При сварке низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей необходимо учитывать, к какой группе свариваемости сталей относится та или иная марка стали. Среднеуглеродистые конструкционные стали содержат большее количество углерода, чем низкоуглеродистые. А углерод сильно влияет на свариваемость сталей.
Сварка низкоуглеродистых сталей
Из-за малого концентрата углерода данный вид имеет следующие свойства:
- высокая упругость и пластичность;
- значительная ударная вязкость;
- хорошо поддается обработке с помощью сварки.
Низкоуглеродистые стали широко применяются в строительстве и при производстве деталей методом холодной штамповки.
Технология сварки низкоуглеродистых сталей
Низкоуглеродистые стали поддаются свариванию лучше всего. Их соединение может проводиться методом ручной дуговой сварки электродами с обмазкой. Применяя данный способ важно правильно подобрать марку электродов, что обеспечит равномерную структуру наплавленного металла. Сваривание должно осуществляться быстро и точно. Перед началом работ нужно подготовить соединяемые детали.
Газовая сварка осуществляется без применения дополнительных флюсов. В качестве присадочного материала используются металлические проволоки с небольшим содержанием углерода. Это поможет предотвратить образование пор.
Для обработки ответственных конструкций применяется газовая сварка в среде аргона.
После сварки готовую конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке путем операции нормализации: изделие следует нагреть до температуры примерно в 400°С; выдержать и охладить на воздухе. Данная процедура способствует тому, что структура стали становится равномерной.
Особенности сварки низкоуглеродистых сталей
Хорошая свариваемость таких сталей обеспечивает равнопрочность сварного шва с основным металлом, а также отсутствие дефектов.
Металл шва обладает пониженным содержанием углерода, доля кремния и марганца увеличена.
При ручной дуговой сварке околошовная область подвергается перегреву, что способствует его незначительному упрочнению.
Шов, наплавленный методом многослойной сварки, отличается повышенным уровнем хрупкости.
Соединения обладают высокой стойкостью против МКК из-за низкой концентрации углерода.
Виды сварки низкоуглеродистых сталей
1. Первым методом для соединения низкоуглеродистых сталей является ручная дуговая сварка электродами с покрытием. Для выбора оптимального вида и марки расходников необходимо учитывать следующие требования:
- сварной шов без дефектов: пор, подрезов, непроваренных участков;
- равнопрочное соединение с основным изделием;
- оптимальный химический состав металла шва;
- устойчивость швов при ударных и вибрационных нагрузках, а также повышенных и пониженных температурах.
Наименьший показатель напряжения и деформации исполнитель получает при выполнении сварки в нижнем пространственном положении.
Для сварки рядовых конструкций используются следующие марки электродов:
Сварочные электроды АНО-6
- АНО-3.
- АНО-4.
- АНО-5.
- АНО-6.
- ОЗС-3.
- ОММ-5.
- ЦМ-7.
Для сваривания ответственных конструкций применяются следующие марки сварочных материалов:
- АН-7.
- АНО-1.
- ВСП-1.
- ВСЦ-2.
- ДСК-50.
- К-5А.
- КПЗ-32Р.
- МР-1.
- МР-3.
- ОЗС-2.
- ОЗС-4.
- ОЗС-6.
- ОМА-2.
- РБУ-5.
- СМ-5.
- СМ-11.
- УОНИ-13/45.
- УОНИ-13/55.
- УП-1/45.
- УП-2/45.
- УП-1/55.
- УП-2/55.
- Э-138/45Н.
- Э-138/50Н.
- ЭРС-1.
- ЭРС-2.
2. Газовая сварка осуществляется в защитной среде из аргона, без использования флюса, с применением металлической проволоки в качестве присадочного материала.
3. Электрошлаковая сварка осуществляется при помощи флюсов. Проволочные и пластинчатые электроды подбираются с учетом состава основного сплава.
4. Автоматическая и полуавтоматическая сварка осуществляется с защитной среде; применяется чистый аргон или гелий, часто используется углекислый газ. CO2 должен обладать высоким качеством. Если соединение кислорода и углерода будет перенасыщено водородом или азотом, то это приведет к порообразованию.
5. Автоматическая сварка под флюсом выполняется электродной проволокой диаметром 3-5 мм; полуавтоматическая – 1,2-2 мм. Сваривание выполняется постоянным током обратной полярности. Режим сварки варьируется в значительных величинах.
6. Наиболее оптимальным способом является сваривание порошковыми проволоками. Сила тока располагается в диапазоне от 200 до 600 А. Сварку рекомендуется проводить в нижнем положении.
7. Для сварки в защитных газах используется углекислый газ, а также смеси инертного газа с кислородом или CO2.
Соединение изделий толщиной менее 2 мм. осуществляется в атмосфере инертных газов вольфрамовым электродом.
Чтобы повысить стабильность дуги, улучшить формирование шва и понизить чувствительность наплавленного металла к пористости следует применять смеси газов.
Сваривание в атмосфере углекислого газа предназначено для работ со сплавами толщиной более 0,8 мм. и менее 2,0 мм. В первом случае используется плавящийся электрод, во втором – графитовый или угольный. Вид тока постоянный, полярность обратная. Следует отметить, что данный способ отличается повышенным уровнем разбрызгивания. [ads-pc-2][ads-mob-2]
Виды низколегированной стали
Конструкционные низколегированные стали классифицируются:
Типы низкоуглеродистых сталей представлены в таблице.
Среднеуглеродистые марки (35ХМ, 18Г2АФ, 17ГС) содержат более 0.25% углерода и применяются после проведения термообработки.
Теплоустойчивые металлы при работе в районе высоких температур имеют повышенную прочность. Находят применение в изготовлении металлических элементов энергетических устройств.
Ввиду более высокой прочности низколегированных сталей (по сравнению с углеродистыми конструкционными) их применение при производстве сварных конструкций снижает вес и экономит металл.
Благодаря этим свойствам, материалы применяют в вагоно- и судостроении, строительстве и других областях промышленности.
Сварка среднеуглеродистых сталей
Среднеуглеродистые стали используются в тех случаях, когда необходимы высокие механические свойства. Данные сплавы могут подвергаться ковке.
Также они применяются для деталей, производимых методом холодной пластической деформации; характеризуются как спокойные, что позволяет использовать их в машиностроении.
Стали с содержанием углерода от 0,4 до 0,6 % отлично подойдут для изготовления вагонных колес и осей, железнодорожных рельсов.
Технология сварки среднеуглеродистых сталей
Сваривание данных сплавов выполняется не так хорошо, как соединение низкоуглеродистых сталей. Обусловлено это несколькими трудностями:
- отсутствие равнопрочности основного и наплавленного металлов;
- высокий уровень риска образования больших трещин и непластичных структур в околошовной зоне;
- малый показатель стойкости к формированию кристаллизационных дефектов.
Однако, эти проблемы довольно легко решаются посредством выполнения следующих рекомендаций:
- применение электродов и проволоки с небольшим содержанием углерода;
- сварочные стержни должны обладать повышенным коэффициентом наплавки;
- для обеспечения наименьшей степени проплавления основного металла следует производить разделку кромок, устанавливать оптимальный режим сварки, использовать присадочную проволоку;
- предварительный и сопутствующий подогрев заготовок.
Технология сварки углеродистой стали при выполнении вышеперечисленных рекомендаций не обнаруживает появление проблем и затруднений.
Особенности сварки среднеуглеродистых сталей
Перед свариванием изделие необходимо очистить от грязи, ржавчины, масла, окалины и других загрязнений, которые являются источником водорода и могут поспособствовать образованию пор и трещин в шве. Очищению подвергаются кромки и прилегающие к ним участки шириной не более 10 мм. Это гарантирует прочность соединения при нагрузках различного рода.
Сборка деталей под сварку подразумевает соблюдение зазора, ширина которого зависит от толщины изделия и должна быть на 1-2 мм. больше, чем при работе с хорошо свариваемыми материалами.
Если толщина изделия из среднеуглеродистой стали превышает 4 мм., нужно выполнить разделку кромок.
Для наименьшей проплавки основного металла и оптимального уровня охлаждения следует верно подбирать режим сваривания. Правильность выбора можно подтвердить, осуществив замер твердости наплавленного металла. При оптимальном режиме, она не должна быть выше 350 HV.
Ответственные узлы соединяются в два и более прохода. Не допускаются частые разрывы дуги, ожог (прижег) основного металла и вывод на него кратера.
Сваривание ответственных конструкций осуществляется с предварительным подогревом от 100 до 400°С. Чем больше содержание углерода и толщина деталей, тем выше должна быть температура.
Охлаждение должно быть медленным, изделие помещается в термостат или накрывается теплоизоляционным материалом.
Виды сварки среднеуглеродистых сталей
Сварка среднеуглеродистых сталей может проводиться несколькими способами, которые мы рассмотрим далее.
1. Ручная дуговая сварка выполняется электродами с основным типом покрытия, обеспечивающие малое содержание водорода в наплавленном металле. Чаще всего исполнители используют следующие электроды для сварки углеродистых сталей:
- АНО-7.
- АНО-8.
- АНО-9.
- ОЗС-2.
- УОНИ-13/45.
- УОНИ-13/55.
- УОНИ-13/65.
Особое покрытие сварочных материалов УОНИ гарантирует увеличение стойкости соединения к образованию трещин, а также обеспечивает прочность шва.
Следует учитывать следующие нюансы:
- вместо поперечных перемещений нужно выполнять продольные;
- необходимо производить заварку кратеров, иначе увеличивается степень риска формирования трещин;
- рекомендуется осуществлять термообработку шва.
2. Газовая сварка углеродистых сталей тонколистового формата выполняется левым способом с помощью проволоки, также используется нормальное сварочное пламя. Средний расход ацетилена составляет 120-150 л/ч на 1 мм. толщины свариваемого сплава. С целью уменьшения риска образования кристаллизационных трещин, следует применять сварочные материалы с содержанием углерода не более 0,2-0,3 %.
Толстостенные изделия следует соединять правым способом газовой сварки, который характеризуется более высокой производительностью. Расчет ацетилена также равен 120-150 л/ч. Чтобы избежать перегрева рабочей зоны, расход нужно уменьшать.
Сварка углеродистых сталей газовой сваркой также включает следующие особенности:
- уменьшение окисления в сварочной ванне достигается пламенем с небольшим переизбытком ацетилена;
- положительное влияние на процесс оказывает применение флюсов;
- для избежания хрупкости в околошовной зоне применяют замедление охлаждения с помощью предварительного нагрева до 200-250°С или последующий отпуск при температуре 600-650°С.
После сваривания можно провести термическую обработку или проковку изделия. Эти операции существенно улучшают свойства.
Технология газовой сварки углеродистых сталей разработана с целью получения соединений, обладающих необходимыми механическими свойствами. Поэтому для исполнителя важно учитывать данные специфические черты.
3. Технология сварки под флюсом углеродистых сталей подразумевает применение сварочной проволоки и плавленых флюсов: АН-348-А и ОСЦ-45. Сваривание осуществляется на малых величинах тока. Это позволяет “насытить” наплавленный металл необходимым уровнем кремния и марганца. Данные элементы интенсивно переходят из флюса в металл шва.
Достоинства данного метода: высокая производительность; наплавляемый металл надежно защищен от взаимодействия с воздухом, что обеспечивает высокое качество соединения; экономичность процесса достигается за счет малого разбрызгивания и благодаря сокращению потерь металла на угар; стабильность горения дуги гарантирует получение мелкочешуйчатой поверхности шва.
4. Исполнители часто используют метод аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. Основная трудность при сварке среднеуглеродистых сталей данным способом – сложно избежать образования пор из-за небольшого раскисления основного металла. Для решения этой проблемы нужно снизить долю основного металла в наплавленном. Для этого необходимо верно подобрать режимы сварки аргоном углеродистой стали. Сваривание осуществляется постоянным током прямой полярности.
Величина напряжения устанавливается в зависимости от толщины конструкции при однопроходной сварке и исходя из высоты валика, которая составляет 2,0-2,5 мм – при многопроходной. Ориентировочные показатели тока можно определить таким образом: 30-35 А на 1 мм. вольфрамового прутка. [ads-pc-3][ads-mob-3]
Особенности процесса
Низколегированная сталь – материал, относящийся к группе удовлетворительно свариваемых металлов, которые соединяются почти всеми видами сварки.
- одинаковая прочность шва;
- получение требуемой формы;
- отсутствие дефектов.
Сварка низколегированной стали выполняется труднее низкоуглеродистой конструкционной. Она более чувствительна к тепловым воздействиям. Следует учитывать, что содержание в материале более 0.25% углерода может привести к формированию закалочных структур и трещин в шве, а выгорание углерода – к образованию пор.
Во избежание формирования закалочных мартенситных структур деталь подогревают, применяют многослойную сварку с соблюдением между наложением слоев металла в шов минимального интервала времени. Материал покрытых электродов выбирается с низким содержанием фосфора, углерода и серы. Это способствует увеличению стойкости шва против кристаллизационных трещин.
Соединение хромокремнемарганцовистых сталей
Этот тип низколегированных сталей также носит название хромансиль. В состав входит углерода 0.17-0.4%, марганца 0.8-1.1%, кремния и хрома – 0.9-1.2%. Материал недорогой, имеет хорошую упругость и прочность, выдерживает вибрацию. Недостаток – плохая теплоустойчивость.
Сварка высокоуглеродистых сталей
Демонстрационная сварка стали от рессор электродом Zeller 655
Высокое содержание углерода в сталях данного вида делает их, как правило, непригодными для изготовления сварных конструкций. Они характеризуются низкой пластичностью, поэтому имеют ограниченное применение.
Потребность в высокоуглеродистых сталях возникает при проведении ремонтных работ, при производстве пружин, режущих, бурильных, деревообрабатывающих и других инструментов, высокопрочной проволоки, а также в тех изделиях, которые должны обладать высокой износостойкостью и прочностью.
Технология сварки высокоуглеродистых сталей
Сваривание возможно, как правило, с предварительным и сопутствующим подогревом до 150-400°С, а также последующей термообработкой. Обусловлено это склонностью данного типа сплавов к хрупкости, чувствительностью к горячим и холодным трещинам, химической неоднородностью шва.
К сведению! Исключения возможны, если использовать специализированные электроды для разнородных сталей. См. фото и подпись к нему ниже.
- После подогрева необходимо произвести отжиг, который нужно проводить до тех пор, пока изделие не остынет до температуры 20°С.
- Важным условием является недопустимость осуществления сварки на сквозняках и при температуре окружающей среды ниже 5°С.
- Для повышения прочности соединения необходимо создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла.
- Хорошие результаты достигаются при сваривании узкими валиками, с охлаждением каждого наплавленного слоя.
- Исполнителю следует также соблюдать правила, предусмотренные для соединения среднеуглеродистых сплавов.
Данный демонстрационный образец (сварены воедино рессора, напильники, подшипник и пищевая нержавейка). Если не обращать внимания на качество швов, варили не профессиональные сварщики, фото подтверждает, что вполне возможна сварка “несвариваемых” сталей.
Видео
Особенности сварки высокоуглеродистых сталей
Рабочую поверхность необходимо очистить от загрязнений различного рода: ржавчина, окалина, механические неровности и грязь. Присутствие загрязнений может привести к образованию пор.
Охлаждать конструкции из высокоуглеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, для нормализации структуры.
Предварительный подогрев ответственных изделий до 400°С позволяет достичь необходимого показателя прочности.
Виды сварки высокоуглеродистых сталей
1. Оптимальным вариантом проведения сварочного процесса является ручная дуговая сварка с помощью покрытых электродов. Работа с высокоуглеродистыми сталями обладает большим количеством специфических характеристик. Поэтому сварка высокоуглеродистой стали проводится специально разработанными электродами, например, НР-70. Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности.
2. Сварка под флюсом также используется для соединения сплавов данного типа. Равномерно покрыть флюсом рабочую зону в ручном режиме довольно сложно. Поэтому, в большинстве случаев, используется автоматическая технология. Расплавленный флюс образует плотную оболочку и предотвращает воздействие вредных атмосферных факторов на сварочную ванну. Для сваривания под флюсом используются трансформаторы, выдающие переменный ток. Данные аппараты позволяют создавать устойчивую дугу. Главное достоинство данного метода – небольшие потери металла вследствие малого разбрызгивания.
Важно отметить, что не рекомендуется применять метод газовой сварки. Процесс характеризуется выгоранием большого количества углерода, в результате чего образуются закалочные структуры, которые отрицательно сказываются на качестве шва.
Однако, если свариванию подвергаются рядовые конструкции, то применение данного способа возможно. Соединение производится на нормальном или незначительном пламени, мощность которого не превышает 90 м3 ацетилена в час. Изделие нужно подогреть до 300°С. Сварка осуществляется левым способом, что дает возможность уменьшить время нахождения металла в расплавленном состоянии и продолжительность его перегрева.
Технология
Ручная дуговая сварка – наиболее распространенный метод соединения материалов сварочных конструкций, при котором вручную:
- возбуждается дуга;
- подается и перемещается электрод.
Работа проводится покрытыми электродами. Способ заключается в горении сварочной дуги с электрода на свариваемый предмет. Кромки изделия оплавляются, металл электродного стержня и покрытие электрода расплавляются. Основной металл и материал электрода кристаллизуются, образуя сварной шов.
Схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами
Сварка нержавейки и углеродистой стали
Сварка коррозионностойких и углеродистых сталей является ярким примером соединения разнородных материалов.
Предварительный и сопутствующий нагревы изделий до температуры примерно в 600°С позволят получить шов с более однородной структурой. После работ нужно произвести термическую обработку, это поможет избежать образование трещин. Для сваривания нержавейки и низкоуглеродистых сталей на практике применяются два метода, которые подразумевают использование сварочных стержней:
- электроды из высоколегированной стали или электроды на никелевой основе заполняют сварочный шов;
- кромки изделия из низкоулегродистой стали наплавляется легированными электродами, затем плакированный слой, кромки из нержавейки свариваются специальными электродами для нержавейки.
Сварку нержавеющих и углеродистых сталей также можно проводить аргонодуговым методом. Однако, такая технология используется крайне редко и только для работы с особо ответственными конструкциями.
Также исполнитель может произвести соединение методом полуавтоматической сварки с помощью металлического электрода в защитной среде инертных газов.
Выбор оборудования
Тип и эксплуатационные особенности сварочного оборудования для работы с углеродистыми сталями варьируются в достаточно широких пределах и зависят от таких факторов, как:
- выбранный метод сварки;
- характеристики заготовок;
- требуемое качество шва;
- расчетный режим сварки;
- особенности внешней среды;
- требуемая производительность;
- финансово-экономические критерии.
Чаще всего углеродистые стали соединяют одним из методов электродуговой сварки. Если предполагается ручная сварка и объем работ относительно мал, можно воспользоваться обычным сварочным инвертором, главные достоинства которого – компактность и дешевизна. Хорошим выбором станут модели Fubag IR 200, Wester MMA-VRD 200, Elitech АИС 200, Ресанта САИ-220 и другие.
Примерная стоимость аппаратов Ресанта САИ-220 на Яндекс.маркет
В противном случае, лучше отдать предпочтение промышленным трансформаторам с большей производительностью, например, Кавик ТДМ-252У2 (250 А, 12 кВт) или Brima ТДМ1-315-1 (315 А, 24 кВт). В зонах, где подключение к электрической сети невозможно или затруднено, используются сварочные генераторы, оснащенные двигателями внутреннего сгорания.
Для полуавтоматической сварки в среде защитных газов или под слоем флюса применяются специализированные сварочные аппараты комбинированной конструкции, которые обеспечивают генерирование сварочного тока, а также подачу в зону сварки защитного газа и плавящегося электрода (кроме того, может подаваться присадочная проволока). В нише бюджетных моделей лидирует Aurora Overman 180, в топовом сегменте – Blueweld Starmig 210 Dual Synergic.
Примерная стоимость аппаратов Aurora overman на Яндекс.маркет
Для газовой сварки потребуется наличие кислородного и ацетиленового баллонов с манометрами, гибких шлангов и горелки, позволяющей регулировать пропорциональное соотношение газов. Оборудование альтернативных видов сварки специфично, оно относится к промышленным аппаратам и крайне редко используется в быту.
