Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Сварка углеродистых сталей: особенности, проблемы и технологии

Наличие углерода в составе сталей этого вида увеличивает возможности отпуска и закалки, отчего материал приобретает лучшую износостойкость и твердость. Такие свойства позволяют изготавливать осевые валы, звездочки, станины оборудования, зубчатые колеса и другие элементы, в которых важны такие параметры. Но часто сварка является единственным методом производства деталей и их ремонта.

Эта технология в отношении углеродистых сталей имеет некоторые проблемы, поскольку в материале есть углерод. Он обуславливает возможность появления трещин как в самом шве, так и в околошовной зоне, а также непластичных образований. Углерод отрицательно влияет на устойчивость шва, этому же способствует вредные примеси материала – сера и фосфор. Сегодня принято рассматривать эту процедуру отдельно для каждой группы материала: технология сварки среднеуглеродистых сталей, высокоуглеродистых и низкоуглеродистых.

Основные проблемы и методы их решения

Сформировано понятие «критическое содержание углерода в сварном шве». Количественные показатели зависят от следующих параметров:

  • особенности узловой конструкции;
  • конфигурация сварного шва;
  • наличие в сварном шве химических элементов;
  • предварительное прогревание зоны будущего сварного шва.

Методики купирования рисков образования трещин рассматривают следующие действия:

  • лимитирование химических элементов, которые увеличивают риски образования трещин;
  • уменьшение напряжений, которые способствуют образованию дефектов;
  • в процессе сварки формируют максимально однородный шов оптимизированной формы с нормальным составом.

Непластичные структуры, которым также свойственно образование в процессе сварки углеродистых сталей, увеличивают риски образования трещин при нагрузках. Риски их появления решаются с помощью исключения факторов, которые способствуют их образованию.

Обязательно следует очищать перед проведением сварочных работ изделия из углеродистой стали от ржавчины, окалины, грязи, масляных включений и других посторонних веществ. Очистке подлежит зона работ и не менее 10 миллиметров околошовного участка. Эти элементы могут быть источниками водорода, что станет причиной образования трещин и пор в шве. Так формируется плавный переход и прочность конструкции к нагрузкам.

Особенности сварки сталей

Особенности сварки углеродистых сталей принято рассматривать по группам материала:

  • Низкоуглеродистых. Эти железные сплавы хорошо свариваются без использования флюса ацителенокислородным пламенем. Но отмечается увеличение эффективности процесса, при снижении объемов углерода в материале. Чем выше его содержание, тем больше риски формирования хрупких структур в сварном шве и увеличение пористости. Улучшение структуры достижимо подковкой при температурах каления и последующим медленным охлаждением. Эта методика наиболее актуальна, если готовое изделие будет эксплуатироваться под нагрузками. Чтобы снизить значения пористости шва, следует использовать присадки с низким содержанием углерода. Материалы с небольшой толщиной – до 5 мм можно обрабатывать газовой сваркой, более толстые требуют использования сварку плавлением дуговую.
  • Среднеуглеродистых. Для этих железных сплавов характерна закалка после нагревания и охлаждения. Наиболее применимы технологии сварки плавлением и ацителенокислородным пламенем. Чтобы сварной шов получился качественным без трещин, процедуру следует выполнять оперативно, а перед сваркой и после нее осуществлять термообработку. Если приходится использовать газовое сварочное оборудование, следует выбирать присадочные материалы с раскислителями. Это позволяет получить шов с нормальной пористостью и купировать риски выгорания углерода.
  • Высокоуглеродистых. Сварка высокоуглеродистых сталей не может проводиться газовым оборудованием, поскольку так углерод сильно выгорает, и образовываются закалочные структуры. Материал сварного шва имеет газовые включения и раковины. Оптимальная технология в данном случае – это дуговая сварка, которая гарантировано дает лучшие результаты.

    Малоуглеродистая сталь и ее свойства

    Низкоуглеродистая сталь относится к большой группе конструкционных. Содержание углерода в ней не больше 0,3 %, из-за такого невысокого процентного содержания она имеет следующие свойства:

    • Высокая пластичность и упругость;
    • Хорошо поддается сварочному процессу;
    • Высокая ударная вязкость.

    Данная марка нашла широкое применение в строительстве благодаря тому, что она очень легко сваривается, так как в ее структуре очень мало углерода, который плохо влияет на сварочный процесс, так как в металлическом шве могут образовываться хрупкие структуры и пористости, которые затем приводят к поломке. Также из-за высокой мягкости из нее изготавливаются детали методом холодной штамповки.

    Сварка углеродистых сталей

    Сваривать возможно абсолютно все марки стали. Однако для сварки каждого вида металла существует своя технология. Технология сварки углеродистых сталей должна соответствовать требованиям, которые включают в себя:

    • Равномерное распределение прочности шва по всей длине;
    • Отсутствие сварных дефектов, швы не должны иметь различных трещин, пор, нарезов и так далее;
    • Размеры и геометрическая форма шва должны быть выполнены в соответствие с нормами, прописанными в соответствующем ГОСТе 5264-80;
    • Вибрационная устойчивость свариваемой конструкции;
    • Использование электродов с пониженным содержанием водорода и углерода, которые могут оказать негативное влияние на качество шва;
    • Конструкция должна быть прочной и жесткой.

    Таким образом, технология должна быть максимально эффективной, то есть давать наивысшую производительность процесса при обеспечении высокой прочности и надежности.

    Механические свойства металла шва и сварного соединения полностью зависят от микроструктуры, которая представляет собой химический состав, а также определяется режимом сварки и термообработкой, которая осуществляется как до, так и после сваривания.

    Низкоуглеродсиая сталь: технология сварки

    Как уже было сказано выше, низкоуглеродистые стали поддаются сварочному процессу лучше всего. Они могут свариваться с помощью газовой сварки в ацетиленкислородном пламени без дополнительных флюсов. В качестве присадки используются металлические проволоки. Негативно повлиять на сварочный процесс может водород, который способен образовывать поры. Для предотвращения данной проблему рекомендуют проводить сварочный процесс с присадочным металлом, содержащим небольшое количество углерода.

    После осуществления процесса сваривания конструкцию необходимо термически обработать, чтобы улучшить механические свойства – пластичность и прочность будут одинаковы. Термическую обработку сварных конструкций проводят операцией нормализации, которая заключается в нагреве изделия до определенной температуры, примерно 400 градусов, выдержке и дальнейшему охлаждению на воздухе. В результате структура уравнивается, углерод в виде цементита в металле диффундирует внутрь зерен, благодаря чему структура становится равномерной.

    Газовую сварку проводят в присутствии аргона, который создает нейтральную среду. Конструкции, которые выполняются сваркой в среде аргона имеют более ответственное назначение.

    Сварка низкоуглеродистых сталей может проводиться вручную, дуговая сварка такого материала требует правильного выбора электрода. При выборе электрода необходимо учитывать следующие факторы, благодаря которым обеспечиться равномерная структура шва без дефектов. Перед тем как осуществлять процесс сварки необходимо прокалить электроды, чтобы подготовить их к дальнейшей работе, убрать водород. Сварка низкоуглеродистых железных сплавов должна быть точной т быстрой, перед началом процесса нужно подготовить металлические детали.

    Сварка среднеуглеродистых

    Процедура сварки стальных деталей со средним содержанием углерода, от 0,3 % до 0,55 % сложнее по сравнению с низкоуглеродистым, так как большее количество углерода может негативно повлиять на сварочный шов. Углерод уменьшает предел хладноломкости – то есть разрушении при низких температурах, увеличивает прочность и твердость, однако снижает пластичность шва.

    Для сварки применяются электроды с пониженным содержанием углерода, которые обеспечивают прочное соединение.

    Сварка высокоуглеродистых сталей

    Стали, имеющие высокий процент содержания углерода, от 0,6 % до 0,85 %, очень плохо поддаются сварочному процессу. Газовая сварка применяться в данном случае не может, так как в процессе углерод выгорает в больших количествах и образуются закалочные структуры, которые ухудшают качество шва. Лучше всего в данном случае применять дуговую сварку.

    Требования

    Во время сварки углеродистых сталей для достижения максимальных параметров необходимо соблюдение следующих требований:

    • Сварные электроды и проволока должны иметь низкий процент углерода, чтобы избежать появление ненужных дефектов;
    • Необходимо следить, чтобы углерод из металла под действием высокой температуры не переходил в сварной шов, для этого применяется проволока для сварки сталей со средним содержанием углерода и выше, например Forte E71T-1, Барс-71. Данные типы отлично подойдут для сварки сталей с содержанием углерода выше 0,3 %;
    • При проведении сварочного процесса следует добавлять флюсы, которые способствуют образованию тугоплавких образований;
    • Снижать химическую неоднородность шва путем последующей термической обработки;
    • Снижать содержание водорода путем прокалки электродов, использованием электродов с низким содержанием водорода и прочее.

    Особенности

    Также следует отметить следующие особенности проведения сварки углеродистых сталей:

    • Перед проведением данной операции нужно тщательно очищать свариваемый материал от ржавчины, механических неровностей, грязи, окалины. Эти загрязнения способствуют образованию трещин в сварочном шве;
    • Охлаждать сварочные конструкции из углеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, чтобы структура нормализовалась;
    • При проведении сварного процесса для ответственных деталей нужен предварительный подогрев, примерно до 400 градусов, с помощью подогрева обеспечится требуемая прочность шва, также в данном случае сварку можно осуществлять в несколько подходов.

    Таким образом, процесс сваривания углеродистых сталей зависит, главным образом, от содержания в них углерода. Поэтому необходимо учитывать, какое содержание и выбирать правильную технологическую схему, чтобы получить высококачественное прочное изделие, которое сможет прослужить долгий срок.

    Сварка углеродистых сталей: особенности, проблемы и технологии

    Наличие углерода в составе сталей этого вида увеличивает возможности отпуска и закалки, отчего материал приобретает лучшую износостойкость и твердость. Такие свойства позволяют изготавливать осевые валы, звездочки, станины оборудования, зубчатые колеса и другие элементы, в которых важны такие параметры. Но часто сварка является единственным методом производства деталей и их ремонта.

    Эта технология в отношении углеродистых сталей имеет некоторые проблемы, поскольку в материале есть углерод. Он обуславливает возможность появления трещин как в самом шве, так и в околошовной зоне, а также непластичных образований. Углерод отрицательно влияет на устойчивость шва, этому же способствует вредные примеси материала – сера и фосфор. Сегодня принято рассматривать эту процедуру отдельно для каждой группы материала: технология сварки среднеуглеродистых сталей, высокоуглеродистых и низкоуглеродистых.

    Основные проблемы и методы их решения

    Сформировано понятие «критическое содержание углерода в сварном шве». Количественные показатели зависят от следующих параметров:

    • особенности узловой конструкции;
    • конфигурация сварного шва;
    • наличие в сварном шве химических элементов;
    • предварительное прогревание зоны будущего сварного шва.

    Методики купирования рисков образования трещин рассматривают следующие действия:

    • лимитирование химических элементов, которые увеличивают риски образования трещин;
    • уменьшение напряжений, которые способствуют образованию дефектов;
    • в процессе сварки формируют максимально однородный шов оптимизированной формы с нормальным составом.

    Непластичные структуры, которым также свойственно образование в процессе сварки углеродистых сталей, увеличивают риски образования трещин при нагрузках. Риски их появления решаются с помощью исключения факторов, которые способствуют их образованию.

    Обязательно следует очищать перед проведением сварочных работ изделия из углеродистой стали от ржавчины, окалины, грязи, масляных включений и других посторонних веществ. Очистке подлежит зона работ и не менее 10 миллиметров околошовного участка. Эти элементы могут быть источниками водорода, что станет причиной образования трещин и пор в шве. Так формируется плавный переход и прочность конструкции к нагрузкам.

    Особенности сварки сталей

    Особенности сварки углеродистых сталей принято рассматривать по группам материала:

    • Низкоуглеродистых. Эти железные сплавы хорошо свариваются без использования флюса ацителенокислородным пламенем. Но отмечается увеличение эффективности процесса, при снижении объемов углерода в материале. Чем выше его содержание, тем больше риски формирования хрупких структур в сварном шве и увеличение пористости. Улучшение структуры достижимо подковкой при температурах каления и последующим медленным охлаждением. Эта методика наиболее актуальна, если готовое изделие будет эксплуатироваться под нагрузками. Чтобы снизить значения пористости шва, следует использовать присадки с низким содержанием углерода. Материалы с небольшой толщиной – до 5 мм можно обрабатывать газовой сваркой, более толстые требуют использования сварку плавлением дуговую.
    • Среднеуглеродистых. Для этих железных сплавов характерна закалка после нагревания и охлаждения. Наиболее применимы технологии сварки плавлением и ацителенокислородным пламенем. Чтобы сварной шов получился качественным без трещин, процедуру следует выполнять оперативно, а перед сваркой и после нее осуществлять термообработку. Если приходится использовать газовое сварочное оборудование, следует выбирать присадочные материалы с раскислителями. Это позволяет получить шов с нормальной пористостью и купировать риски выгорания углерода.
    • Высокоуглеродистых. Сварка высокоуглеродистых сталей не может проводиться газовым оборудованием, поскольку так углерод сильно выгорает, и образовываются закалочные структуры. Материал сварного шва имеет газовые включения и раковины. Оптимальная технология в данном случае – это дуговая сварка, которая гарантировано дает лучшие результаты.

      Рис. 1. Сварка стыков арматуры железобетона: а — ванная: 1 — горизонтальных; 2 — вертикальных; б — шовная

      Сварку других конструкций из среднеуглеродистой стали марок ВСт5, 30, 35 и 40 следует вести с соблюдением тех же дополнительных указаний. Стыки рельсовых путей обычно сваривают ванной сваркой с предварительным подогревом и последующим медленным охлаждением аналогично стыкам арматуры. При сварке других конструкций из этих сталей следует применять предварительный и сопутствующий подогрев, а также последующую термическую обработку.

      Сварка высокоуглеродистых сталей марок ВСтб, 45, 50 и 60 и литейных углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,7 % еще более затруднительна. Эти стали применяют главным образом в литых деталях и при изготовлении инструмента. Сварка их возможна только с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 350—400 °С и последующей термообработкой в нагревательных печах. При сварке должны соблюдаться правила, предусмотренные для среднеуглеродистой стали. Хорошие результаты достигаются при сварке узкими валиками и небольшими участками с охлаждением каждого слоя. После окончания сварки обязательна термическая обработка.

      Просмотров: 5564 Создан: 2012-11-23 Источник: Ручная дуговая сварка

      Читать еще:  Углеродистые стали классификация маркировка и применение
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector