного металла с низким уровнем диффундирующего водорода может помочь минимизировать растрескивание низколегированных сталей, равно как и выполнение надлежащих процедур предварительного нагрева.

Целью сварки низколегированной стали является максимальное согласование прочности и химического состава присадочного металла с основным материалом. В некоторых случаях присадочный металл может действительно превышать прочность металла, если конструкция соединения указывает на то, что это лучший способ. Если процедура сварки требует сваривания друг с другом двух разных типов низколегированной стали, подбор присадочного металла к материалу с более низкой прочностью может помочь обеспечить соответствующую пластичность и предотвратить растрескивание.

Другие факторы, влияющие на то, как подобрать низколегированный присадочный металл к данной низколегированной стали, включают:

Толщина материала : Некоторые низколегированные стали (например, стали с закалкой и отпуском) теряют прочность при увеличении толщины, поэтому для работы требуется присадочный металл меньшей прочности.

Циклическое нагружение : Готовая деталь, которая будет подвергаться высоким напряжениям и усталости, потребует присадочного металла с более высокой вязкостью для защиты от растрескивания.

Термическая обработка после сварки (PWHT) : Если процедура сварки требует PWHT, важно иметь присадочный металл, который может сохранять свои механические свойства после нагрева. Часто подходят те, у которых добавлен молибден.

Как и при любой сварке, если вы сомневаетесь в правильности процедуры согласования низколегированного присадочного металла с конкретной низколегированной сталью, всегда консультируйтесь с надежным производителем присадочного металла или дистрибьютором сварочного оборудования.

Общие сведения о вариантах
Поскольку на рынке доступно множество типов и прочностей низколегированных сталей и поскольку каждая имеет свои предполагаемые области применения и условия эксплуатации, на рынке также доступны различные низколегированные присадочные металлы. для удовлетворения этих потребностей. Каждый тип низколегированного присадочного металла содержит различное процентное содержание легирующих элементов, обеспечивающих определенные свойства готового сварного шва. Низколегированные присадочные металлы классифицируются по химическим классам Американского сварочного общества (AWS) следующим образом.

Классификация продукции A
Это углерод-молибденовые присадочные металлы. В них добавлено от 0,40 до 0,65 процента молибдена для повышения прочности сварного шва и сохранения этой прочности при повышенных температурах даже после термообработки после сварки. Продукты «A» предназначены для использования в котлах, резервуарах высокого давления и трубопроводах высокого давления и обычно доступны для электродов для дуговой сварки в защитном металлическом корпусе (SMAW) (например, E7018-A1 h5R) и для дуговой сварки порошковой проволокой в ​​среде защитного газа (FCAW). ) провода (например,г. E81T1-A1C).

Классификация продукции B
Присадочные металлы с классом продукции «B» содержат добавки хрома и молибдена и используются в высокотемпературных условиях эксплуатации, таких как сварка сосудов высокого давления или котлов с хромомолибденовой сталью. Добавки сплава варьируются от 1,25 до 10,50 процента хрома и от 0,5 до 1,0 процента молибдена. Обычно используемые сплавы включают в себя присадочные металлы B2, B3, B6, B8 и B9 в электродах SMAW и проволоку FCAW или GMAW.Некоторые подрядчики обращаются к проволоке FCAW, особенно из-за повышения производительности, которую они обеспечивают (по сравнению с электродами SMAW), поскольку это может помочь им стать более конкурентоспособными на рынке. См. Рисунок 1 для получения дополнительной информации о присадочных металлах с классификацией продукта «B».

Классификация продуктов C / Ni
Для классификации SMAW классификация продукта «C» означает, что электрод легирован никелем. Электрод SMAW E8018-C3 является одним из примеров. Сплошные и трубчатые низколегированные проволоки используют «Ni» в классификации AWS для обозначения легирования никелем, например AWS E81T1-Ni1.Оба типа присадочных металлов содержат от 1 до 4 процентов никеля для повышения прочности и ударной вязкости. Эти присадочные металлы применяются в землеройном или горнодобывающем оборудовании, а также в производстве низколегированных сталей с давлением выше или равным 80000 фунтов на квадратный дюйм (например, HSLA, HY-80 и A514).

Классификация продуктов D
SMAW, FCAW и GMAW (включая порошковую проволоку) с классификацией продукта «D» содержат дополнительные марганец и молибден и предназначены для сварки широкого спектра сталей с прочностью более 80 000 фунтов на квадратный дюйм. .К ним относятся материалы, используемые в производстве тяжелого оборудования и кранов, а также в производстве низколегированных сталей HSLA, HY-80-100 и A514. AWS E90C-D2 — это пример классификации порошковой проволоки, попадающей в эту категорию.

Классификация продукта G
Низколегированные присадочные металлы с классификацией G, среди которых E81T1-GC или ER90S-G, немного сложны. Эти продукты не входят ни в одну из классификаций, определенных AWS, которые охватывают низколегированные присадочные металлы.Они должны соответствовать требованиям к растяжению, указанным в классификации AWS, но требования к сплавам не определены. Вместо этого свойства согласовываются между производителем присадочного металла и покупателями. Эти продукты не разрешается использовать в сварочных процедурах, прошедших предварительную квалификацию, что затрудняет их квалификацию для определенных применений. Присадочные материалы класса «G» доступны для процессов сварки SMAW, FCAW и GMAW (включая порошковую).

Классификация продуктов K
Классификация сплавов K используется только для продуктов GMAW (исключительно с металлическим сердечником) и FCAW.Эти марганцево-никель-молибденовые присадочные материалы предназначены для соединения высокопрочных низколегированных сталей (HSLA), поскольку они обеспечивают повышенную прочность — до минимального предела прочности на разрыв до 120 000 фунтов на квадратный дюйм — и ударную вязкость. Производители также могут использовать их для соединения закаленных и отпущенных сталей. В некоторых случаях производители присадочного металла могут добавлять хром в эти присадочные металлы. Эти присадочные металлы марки «K» применяются в производстве тяжелого оборудования и кранов, в морских установках и судостроении.

Классификация продукции M
Классификация «M» используется только для электродов SMAW, таких как E9018-M h5R.Буква «M» означает военный или военный аналог, потому что эти присадочные металлы имеют такие же химические и механические требования, что и продукты, классифицированные военным. Присадочные металлы легированы комбинациями марганца, никеля, хрома и молибдена (а иногда и других) для повышения прочности и ударной вязкости. Они используются для соединения HSLA, а также закаленных и отпущенных сталей. Электроды SMAW этой категории имеют минимальную прочность на разрыв до 120 000 фунтов на квадратный дюйм.
Классификация продукции W Классификация «W» присваивается присадочным металлам, которые используются для сварки атмосферостойкой стали.Эти стали устойчивы к атмосферной коррозии и имеют уникальный вид патины или ржавчины. Добавление 0,5% меди к этим присадочным металлам позволяет наплавленному материалу сразу же соответствовать этому уникальному внешнему виду поверхности. Легирование медью может сделать сварные швы немного более чувствительными к образованию трещин, хотя вероятность таких проблем минимальна. Рекомендуется всегда соблюдать надлежащие процедуры сварки.

Что еще следует учитывать
Как и при любой сварке, использование низколегированного присадочного металла, обеспечивающего надлежащую прочность, пластичность, ударную вязкость и трещиностойкость в окончательном сварном шве, имеет решающее значение для успешной сварки низколегированных сталей.Однако из-за того, что существует так много разновидностей низколегированной стали, каждая со своими уникальными характеристиками, просто не существует универсального решения для присадочного металла, подходящего для всех работ. Всегда учитывайте механические и химические свойства типа свариваемой низколегированной стали и предполагаемые условия эксплуатации при выборе низколегированного присадочного металла. Проконсультируйтесь с предоставленными процедурами сварки или обратитесь в службу технической поддержки надежного производителя присадочного металла за дополнительными рекомендациями.

Советы для достижения успеха при сварке высокопрочных низколегированных сталей

14 нояб.2016 г.

На сегодняшнем конкурентном рынке для компаний как никогда важно найти способы повышения производительности и поддержания высокого уровня качества. В некоторых случаях внесение изменений в процесс сварки может дать эти преимущества, а также положительно повлиять на чистую прибыль. В частности, может быть полезна смена материалов.Одним из вариантов являются высокопрочные низколегированные стали (HSLA).

Свойства сталей HSLA позволяют получать более тонкие и легкие материалы без ущерба для прочности или вязкости. Они являются хорошим вариантом, когда применение требует высокой прочности в сложных условиях окружающей среды или когда требуются другие особые механические свойства.

Кроме того, стали HSLA являются хорошим вариантом, когда требуется высокая прочность в сложных условиях окружающей среды или когда требуются другие особые механические свойства.Свойства сталей HSLA позволяют получать более тонкие и легкие материалы без ущерба для прочности или вязкости. В результате стали HSLA могут помочь компаниям снизить вес и, следовательно, затраты на транспортировку материалов; это особенно выгодно в случае, если подрядчики перемещают трубу к месту работы. Способность сталей HSLA быть тоньше традиционных углеродистых сталей, обеспечивая при этом такую ​​же прочность, также позволяет сварщикам выполнять сварные швы быстрее, поскольку требуется меньшее количество проходов, что, в свою очередь, увеличивает производительность.

Успешная сварка сталей HSLA требует внимания к нескольким факторам, включая подвод тепла, температуру между проходами и очистку поверхности. Также важно учитывать выбор присадочного металла.

Основы сталей HSLA
Благодаря более высокому соотношению прочности и веса и особым механическим свойствам, стали HSLA хорошо подходят для применений, в которых материал должен выдерживать более низкие температуры окружающей среды, а также тех, которые требуют более высокого истирания и устойчивость к коррозии.

Стали

HSLA обычно имеют низкое содержание углерода и содержат легирующие элементы, такие как никель, хром, молибден, ниобий и ванадий, которые увеличивают прочность и ударную вязкость. Еще одним распространенным легирующим элементом в этом материале является титан, который связывается с материалом и вытягивает из него азот, помогая ограничить размер зерна. Более мелкая зернистая структура позволяет повысить ударную вязкость при сохранении высокой прочности материала. Типичный предел прочности на разрыв для стали HSLA составляет более 80 000 фунтов на квадратный дюйм, но может колебаться от 60 000 до более 120 000 фунтов на квадратный дюйм.

Этот материал все чаще используется во многих отраслях промышленности, включая трубопроводы электропередачи (от X52 до X100), тяжелое оборудование, судостроение, железнодорожные вагоны и конструкционную сталь.

В целом свариваемость этих материалов неплохая. Однако при сварке сталей HSLA следует учитывать некоторые факторы.

Лучшие методы сварки сталей HSLA
Есть несколько передовых методов, которые являются ключом к достижению успеха при сварке сталей HSLA.К ним относятся очистка поверхности материала, надлежащий предварительный нагрев и поддержание необходимой температуры между проходами.

  • Обеспечьте чистую поверхность: Необходимо очистить перед сваркой и между сварочными проходами. Правильная предварительная очистка помогает предотвратить попадание водорода в сварной шов, что может привести к растрескиванию и другим проблемам. Используйте ленточную шлифовальную машину, лепестковый диск, шлифовальный круг или проволочный круг для удаления окислов, масел или других поверхностных загрязнений с основного материала перед сваркой критических стыков.
  • Правильный предварительный нагрев: Основная цель предварительного нагрева — контролировать и замедлять скорость охлаждения сварного шва, что позволяет большему количеству диффундирующего водорода рассеиваться из завершенного сварного шва, сводя к минимуму риск водородного растрескивания. Предварительный нагрев также сводит к минимуму усадочное напряжение и помогает поддерживать более благоприятную микроструктуру, повышающую ударную вязкость. Правильная температура предварительного нагрева зависит от конкретного типа и толщины используемой стали HSLA. Заполните формулу углеродного эквивалента или проконсультируйтесь с применимыми правилами сварки, чтобы определить правильную температуру для применения.Кроме того, не забудьте предварительно нагреть достаточно места вокруг сварного шва, а не только сам сварной шов, чтобы учесть закалку материала и обеспечить его полный нагрев.
  • Поддержание температуры между проходами: Так же, как и правильный предварительный нагрев материала крайне важен, контроль и поддержание необходимой температуры между проходами также очень важны при сварке сталей HSLA. Воздействие слишком большого количества тепла на материал во время сварки может изменить структуру зерен, увеличивая размер зерен, увеличивая размер зоны термического влияния (HAZ) и изменяя микроструктуру сварного шва.Эти изменения могут снизить ударную вязкость и повысить пластичность готового сварного шва. Чем больше зерна, тем больше тенденция к распространению трещин из-за образования дислокаций на границах зерен. Опять же, правильная температура между проходами будет зависеть от конкретного типа и толщины свариваемой стали HSLA — и определяться в соответствии с применимыми правилами сварки. Производители присадочного металла могут помочь сориентироваться в деталях кода или предоставить предложения, если требования кода отсутствуют.Контроль температуры материала между проходами может осуществляться с помощью различных типов термочувствительных устройств, включая мелки для индикации температуры или контактные пирометры.

Варианты присадочного металла
Еще одним важным фактором, который может повлиять на производительность, эффективность и качество при сварке сталей HSLA, является выбор присадочного металла. Присадочные металлы, используемые для этих целей, должны иметь характеристики, аналогичные характеристикам самого материала, включая прочность и / или коррозионную стойкость.

Выбор присадочного металла может повлиять на производительность, эффективность и качество при сварке сталей HSLA. Присадочные металлы, используемые для этих целей, должны иметь характеристики, аналогичные характеристикам самого материала, включая прочность и / или коррозионную стойкость.

Выбор продукта для конкретного применения обычно определяется кодом или спецификацией, но все же может возникнуть некоторая путаница, когда дело доходит до выбора присадочного металла. В зависимости от того, что указано в кодовой книге, может быть указан конкретный класс присадочного металла Американского общества сварки (AWS), в то время как в других случаях это может быть не так ясно.В таких ситуациях постарайтесь либо согласовать химический состав основного материала с присадочным металлом, либо согласовать механические свойства. Как правило, лучше попытаться максимально совместить оба варианта. Самозащищенная и газовая порошковая проволока, указанная в спецификации AWS A5.29, Спецификация электродов для низколегированной стали для дуговой сварки порошковой проволокой, часто является хорошей. выбор для сталей HSLA. В общем, рекомендуется по возможности выбирать присадочный металл с низким содержанием водорода, чтобы контролировать водород в сварном шве.

Еще один аспект, на который следует обратить внимание при выборе низколегированного трубчатого присадочного металла, — это обозначение состава осадка. Таблица 7 в A5.29 дает подробное описание требований к химическому составу металла шва для каждого обозначения. Типичные результаты для конкретной проволоки также обычно можно найти на веб-сайте производителя присадочного металла. Ниже приведены некоторые примеры самозащитной порошковой проволоки. Проволока EXXTX-K6, в которой используется менее 1 процента никеля и обеспечивает предел прочности на разрыв от 60 до 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм, а также отличную ударную вязкость.Обратите внимание, что провод K6 на самом деле находится в нижней части спектра HSLA. В других проволоках, например, в проволоке EXXTX-Ni1 и Ni2, используется от 1,1 до 2,75 процента никеля для достижения высокой ударной вязкости при низких температурах. Все три этих провода очень распространены для трубопроводов и морских сооружений.

На рынке самозащитной порошковой проволоки одним из наиболее часто используемых обозначений для сварки HSLA является EXXT8. Проволока Т8 имеет хорошую свариваемость, является универсальной и может использоваться для многопроходной сварки.Эти характеристики делают их, среди прочего, пригодными для сварки трубопроводов. Эти проволоки также обладают хорошей ударной вязкостью. Как правило, проволока T8 для передающих труб предназначена для сварки под уклон (вертикально вниз на трубе), в то время как другие, предназначенные для морских применений, предназначены для сварки вверху (вертикально вверх на трубе). Некоторые из этих канатов предназначены для работы в обоих направлениях для лучшего внешнего вида — например, на проходах насыпи при подъеме и спуске на заглушке.

Для газозащитных проводов доступны варианты EXXT1-XC / EXXT1-XM и EXXT5-XC / EXXT5-XM.Как правило, проволока Т1 имеет лучшую свариваемость, чем проволока Т5. Это связано с тем, что высокощелочная система шлака проволоки Т5 не предназначена для обеспечения хорошей свариваемости. Он имеет низкую температуру плавления и создает более жидкую лужу, которую сложно контролировать, если она не находится в ровном положении, хотя она обеспечивает повышенную ударную вязкость для высокопрочных применений.

Новые усовершенствования и конструкции, доступные для некоторых проволок, классифицированных по классу T5, однако, значительно улучшили свариваемость — даже в нерабочем положении.Эти новые газозащитные изделия T5 работают от постоянного тока отрицательной полярности (DCEN), что означает, что они работают аналогично самозащитным проводам. В частности, газозащитная проволока E121T5-GC h5 является хорошим вариантом для применений, требующих высокой прочности с повышенной вязкостью для критических сварных швов при низких температурах, включая судостроение, мосты, резервуары для хранения и землеройное оборудование.

Для самозащитных и газозащитных проводов обозначения прочности различаются. Обычно самозащитные варианты имеют предел прочности на разрыв 70, 80 и 90 тысяч фунтов на квадратный дюйм, а некоторые газозащитные провода — до 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Достижение успеха
Высокопрочные низколегированные стали обладают многочисленными преимуществами, которые делают их подходящими для удовлетворения жестких требований многих сварочных работ. Поскольку они легкие и тонкие, чем другие материалы, без ущерба для прочности или вязкости, они позволяют сварочным операциям экономить деньги на транспортных расходах и повышать производительность сварки, при этом соблюдая нормативные требования и требования к качеству.

Следование некоторым основным передовым методам сварки стали HSLA и выбор подходящего присадочного металла для конкретного применения — шаги, которые могут помочь в достижении успеха с материалами.

Свариваемость стали | Металлический пресс от onlinemetals.com

Виды стали

По данным Американского института железа и стали (AISI), сталь подразделяется на четыре основные группы в зависимости от химического состава. Каждая группа различается по содержанию углерода и, следовательно, обладает разной свариваемостью. К четырем группам относятся углеродистая сталь, легированная сталь, нержавеющая сталь и инструментальная сталь.

Углеродистая сталь

Легкость сварки углеродистой стали во многом зависит от количества присутствующего углерода.По мере увеличения содержания углерода свариваемость имеет тенденцию к снижению. Это связано с тем, что увеличение твердости делает сталь более склонной к растрескиванию. Однако большинство углеродистых сталей по-прежнему поддаются сварке.

Низкоуглеродистая сталь (мягкая сталь)

Эти стали обычно содержат менее 0,3% углерода и до 0,4% марганца. Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,15-0,3% и марганца до 0,9% обладают хорошей свариваемостью. Идеально подходят те, у которых менее 0,2% углерода.

До тех пор, пока содержание примесей остается низким, эти металлы редко вызывают проблемы во время процесса сварки.Стали с содержанием углерода более 0,25% склонны к растрескиванию в определенных областях применения. И наоборот, стали с содержанием углерода менее 0,12% могут иметь пористость. Любую низкоуглеродистую сталь можно сваривать, используя любой из обычных способов сварки. Но стали с большим содержанием углерода лучше всего сваривать с низким содержанием водорода или с наполнителями с низким содержанием водорода.

Среднеуглеродистая сталь

Среднеуглеродистые стали содержат 0,30–0,60% углерода и 0,60–1,65% марганца. Они прочнее низкоуглеродистой стали, но их труднее сваривать.Это потому, что они более склонны к растрескиванию. Среднеуглеродистые стали всегда следует сваривать с использованием процесса сварки с низким содержанием водорода или контролируемых водородных наполнителей.

Высокоуглеродистая сталь (инструментальная углеродистая сталь)

Высокоуглеродистая сталь содержит 0,60–1,0% углерода и 0,30–0,90% марганца. Они очень твердые и прочные, но также плохо свариваются, и их трудно сваривать без образования трещин.

После термообработки они становятся чрезвычайно твердыми и хрупкими. При сварке высокоуглеродистые стали требуют предварительного нагрева, тщательного контроля температуры между проходами и снятия напряжений после сварки.При сварке этих сталей необходимы процессы с низким содержанием водорода и присадки с низким содержанием водорода.

Углеродисто-марганцевые стали Углеродисто-марганцевые стали

содержат 0,15-0,5% углерода и 1,0-1,7% марганца. Обычно эти стали поддаются сварке, хотя для некоторых сталей требуется контроль предварительного нагрева и подводимой теплоты. При сварке углеродисто-марганцевых сталей с повышенным содержанием углерода рекомендуется использовать процессы сварки с низким содержанием водорода или контролируемые водородные наполнители.

Как и другие углеродистые стали, многие низколегированные стали пригодны для сварки.Но их свариваемость снова зависит от содержания углерода. В частности, свариваемость легированных сталей зависит от углеродного эквивалента его легирующих добавок: марганца, хрома, молибдена, ванадия и никеля.

Высокопрочная низколегированная сталь — обзор

3.4 СТАЛИ

Стали

(Honeycombe, 1982) относятся к наиболее универсальным, широко используемым и сложным конструкционным материалам. Прочность сталей с поправкой на плотность конкурентоспособна по сравнению с суперсплавами на основе никеля при более низких температурах, как показано на рис.3.1, и по гораздо более низкой цене. Однако при более высоких температурах их прочность падает ниже прочности суперсплавов. Структура сталей основана на фазовой диаграмме железо-углерод (рис. 3.5). Хотя это не является истинно равновесной фазовой диаграммой из-за неравновесного цементита (Fe 3 C) в качестве конечной фазы, для всех практических термических воздействий диаграмма точно объясняет микроструктуру и фазовое поведение. Для достижения широкого диапазона структурных и физических свойств в стали также добавляются другие легирующие компоненты, помимо углерода.В зависимости от содержания углерода стали подразделяются на низкоуглеродистые (<0,25 мас.% C), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,60 мас.% C) и высокоуглеродистые (> 0,60 мас.% C). Каждый из классов может содержать дополнительные легирующие элементы, такие как Cr, Mo, Ni, V, Nb, Ti и Al, для образования так называемых легированных сталей. Как показано на рис. 3.5, чистое железо при комнатной температуре имеет ОЦК структуру, называемую α-железом или «ферритом». При температуре выше 911,5 ° C (1673 ° F) он превращается в γ-фазу с ГЦК-фазой, называемую «аустенит». При дальнейшем нагревании он снова превращается в ОЦК-фазу, называемую «δ-ферритом», при 1396 ° C (2546 ° F) и, наконец, плавится при 1538 ° C (2800 ° F).Как показано на рис. 3.5, размеры различных фазовых полей меняются в зависимости от содержания углерода.

Рисунок 3.5. Диаграмма метастабильного состояния карбида железа и железа (J. Chipman, Metall. Trans ., 1972, 3).

Перепечатано с разрешения ASM International.

Сталь упрочняется за счет комбинации упрочнения твердого раствора за счет внедрения элементов внедрения, таких как углерод и азот, твердого раствора замещения в α- или γ-фазе, дисперсионного упрочнения из карбидов Nb и V, контроля размера зерен и текстуры зерен, вызванной обработкой. например, прокаткой.Различные легирующие элементы стабилизируют разные фазы. Степень упрочнения твердого раствора за счет замещения контролируется расширением (с добавлением C, N, Cu и Zn), сжатием (с добавлением Ta, Nb и Zr), раскрытием (с добавлением Ni, Mn, Co, Ru, Rh, Pd, Pt и т. Д.) Или закрытие (с добавлением Si, Al, Be и P) поля γ-фазы на рис. 3.5.

Аустенитная фаза на рис. 3.5 может растворять до 2,11 мас.% (∼10 ат.%) Углерода в твердом растворе. Если аустенит закаливается очень быстро до относительно низкой температуры, близкой к комнатной, вместо перехода на феррит и цементит, как показано на диаграмме состояния на рис.3.5 показывает, что он превращается в фазу, называемую «мартенсит», пересыщенную углеродом. Высокое содержание углерода искажает кристаллическую структуру до объемноцентрированной тетрагональной (ОЦТ). Уникальной особенностью этого преобразования является то, что оно не включает диффузию атомов . Вместо этого фаза образуется в результате сдвига или локального преобразования смещения со скоростью, близкой к скорости звука в сплаве. Максимальная температура, ниже которой происходит мартенситное превращение, известна как температура начала мартенсита M s .Зерна мартенсита пластинчатой ​​или игольчатой ​​морфологии твердые и хрупкие. Наличие мартенсита в сталях значительно увеличивает прочность.

Для достижения оптимального сочетания микроструктуры, прочности и пластичности сталей были разработаны режимы термообработки с использованием диаграмм TTT (преобразование времени и температуры) (Honeycombe, 1982).

Некоторые из имеющихся в продаже сталей включают следующие:

Высокопрочная низколегированная сталь (HSLA) : Эти низкоуглеродистые (0.От 3 до 0,15 мас.% C) стали получают упрочнение за счет твердого раствора (C, Mn, Si), дисперсионного упрочнения (карбиды Nb, Ti и V), контроля размера зерна, стабилизированного карбидами по границам зерен, и текстуры, вызванной обработкой. . Типичные значения прочности на разрыв и деформации разрушения составляют 700 МПа (100 фунтов на квадратный дюйм) и от 12 до 18% соответственно.

Бейнитная сталь : Такие стали состоят из мелкодисперсной дисперсии цементита в деформированной ферритной матрице. Бейнитные стали получают соответствующей изотермической термообработкой низкоуглеродистой (<0.05% масс.% C) по диаграмме TTT в диапазоне от 250 ° C (482 ° F) до 550 ° C (1022 ° F). Типичные значения прочности на разрыв и деформации разрушения составляют 600–1200 МПа (86–171 ksi) и 15–20% соответственно.

Двухфазные стали : Эти низкоуглеродистые (от 0,1 до 0,2 мас.% C) стали содержат две фазы, мелкую дисперсию мартенсита от 10 до 20 об.% В матрице феррита.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *