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
|
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.
С каждым днем лазерная резки металла становиться все более востребованной. Давайте разберемся в этом почему же так?
В наши дни, работа сварочным оборудованием используется во многих сферах жизни: начиная от строительства высокоэтажных домов и заканчивая созданием предметов интерьера. Но что же скрывается за этим, малопонятным непосвященному, словом? …
Лазерная резка является чрезвычайно распространенным процессом во многих отраслях. Она используется на производственных предприятиях, для лазерной хирургии и даже в качестве инструмента искусства. Несмотря на это использование, резка вместе со …
Реферат
Данная курсовая работа содержит 24 машинописные страницы, 9 рисунков, 5 таблиц и один чертеж на листе форматом А1.
Ключевые слова: сварная конструкция, стрела трубоукладчика, 09Г2С, сварка, свариваемость, дуговая сварка покрытым электродом, дуговая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка, дуговая сварка в среде защитных газов, углекислый газ, режимы сварки, сварочные дефекты, контроль качества.
Содержание
1. Сварная конструкция «Стрела трубоукладчика ТЛГ-10»………….4
2. Выбор материала…………………………………………….…….….4
3. Сварка конструкционных низколегированных сталей…………..…5
Состав и свойства сталей………………………………………………5
Общие сведения о свариваемости……………………………….…..5
Физическая и технологическая свариваемость……………………….8
4. Способы сварки стали 09Г2С………………………………….….….9
Технология сварки покрытыми электродами ……………..….…9
Технология сварки под флюсом ……………………..…….10
Технология сварки в защитных газах……………..…….…..11
Технология электрошлаковой сварки…………………………12
5. Выбор способа, оборудования и режимов сварки……………………14
6. Дефекты и контроль качества сварных соединений…………………16
Заключение………………………………………………………………….21
Список литературы………………………………………………………..22
Стрела трубоукладчика ТЛГ-10 сварная, А-образной формы, неповоротная; стойки коробчатого сечения, сварные, составленные из двух угольников. В головной части стрелы на одной оси насажены четыре ролика для канатов подъема груза и стрелы.
Стрела служит для удержания и укладки в траншеи труб, а также для подъема и перемещения груза с одного места на другое.
Выбор материала
От правильного выбора металла для сварных конструкций в значительной мере зависят их эксплуатационная надежность и экономичность. В настоящее время сварные конструкции в основном изготовляют из углеродистых и низколегированных сталей, а также из алюминиевых и титановых сплавов.
С учетом требований, предъявляемых к конструкции, выбрана конструкционная низколегированная сталь повышенной прочности 09Г2С (по ГОСТ 19281-89) .
Низколегированные стали содержат углерода до 0,25% и легирующих примесей до 3 %. Они относятся к категории удовлетворительно свариваемых сталей. Следует учитывать, что при содержании в стали углерода более 0,25% возможно образование закалочных структур и даже трещин в зоне сварного шва. Кроме того, выгорание углерода вызывает образование пор в металле шва.Сталь является спокойной, а значит затвердевает без кипения, что обусловлено введением в их состав элементов-раскислителей.
2.1. Свойства материала
Таблица 1
Химический состав в % материала 09Г2С
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | N | Cu | As |
| до 0.12 | 0.5 — 0.8 | 1.3 — 1.7 | до 0.3 | до 0.04 | до 0.035 | до 0.3 | до 0.008 | до 0.3 | до 0.08 |
Таблица 2
Температура критических точек материала 09Г2С.
| Ac1 = 725 , Ac3(Acm) = 860 , Ar3(Arcm) = 780 , Ar1 = 625 |
Таблица 3
Механические свойства при Т=20oС материала 09Г2С.
| Сортамент | Размер | Напр. | в | T | 5 | | KCU | Термообр. |
| - | мм | - | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | - |
| Лист |
Рис.1 Диаграмма Шеффлера
Сталь марки 09Г2С перлитного класс.
Таблица 4
Технологические свойства материала 09Г2С.
| Свариваемость: | без ограничений. |
| Флокеночувствительность: | не чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | не склонна. |
2.2. Назначение 09Г2С
Листы по ГОСТ 19281-89 категории 15 –– несущие элементы сварных конструкций, различные детали и элементы сварных металлоконструкций работающих при переменных нагрузках, при температуре от —70 до +425°С с повышенной прочностью.
Сварка конструкционных низколегированных сталей
3.1 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.
3.2Общие сведения о свариваемости
Совокупность технологических характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие «свариваемость». Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобным физическим свойствам. Кроме технологических характеристик основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом дополнительного металла, флюса, покрытия или защитного газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.
В зависимости от марки основного металла и условий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность показателей, определяющих понятие свариваемости. Так, под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и околошовной зоны в рассматриваемом случае должен быть стойким против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкций и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла.
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.
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.
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.
Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида термической обработки стали до сварки. 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. 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.
Сварные соединения из низколегированных сталей, сваренные различными 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).
3.3. Физическая и технологическая свариваемость
Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным материалам.
Физческая свариваемость материалов зависит от степени их растворимости друг в друге в жидком и твердом состояниях. Материалы, нерастворимые в жидком состоянии, не способны образовывать монолитные соединения. Материалы, растворимые в жидком состоянии, имеют различные степени растворимости в твердом состоянии.
Приняты три степени физической свариваемости:
1. Хорошая – полная растворимость в твердом состоянии;
2. Удовлетворительная – ограниченная растворимость в твердом состоянии;
3. Плохая – металлы нерастворимы в твердом состоянии.
Технологическая свариваемость рассматривается как свойство материалов, характеризующее их реакцию на сварочный термодеформационный цикл.
Широкое применение получил прикладной аспект понятия свариваемости материалов, учитывающий назначение изготовленных из них сварных конструкций. Свариваемость – свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделий.
Признаки, характеризующие ту или иную степень свариваемости, четко не определены и устанавливаются в зависимости от отраслевых технических требований к производству сварных конструкций.
Традиционно принято различать несколько качественных степеней технологической свариваемости:
1) хорошая,
2) удовлетворительная,
3) ограниченная,
4) плохая.
Для сварных конструкций, выполняемых из углеродистых сталей, принимают следующие показатели свариваемости:
1) сопротивляемость образованию холодных трещин,
2) сопротивляемость образованию горячих трещин,
3) сопротивление развитию трещинообразных дефектов,
4) сопротивляемость хрупкому разрушению,
5) значение основных механических свойств шва и околошовной зоны.
Оценим свариваемость стали 09Г2С по методу эквивалентного углерода:
Сварка низколегированных сталей. Сварка
Сварка низколегированных сталей
Низколегированные стали содержат углерода до 0,25 % и легирующих примесей до 3 %. Они относятся к категории удовлетворительно свариваемых сталей. Стали этих групп относятся к хорошо сваривающимся практически всеми видами сварки сталям.
Основные требования при их сварке – обеспечение равнопрочности сварного соединения основному металлу, отсутствие дефектов, требуемая форма сварного шва, производительность и экономичность. Следует учитывать, что при содержании в стали углерода более 0,25 % возможно образование закалочных структур и даже трещин в зоне сварного шва. Кроме того, выгорание углерода вызывает образование пор в металле шва.
Сталь марки 15ХСНД сваривают вручную электродами типа Э50А или Э55А. Наилучшие результаты дают электрод типа УОНИИ–13/55 и электрод ДСК–50.
Сварку электродами типа ДСК–50 можно выполнять переменным током, но лучшие результаты дает сварка постоянным током обратной полярности. Многослойную сварку следует производить каскадным методом.
Чтобы предупредить перегрев стали, следует выполнять сварку при токах 40–50 А на 1 мм диаметра электрода. Рекомендуется применять электроды диаметром 4–5 мм. Автоматическую сварку сталей 15ХСНД, 15ГС и 14Г2 производят проволокой типа Св–08ГА или Св–08ГА под флюсом АН–348–А или ОСЦ–45 при высоких скоростях, но при малой погонной энергии. В зимних условиях сварку конструкций из стали марки 15ХСНД можно производить при температурах не ниже –10 °C. При более низких температурах применяют предварительный подогрев зоны сварки на ширине до 120 мм по обе стороны шва до температуры 100–150 °C. При температуре –25 °C сварка не допускается.
Стали марок 09Г2С и 10Г2С1 относятся к группе незакаливающихся, не склонных к перегреву и стойких против образования трещин. Ручная сварка электродами типов Э50А и Э55А выполняется на режимах, предусмотренных для сварки низкоуглеродистой стали. Механические свойства сварного шва не уступают показателям основного металла.
Автоматическая и полуавтоматическая сварки выполняются электродной проволокой типа Св–08ГА, Св–10ГА или Св–10Г2 под флюсом АН–348–А или ОСЦ–45. Сварку листов толщиной до 40 мм производят без разделки кромок. При этом равнопрочность сваренного шва обеспечивается за счет перехода легирующих элементов из электродной проволоки в металл шва.
Стали хромокремниемарганцовистые типа «хромансиль» относятся к низколегированным (марки 20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСА и 35ХГСА). Они дают закалочные структуры и склонны к образованию трещин. При этом чем меньше толщина кромок, тем больше опасность закалки металла и образования трещин, особенно в околошовной зоне. Для сварки могут применяться электроды НИАТ—ЗМ типов Э70, Э85. Для ответственных сварных швов рекомендуются электроды со стальными стержнями из проволоки типа Св–18ХГС или Св–18ХМА с покрытием следующих типов: ЦЛ–18–63, ЦК–18Мо, УОНИИ–13/65, УОНИИ–13/85, УОНИИ–13/НЖ.
При сварке рекомендуется следующие режимы:
При сварке более толстых металлов применяется многослойная сварка с малыми интервалами времени между наложением последующих слоев. При сварке кромок разной толщины сварочный ток выбирается по кромке большей толщины и на нее направляется большая часть зоны дуги. Для устранения закалки и повышенной твердости металла шва и околошовной зоны рекомендуется после сварки нагреть изделие до температуры 650–680 °C, выдержать при этой температуре определенное время в зависимости от толщины металла (1 ч на каждые 25 мм) и охладить на воздухе или в горячей воде. Сварку низколегированных сталей в защитном газе производят при плотностях тока более 80 А/мм2.
Сварка в углекислом газе выполняется при постоянном токе обратной полярности. Рекомендуется электродная проволока диаметром 1,2–2,0 мм марки Св–08Г2С или Св–10Г2, а для сталей, содержащих хром и никель, Св–08ХГ2С, Св–08ГСМТ.
Эффективной является сварка в углекислом газе с применением порошковой проволоки.
Электрошлаковая сварка сталей любой толщины успешно производится электродной проволокой марки Св–10Г2 или Св–18ХМА под флюсом АН–8 при любой температуре окружающего воздуха.
Газовая сварка отличается значительным разогревом свариваемых кромок, снижением коррозионной стойкости и более интенсивным выгоранием легирующих примесей. Поэтому качество полученных сварных соединений ниже, чем при других способах сварки.
При газовой сварке пользуются только нормальным пламенем при удельной мощности 75–100 л/(ч?мм) при левом способе, а при правом – 100–130 л/(ч?мм). Присадочным материалом служит проволока марок Св–08, Св–08А, Св–10Г2, а для ответственных швов – Св–18ХГС и Св–18ХМА. Проковка шва при температуре 800–850 °C с последующей нормализацией повышает механические качества шва.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.Читать книгу целиком
Поделитесь на страничке| 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.
Температура плавления углеродистой стали составляет 1535°С
МАРКА СТАЛИ | СВАРИВАЕМОСТЬ | ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ | ||
Углеродистые | Ст3; Ст4; Ст3кп; Ст4кп; Стали 10,15,20 | ХОРОШАЯ | Защитная среда: CO2; CO2+О2; Ar+СО2; Ar+O2+CO2; Ar+O2 Электродная проволока: Св-08Г2С; Св-08ГС; Св-07ГС; Св-12ГС; Св-10ХГ2С1 Порошковые проволоки: ПП-АН8; ПП-АН10; ПП-АН13; ПП-АН21 | Зачистка кромок до металлического блеска |
Низколегированные | 10ХСНД;15ХСНД; 14ХГС; 09Г2; 09Г2С;09Г2СД | |||
12MX; 15XM; 15XMA; 12Х1МФ; 12X2M1 12Х2МФСР | Удовлетворительная | Защитная среда: CO2; Ar+CO2 Электродная проволока: Св-08ГС; Св-08Г2С; Св-08ХГСМ; Св -08ХГ2СМ; Св-08ХГСМА Порошковые проволоки: ПП-АН 54 | ||
Трудности при сварке
- Разбрызгивание электродного металла при сварке проволоками большого диаметра и в углекислом газе.
- Чрезмерная выпуклость шва с резким переходом к основному металлу.
- При использовании проволок диаметром 1,6-4 мм снижение ударной вязкости металла шва.
Подготовка к сварке
Углеродистые и низколегированные стали разрезают на заготовки газовой, плазменной или воздушно-дуговой резкой с последующей зачисткой участков нагрева резцовыми или абразивными инструментами до удаления следов огневой резки.
Перед сборкой стыка свариваемые кромки на ширину 20 мм зачищают до металлического блеска и обезжиривают.
Стыки собирают в сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Их ставят с применением присадочных проволок той же марки, какой будет выполнена сварка корневого шва.
Высота прихватки должна быть равна 0,6-0,7 толщины свариваемых деталей, но не менее 3 мм, при толщине стенки до 10 мм или 5-8 мм при толщине стенки более 10 мм.
Прихватки необходимо выполнять с полным проваром. Их поверхность должна быть тщательно зачищена. Прихватки, имеющие недопустимые дефекты, следует удалить механическим способом.
Сварочную проволоку в течение 1,2-2 ч прокаливают при температуре 150-250°С. Ржавчина на проволоке резко ухудшает стабильность процесса сварки. Удалять ржавчину рекомендуется травлением проволоки в 5%-ном растворе соляной кислоты с последующим прокаливанием 1,5-2 ч при температуре 150-250°С.
Выбор параметров режима сварки
Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.
Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от типа сварного соединения, толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве.
Зависимость диаметра проволоки от типа соединения и толщины металла
Диаметр проволоки, мм | Толщина металла (мм) для соединений | Положение шва в пространстве | ||
угловых тавровых нахлесточных | стыковых без скоса кромок
| стыковых со скосом кромок
| ||
0,8 | 1 | 1 | — | Н, Г, В, П |
1 | 1,5-2,5 | 1,5-2 | ||
1-1,2 | 3 | 2,5-3 | ||
1,2-1,4 | 4 | 4-5 | Н, Г, В | |
1,4-1,6 | 5 | 6 | 5-6 | |
1,6-2 | 6-8 | 8 | 8-12 | Н |
2-2,5 | 10 и более | 10 | 14 и более | |
Режимы сварки в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Соединение | Размеры, мм | Сварочный ток, А | Напряжение на дуге, В | Скорость сварки, м/ч | Диаметр проволоки, мм | Вылет электрода, мм | Расход газа, л/мин | Число проходов | |||
| S | b | ||||||||||
| 0,8-1 | 0-0,3 | 50-80 | 17-18 | 25-50 | 0,7-0,8 | 8-10 | 6-7 | 1 | ||
 | 4 | 0-1,2 | 200-350 | 23-32 | 25-50 | 0,7-0,8 | 8-10 | 6-7 | 1 | ||
 | 16 | 0-1,5 | 380-500 | 33-40 | 16-25 | 1,4-2,5 | 15-25 | 12-16 | 2 | ||
 | 20 | 0-1,5 | 380-420 450-500 | 32-36 36-40 | 14-16 | 1,6-2,5 | 18-25 | 12-18 | 2 | ||
380-420 | 32-36 | 18-20 | 1,6-2,5 | 18-25 | 12-18 | 3 | |||||
 | 24 | 0-1,5 | 380-420 450-500 350-400 | 32-36 36-40 33-36 | 18-20 | 1,6-2,5 | 18-25 | 12-18 | 3 | ||
380-420 | 32-36 | 16-18 | 1,6-2,5 | 18-25 | 12-18 | 4 | |||||
 | 32 | 0-1,5 | 380-420 | 32-36 | 14-16 | 1,6-2,5 | 18-25 | 12-18 | 4 | ||
Техника сварки
Стыковые соединения металла толщиной 0,8-1,2 мм сваривают на медных или керамических подкладках. Металл толщиной более 1,2 мм можно сваривать на весу.
Конструкции с толщиной стенки до 3 мм сваривают за один проход без разделки кромок Сварку целесообразно выполнять в вертикальном положении сверху вниз. Сварку ведут с периодическим прерыванием процесса или в импульсном режиме.
Металл толщиной 4 мм и более сваривают с двух сторон без разделки кромок, но с зазором. Сварку в нижнем положении ведут в направлении слева направо — «углом назад» или справа налево — «углом вперед». Вертикальные швы при толщине металла до 3 мм сваривают сверху вниз, а свыше 3 мм — снизу вверх.
При многопроходной сварке стыковых и тавровых соединений для обеспечения провара первый проход выполняют при зазоре до 0,5 мм без поперечных колебаний горелки, а при зазоре свыше 0,5 мм — с поперечными колебаниями. Второй и последующие проходы выполняют только с поперечными колебаниями. Последующие швы накладывают после очистки от шлаковой корки предыдущих швов.
При сварке на больших токовых режимах для качественной заварки кратера нужно уменьшить сварочный ток до 150-170 А, а напряжение дуги — до 24-26 В.
состав, марки, свойства, процесс сварки
Чтобы улучшить эксплуатационные характеристики обычных сталей, используют методику легирования – то есть введения во время плавки специальных добавок. Эти добавки могут использоваться в разных количествах. По числу включений выделяют три группы – высоко-, средне- и низколегированная сталь.
Что входит в состав
Готовые металлические сплавы с добавками имеют измененные характеристики – если сравнивать их с обычными. Технологии производства предполагают включение дополнительных компонентов.
Низколегированная сталь практически всегда содержит кремний и марганец. Если нужны дополнительные характеристики, можно применять другие добавки. Среди возможных вариантов – титан, ванадий, никель, хром, ниобий и другие.
Особенности маркировки
Стандарты изготовления и марки низколегированных сталей определяет ГОСТ 19282-73. Его применяют для работы с рулонными, широкополосными, толстолистовыми материалами, способ обработки не важен (это может быть фасон, поковка, штамповка, пр.). Стальные сплавы используют при строительстве зданий, сварке, сборке разных конструкций, в машиностроении.
По ГОСТ в маркировке должны указываться такие данные:
- группа цифр в самом начале – указывает процентное содержание углеродов в стали;
- буква для легирующего элемента, цифры, указывающие на его процентное содержание (когда менее 1%, цифра не указывается вообще).
Пример маркировки на сплаве 18ХГТ:
- углеродистые части – 0.18%;
- марганец;
- хром;
- титан.
Поскольку цифры не указаны, остальных элементов в сплаве не более 1%.
Свойства сплавов
Характеристики основных легирующих элементов:
- Кремний – нужен для легирования, недорого стоит, зависимость твердости готового сплава от объемного включения кремния в состав прямая. Элемент незаменим при выплавке строительных сталей, может применяться с марганцем, другими компонентами.
- Вольфрам с молибденом нужны для увеличения тепловой стойкости, их используют, если готовые конструкции, изделия будет постоянно эксплуатировать при повышенных температурных воздействиях.
- Ванадий – важный элемент процесса комплексного легировании, позволяет получать сплавы с равномерной структурой.
- Хром – отвечает за стойкость стали к коррозии, степень ее твердости. Устойчивость повышают титан, никель, молибден – можно заменять хром этими компонентами.
- Медь – элемент, который отвечает за степень пластичности готовых материалов. Ее не должно быть слишком много, иначе легированный стальной сплав начнет налипать на прочие рабочие поверхности. Для конструкционных сталей, используемых в зонах повышенного трения, это большой минус.
Также стали низколегированного типа различаются по типам обработки. Термовоздействия – отпуск, закалка, отпуск, нормализация, они могут применяться в разных сочетаниях. Различаются также параметры отжига, свойства свариваемости.
Для распознавания маркировки нужно учитывать первые буквы, используемые для обозначения сортамента. Ж, Х, Е – это магнитная, хромистая либо нержавеющая группа. С – хромоникелевая, с выраженными нержавеющими свойствами. Те сплавы, которые относят к быстрорежущим, шарикоподшипниковым обозначают как Р или Ш.
А и Ш – легированные сплавы высокого качества. Для обычного качества такие буквы не используют. Специальное обозначение имеют полученные прокатным методом материалы – это ТО или Н, то есть термообработка или нагартовка соответственно. Точный химсостав разных марок описан в ГОСТах и специализированной литературе. Понимание основных принципов маркировки сплавов позволит вам разбираться в составе материалов на так называемом бытовом уровне.
Где применяют низколегированные стали
Применение низколегированных сталей зависит во многом от их состава.
Первыми рассмотрим магистральные газовые, нефтяные системы. Для их обустройства применяем электросварной прямошовный метод. Сырье для изготовления изделий – смеси с невысоким содержанием хрома, алюминия – предельно до 0.3 и 0.05% соответственно.
Стали 13Х используются для инструмента и спецоборудования. Прокаливание сплава не очень хорошее, термообработку больше 250 градусов не применяют.
Чтобы производить качественную арматуру для применения в строительной отрасли, применяют сплавы классов С, ГС, ХГАЮ, пр. Они подойдут для армирования ЖБ конструкций с разными несущими параметрами. Для создания надежных сварных соединений оптимально применять типы АФД, АФЮ, ГС, Сложные здания делают с применением сплавов вроде 12ХГН2МФБАЮ. Последний тип стали обязательно сначала закаливают, потом делают низкий отпуск.
В машиностроении
- Марганцевый сплав 09Г2 для создания обвязки, двутавров, балок хребтового типа. Температурные режимы эксплуатации – +450°.
- Марганцевые стали 10Г2С1 для сосудов, котлов, которые работают под давлением.
- Сплавы с медью 10ХНДП незаменимы в создании сложных машиностроительных конструкций.
- Марганцево-медные стальные низколегированные сплавы типы 12Г2СМФ выдерживают любые нагрузки, незаменимы при сооружении пролетных облегченных конструкций.
Отдельный вопрос – выбор сталей для эксплуатации в постоянно неблагоприятных условиях, то есть при осадках, низких температурах воздуха. Стойко такие воздействия выдерживают марки, произведенные согласно ГОСТ 19282. Такие стали не боятся коррозии, разрушений, не подвержены другим негативным изменениям.
Сварка низколегированных сталей
Сварку низколегированных сталей проводят с применением вертикальных и потолочных швов. Соединения можно в данных случаях делать с применением сварочных стержней, имеющих сечение до 0.4 см.
Стыковые, бортовые швы применяют в тех ситуациях, когда нужно понизить скорость охлаждения.
Тавры, нахлесты как типы сварочных соединений используют в работе с низколегированными сталями тогда, когда нужно повысить скорость охлаждения.
Изделия до 6 мм в толщину обрабатывают однопроходным методом, более толстые листы – выделенными длинными участками, строго в пару слоев (до трех). Каждый проход должен иметь около 1 сечения (незначительные погрешности допустимы) от длины стержня, который используется.
Газовая технология сварки низколегированных сталей предполагает использование Св-08 и Св-10Г2 присадок. Можно заменить присадки проволоками с аналогичными свойствами. Электроды Э42А придадут соединениям нужную пластичность, повысят прочность швов. Э60А стержни подобной пластичности не дадут, зато они имеют максимальные прочностные параметры.
Если содержание углерода в сплаве минимальное, нужно использовать стержни с фторкальциевым покрытием. С маркировками типа ЦУ, ЦЛ, УОНИ, ДСК, НИАТ. Руднокислые категории тут не используют, особенно если работа ведется с машиностроительными конструкциями, элементами морских судов.
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
Понимание низколегированной стали
Знание типа низколегированной стали и соответствие его правильному присадочному металлу 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 содержания стали и добавляются на основе их способности обеспечивать очень специфический атрибут.Например, добавление молибдена улучшает прочность материала; никель добавляет прочность; а хром увеличивает температурную прочность, твердость и коррозионную стойкость. Марганец и кремний, другие распространенные легирующие элементы, обеспечивают отличные раскисляющие свойства.
К счастью, несмотря на добавление этих элементов, низколегированные стали не обязательно 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.
Распространенное использование низколегированной стали
Первым шагом в понимании низколегированной стали является знание ее общего использования — все это сильно различается во многих отраслях промышленности. Область применения низколегированных сталей варьируется от военных транспортных средств, землеройных и строительных машин и кораблей до магистральных трубопроводов, сосудов под давлением и трубопроводов, нефтяных буровых платформ и конструкционных сталей.
Несколько общих групп низколегированных сталей, начиная со сталей HY 80, HY 90 и HY 100, используются для строительства корпусов судов, подводных лодок, мостов и внедорожных транспортных средств.Эти низколегированные стали содержат никель, молибден и хром, которые повышают свариваемость материала, ударную вязкость и предел текучести. При сварке этих низколегированных сталей предварительный нагрев и последующий нагрев обычно не требуются. Всегда обращайтесь к процедуре сварки, чтобы определить требования.
Другой тип низколегированной стали — высокопрочный низколегированный (HSLA) — отличается от других низколегированных марок тем, что каждый тип был создан для удовлетворения определенных механических требований, а не заданного химического состава.Применения HSLA включают военные корабли, конструкционную сталь и другие, известные своей прочностью.
Предназначенные для прочности, ударной вязкости при низких температурах и пластичности, стали ASTM A514, A517 и T1 подвергаются закалке и отпуску и используются в таких областях, как производство тяжелого оборудования, а также изготовление котлов и сосудов под давлением.
Стали для атмосферных воздействий, такие как ASTM A242, A588 и A709, класс 50W, полагаются на некоторые сплавы для создания защитного коррозионно-стойкого слоя. Этот слой также дает выветренный вид готовой стали и был впервые представлен как COR-TEN®.Закаленные стали популярны в художественных работах, мостах и в качестве облицовочного материала на зданиях для достижения особой эстетики.
Поиск совпадения присадочного металла
Наплавленные 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 заданиях, все же важно знать, как различные провода взаимодействуют с различными низколегированными базовыми материалами.Затем вы можете выбрать правильный низколегированный присадочный металл, сравнив имеющуюся информацию о базовом металле со спецификациями AWS для каждой проволоки.
Как правило, низколегированные присадочные металлы классифицируются по пределу прочности при растяжении в фунтах на квадратный дюйм (80 KSI или выше) и содержат легирующие элементы, такие как хром, никель или молибден. Эти присадочные металлы предназначены для соответствия конкретным низколегированным основным материалам, их химическому составу, прочности металла сварного шва и требованиям применения.
Для обеспечения успеха сварки присадочные металлы для низколегированных сталей должны соответствовать или превышать предел прочности и предел текучести основного металла, а также его свойства удлинения и вязкости (с V-образным надрезом 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 подбирать присадочные металлы с базовым материалом с более низкой прочностью.И наоборот, для получения меньшего сварного шва в поперечном сечении вы можете превзойти прочность основного материала. Превышение происходит, когда используемый присадочный металл имеет более высокую прочность, чем основной материал. Эта практика сложна, так как 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 хром-молибдена, чем основной металл. Вы должны выходить за рамки только тогда, когда конкретный дизайн соединения указывает, что это лучшая процедура.
Другим фактором, который необходимо учитывать при подборе низколегированных присадочных металлов, является толщина низколегированной стали, которую вы планируете сваривать. Например, закаленные и отпущенные стали, такие как A514, имеют удельные характеристики на растяжение, предел текучести и относительное удлинение, если их толщина остается меньше 21/2 дюйма. Его механические свойства изменяются, если материал толще этого. За это изменение отвечает процесс закалки и отпуска, так как более толстый материал закаливается медленнее и приводит к снижению минимального предела текучести и прочности на растяжение.Поэтому для более толстого материала могут потребоваться присадки с более низкой прочностью.
Само приложение также определит ваш низколегированный присадочный металл. Например, соединение, которое требует термообработки после сварки (PWHT), использует присадочный металл, легированный молибденом, чтобы гарантировать, что материал сохраняет свою прочность. Такие применения включают PWHT сосудов под давлением, что помогает улучшить ударные или ударные свойства и уменьшить любые остаточные напряжения в сварном шве, которые могут привести к преждевременному выходу его из строя.
Другим примером является применение с высокой усталостью, такое как землеройное оборудование, для которого требуется присадочный металл с более высокой ударной вязкостью. Присадочный металл, легированный никелем, обеспечивает большую устойчивость к циклическим нагрузкам и усталости в такой ситуации, а также предлагает более высокую прочность и лучшую ударную вязкость, чем мягкая сталь при низких температурах.
Классификации присадочного металла
Как и другие присадочные металлы, низколегированные присадочные металлы классифицируются AWS.
На рисунке 1 показаны классификации AWS, в частности, для низколегированных проводов с металлическим сердечником, экранированных газом, в то время как на рисунке 2 показаны классификации для низколегированных проводов с сердечником из флюса.
В обоих случаях первое место в классификации просто указывает «электрод». Следующие два пробела относятся к пределу прочности на разрыв (x 10 KSI) и возможностям сварочного положения, за которыми следует, является ли это сплошной (S) или композитной (C) проволокой. Окончательный химический состав металла шва (также известный как класс продукта) является последним пробелом. В каждой из этих классификаций химический состав, соответствующий прочности на разрыв, направляет вас к подходящему присадочному металлу.
Буква в области химического состава указывает класс продукта присадочного металла.Каждый класс продукции, в свою очередь, отвечает специфическим химическим и механическим требованиям в зависимости от сплава, содержащегося в присадочном металле. Эти сплавы затем определяют общую свариваемость и удобство использования присадочного металла, характеристики окончательного сварного шва и область применения, для которой он предназначен.
Например, низколегированные присадочные металлы класса продукта В (B2, B3, B6 и B8 / 9) имеют различные количества хрома и молибдена, добавленные к ним для повышения их коррозионной стойкости.Эти присадочные металлы обычно предназначены для высокотемпературных применений. Аналогично, низколегированные присадочные металлы в классе продуктов K (K2, K3 и K4) имеют различное количество смеси марганец-никель-молибден для повышения прочности, что делает их идеальными для сварки сталей HSLA.
На рисунке 3 приведены подробные сведения о других классах изделий из низколегированных присадочных металлов и их включенных сплавах, характеристиках и рекомендуемых применениях. Эта информация должна помочь вам выбрать подходящий низколегированный присадочный металл для вашей низколегированной стали.
Как и в любом сварочном процессе, образование является ключом к пониманию низколегированных сталей и присадочных металлов, используемых для их сварки. Фактически, вооружение этими знаниями может означать разницу между существенными механическими неисправностями и продолжающимся успехом сварки. Кроме того, всегда тщательно консультируйтесь со сварочными процедурами для вашего конкретного применения. Наконец, помните, что обращение к надежному сварочному дистрибьютору или производителю присадочного металла часто может решить любые дополнительные вопросы, которые могут у вас возникнуть.N
,Урок 1 — Основы дуговой сварки
Урок 1 — Основы дуговой сварки © АВТОРСКОЕ ПРАВО 1999 ESAB GROUP, INC. УРОК Я, ЧАСТЬ А элементы добавляются для улучшения прочности и ударной вязкости, для уменьшения или увеличения ответ на термическую обработку и замедляет ржавление и коррозию. Низколегированная сталь союзник определяется как имеющий от 1,5% до 5% общее содержание сплава. Обычными легирующими элементами являются марганец, кремний, хром, никель, молибден и ванадий.Низколегированные стали могут содержать целых четыре или пять эти сплавы в разных количествах. 1.2.2.1 Низколегированные стали имеют более высокий предел прочности и предел текучести, чем у мягкой стали или углеродистой конструкции стали. Так как они имеют высокое отношение прочности к весу, они уменьшают мертвые вес на железной дороге автомобили, рамы грузовиков, тяжелая техника и т. д. 1.2.2.2 Обычные углеродистые стали, которые показывают хрупкость при низких температурах, ненадежны в критические приложения.Поэтому низколегированные стали с добавками никеля часто используются для низкого температурные ситуации. 1.2.2.3 Стали теряют большую часть своей прочности при высоких температурах. Чтобы обеспечить эту потерю прочность при повышенных температурах, небольшие количества хрома или молибдена добавлено. 1.2.3 Высокая Легированная сталь — Эта группа дорогих и специализированных сталей содержит уровни сплава более 10%, что дает им выдающиеся свойства. 1.2.3.1 Аустенитная марганцевая сталь содержит высокие уровни углерода и марганца, которые дают это два исключительных качества, способность застывать при прохождении холодной работы и отличная прочность.Термин аустенитный относится к кристаллической структуре этих сталей. 1.2.3.2 Нержавеющая сталь Стали — это высоколегированные стали, способные противостоять коррозии. это характеристика в основном обусловлена высокое содержание хрома, то есть 10% или более. Никель также используется в значительных количествах в некоторых нержавеющих сталях. 1.2.3.3 Инструментальные стали используются для резки и формовочные операции. Это высококачественные стали используется для изготовления инструментов, штампов, штампов, штамповок, поковок и так далее.В зависимости от их свойств и использование, они иногда упоминаются как отверждение водой, ударопрочность, масляная закалка, воздушная закалка и горячая обработка инструментальной стали. 1.2.3.4 потому что из-за высокого уровня легирующих элементов особое внимание уделяется требуется при сварке высоколегированных сталей. ,В этой лекции вы узнаете о легированной стали.
Когда вы добавляете различные металлические и неметаллические элементы в определенном количестве в углеродистую сталь, это изменит свойства углеродистой стали. Мы можем манипулировать этим процентным содержанием легирующих элементов в стали, чтобы получить лучшее свойство, чем обычная углеродистая сталь.
Легированная сталь может далее классифицироваться как
- Низколегированные стали : в которых общая сумма легирующих элементов составляет <5%
- Высоколегированные стали : в которой общая сумма легирующих элементов составляет> 5%
Легирующие элементы
Обычно используемые легирующие элементы и их эффекты перечислены в таблице, приведенной ниже.
| Легирующие элементы | Влияние на свойства |
|---|---|
| Хром | Повышает устойчивость к коррозии и окислению. Увеличивает прокаливаемость и износостойкость. Увеличивает жаропрочность. |
| Никель | Увеличивает прокаливаемость. Повышает прочность. Увеличивает ударную вязкость при низких температурах. |
| Молибден | Повышает прокаливаемость, высокотемпературную твердость и износостойкость.Усиливает эффекты других легирующих элементов. Устранить хрупкость в стали. Увеличивает жаропрочность. |
| Марганец | Увеличивает прокаливаемость. Комбинируется с серой, чтобы уменьшить ее побочные эффекты. |
| Ванадий | Повышает прокаливаемость, высокотемпературную твердость и износостойкость. Улучшает сопротивление усталости. |
| Титан | Прочный твердосплавный формовщик. Добавляется в нержавеющую сталь для предотвращения осаждения карбида хрома. |
| Кремний | Удаляет кислород при выплавке стали. Улучшает прочность. Увеличивает твердость |
| Бор | Увеличивает прокаливаемость. Производит мелкий размер зерна. |
| Алюминий | Образует нитриды в азотированных сталях. Производит мелкий размер зерна в отливке. Удаляет кислород при выплавке стали. |
| Кобальт | Повышает тепло- и износостойкость. |
| Вольфрам | Увеличивает твердость при повышенных температурах.Уточняет размер зерна. |
Роль легирующих элементов
В зависимости от количества легирующих элементов влияют следующие свойства материала, такие как
- Коррозионная стойкость
- Закаливаемость
- Обрабатываемость
- Стабильность при высокой или низкой температуре
- Пластичность
- Прочность
- Лучшая износостойкость
- Улучшенная свариваемость
Использование легированной стали
Легированная сталь может использоваться в тех областях, где углеродистая сталь имеет ограничения, например
- Высокотемпературные услуги, такие как нагревательные трубки
- Низкотемпературные сервисы, такие как криогенное применение
- Очень высокий уровень прижима, такие как паровой коллектор
Здесь вы можете увидеть обычную легированную сталь, с которой вы столкнетесь.
- Для труб: ASTM A335 Gr P1, P5, P11, P9
- Для кованых фитингов: ASTM A234 Gr.WP5, WP9, WP11
- Для кованых фитингов: ASTM A182 F5, F9, F11 и т. Д.
Эти P5, WP5 и F5 имеют сходную химию, поэтому они могут свариваться вместе.
Какая модель нужна, обратитесь в сервисную службу!
Электрод из низколегированной конструкционной стали Класс GB Стандарт AWS Стандартный тип покрытия Сварочный источник питания Основное применение J107 E10015-G Тип DC + с низким содержанием водорода подходит для сварки низколегированной высокопрочной стальной конструкции с пределом прочности на разрыв, равным примерно 980 МПа. J107Cr E10015-G Тип DC + с низким содержанием водорода подходит для сварки низколегированных высокопрочных стальных конструкций с пределом прочности на разрыв более 980 МПа.Например, 30CrMnSi, 35CrMo и так далее. J506R E5016-G E7016-G Тип AC с низким содержанием водорода, DC + Подходит для сварки низкотемпературных и высокопрочных материалов, таких как сварка нефтяных платформ, судов и сосудов высокого давления. J506RH E5016-G E7016-G AC, DC + с низким содержанием водорода Подходит для важных конструкционных сварок низколегированных сталей, таких как E36, D36 и A537. Такие как морские платформы, суда, сосуды под давлением и т. Д. J507FeNi E5018-G E7018-G Тип DC с низким содержанием водорода + Подходит для сварки сосудов из среднеуглеродистой и низкотемпературной стали, например, 16MnDR.J507Ni E5015-G E7015-G Тип DC с низким содержанием водорода + Подходит для сварки сосудов из среднеуглеродистой и низкотемпературной стали, таких как 16MnDR. J507NiTiB E5015-G E7015-G Тип DC + с низким содержанием водорода Используется для сварки судов, котлов, сосудов под давлением, машин для горного дела, морских инженерных сооружений и других важных сооружений. J507R E5015-G E7015-G Тип DC + с низким содержанием водорода подходит для сварки низкотемпературных и высокопрочных материалов, таких как сварка важных конструкций, таких как нефтяные платформы, суда и сосуды высокого давления.J507RH E5015-G E7015-G Тип DC с низким содержанием водорода + Подходит для важной конструкционной сварки низколегированных сталей, таких как E36, D36 и A537. Такие как морские платформы, суда, сосуды под давлением и т. Д. J555 E5511-G E8011-G Целлюлоза типа AC, DC + Вертикальная сварка вниз для кольцевых стыковых соединений труб из низколегированной стали и вертикальная сварка вниз конструкций соответствующих классов прочности. J556 E5516-G E8016-G AC, DC + с низким содержанием водорода Подходит для сварки конструкций из низкоуглеродистой и низколегированной стали, таких как 15MnTi и 15MnV.J556RH E5516-G E8016-G AC, DC + с низким содержанием водорода Подходит для важных конструкций из низколегированной стали, таких как сосуды под давлением, морские нефтяные платформы и суда. J557 E5515-G E8015-G DC с низким содержанием водорода + Подходит для сварки конструкций из низкоуглеродистой и низколегированной стали, таких как 15MnTi и 15MnV. J606 E6016-D1 E9016-D1 Низко водородный тип AC, DC + Используется для сварки низкоуглеродистой стали и низкопрочной высокопрочной стальной конструкции с соответствующей прочностью, например стали 15MnVN. J606RH E6016-G Низководородный тип AC, DC + используется для сварки важных конструкций, таких как сосуды под давлением, мосты, опускные трубы гидроэлектростанций и морское проектирование, и хорошо сочетается со сталью CF60 (62).J607 E6015-D1 E9015-D1 Тип DC + с низким содержанием водорода Используется для сварки среднеуглеродистых и низкопрочных высокопрочных стальных конструкций соответствующей прочности, таких как 15MnVN. J607RH E6015-G Низководородный DC + используется для сварки важных конструкций, таких как сосуды под давлением, мосты, опускные трубы гидроэлектростанций и морское проектирование, и хорошо сочетается со сталью CF60 (62). J707 E7015-D2 E10015-D2 DC + с низким содержанием водорода в основном используется для сварки конструкций из низколегированных сталей соответствующей прочности.15MnMoV, 14MnMoVB, 18MnMoNb и т. Д., Структура после сварки может работать в условиях пайки или отпуска (550-650 ° C). J707Ni E7015-G E10015-G Тип DC + с низким содержанием водорода Используется для сварки низколегированных высокопрочных стальных конструкций соответствующего класса прочности. Низколегированные высокопрочные стали, такие как 14MnMoVB, WEL-TEN70 и HW56 из Японии. J707RH E7015-G E10015-G Низководородный тип DC + используется для сварки корпусных конструкций, а также для сварки важных конструкций из высокопрочной стали с σ0.2≥590Mpa. J757 E7515-G E11015-G Тип DC + с низким содержанием водорода используется для сварки низколегированной высокопрочной стальной конструкции с пределом прочности на разрыв, равным примерно 740 МПа. J757Ni E7515-G E11015-G Тип DC + с низким содержанием водорода в основном используется для сварки стали соответствующего класса прочности, такой как 14MnMoNbB и WEL-TEN80. J807 E8015-G Тип DC + с низким содержанием водорода в основном используется для сварки стали 14MnMoNbB и низколегированной высокопрочной стальной конструкции соответствующего класса прочности. J857 E8515-G E12015-G Тип DC + с низким содержанием водорода используется для сварки низколегированных высокопрочных стальных конструкций с пределом прочности на разрыв, равным примерно 830 МПа.J857Cr E8515-G E12015-G DC + с низким содержанием водорода Используется для сварки сосудов под давлением из низколегированной высокопрочной стали и других конструкций с пределом прочности при растяжении, равным примерно 830 МПа. Например, сталь 14CrMnMoVB, сталь 30CrMo, 35CrMo и так далее. J907Cr E9015-G Тип DC + с низким содержанием водорода используется для сварки сосудов под давлением из низколегированной высокопрочной стали и других конструкций с пределом прочности на разрыв, равным примерно 880 МПа. Например, сталь 14CrMnMoVB, сталь 30CrMo, 35CrMo и так далее.