Сварка средне- и высокоуглеродистых сталей

Сварка средне- и высокоуглеродистых сталей

Конструкции из среднеуглеродистой стали могут быть хорошо сварены при непременном соблюдении правил сварки, а также следующих дополнительных указаний. В стыковых, угловых и тавровых соединениях следует при сборке соединяемых элементов сохранять между кромками зазоры, предусмотренные ГОСТ, чтобы сварочная поперечная усадка происходила более свободно и не вызывала кристаллизационных трещин. Кроме того, начиная с толщины стали 5 мм и более, в стыковых соединениях делают разделку кромок, и сварку ведут в несколько слоев. Сварочный ток понижают.

Сварка высокоуглеродистой стали

Сварка высокоуглеродистых сталей марок ВСт6, 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, этот процесс мы рассмотрим ниже.

Технологии сварки высокоуглеродистых сталей

Хорошие результаты достигаются при сварке узкими валиками и небольшими участками с охлаждением каждого слоя. После окончания сварки обязательна термическая обработка.

Сварка среднеуглеродистой стали

Сварка среднеуглеродистой стали марок ВСт5, 30, 35 и 40, содержащей углерода 0,28-0,37 % и 0,27- 0,45%, более затруднена, так как с увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость стали.

Применяемую для арматуры железобетона среднеуглеродистую сталь марок ВСт5пс и ВСт5сп сваривают ванным способом и обычными протяженными швами при соединении с накладками (рис. 16.1). Для сварки концы соединяемых стержней должны быть подготовлены: для ванной сварки в нижнем положении- обрезаны резаком или пилой, а при вертикальной сварке — разделаны. Кроме того, они должны быть зачищены в местах соединения на длину, превышающую на 10-15 мм сварной шов или стык. Сварка производится электродами Э42А, Э46А и Э50А для протяженных валиковых швов. При температуре воздуха до минус 30 °С необходимо увеличивать силу

Рис. 16.1. Сварка стыков арматуры железобетона: а — ванная; 1 — горизонтальных; 2 — вертикальных; б — шовная

сварочного тока на 1 % при понижении температуры от 0°С на каждые 3°С. Кроме того, следует применять предварительный подогрев соединяемых стержней до 200-250 °С на длину 90-150 мм от стыка и снижать скорость охлаждения после сварки, обматывая стыки асбестом, а в случае ванной сварки не снимать формующих элементов до охлаждения стыка до 100 °С и ниже.

При более низкой температуре окружающего воздуха (от -30 до — 50 °С) следует руководствоваться специально разработанной технологией сварки, предусматривающей предварительный и сопутствующий подогрев и последующую термическую обработку стыков арматуры либо сварку в специальных тепляках.

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.

Электроды

Сварку ведут электродами диаметром не более 4-5 мм постоянным током обратной полярности, что обеспечивает меньшее расплавление кромок основного металла и, следовательно, меньшую его долю и меньшее содержание С в металле шва. Для сварки применяют электроды Э42А, Э46А или Э50А. В стальных стержнях электродов содержится немного углерода, поэтому при их расплавлении и перемешивании с небольшим количеством среднеуглеродистого основного металла в шве углерода будет не более 0,1-0,15 %.

При этом металл шва легируется Мn и Si за счет расплавляемого покрытия и таким образом оказывается равнопрочным основному металлу. Сварку металла толщиной более 15 мм ведут «горкой», «каскадом» или «блоками» для более медленного охлаждения. Применяют предварительный и сопутствующий подогрев (периодический подогрев перед сваркой очередного «каскада» или «блока» до температуры 120-250°С). Конструкции, изготовленные из стали марок ВСт4пс, ВСт4сп и из стали 25 толщиной не более 15 мм и не имеющие жестких узлов, обычно сваривают без подогрева. В других случаях требуются предварительный и сопутствующий подогрев и даже последующая термическая обработка. Дугу зажигают только в месте будущего шва. Не должно быть незаваренных кратеров и резких переходов от основного к наплавленному металлу, подрезов и пересечений швов. Выводить кратеры на основной металл запрещается. На последний слой многослойного шва накладывают отжигающий валик.

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.

Среднеуглеродистые

Из-за большого количества углерода соединение таких деталей осложняется. В результатах работы это выражается в том, что металл детали и сварного стыка может быть различной прочности. Помимо этого вблизи кромок шва могут образовываться трещины и очаги с ярко выраженной хрупкостью материала.

Чтобы избежать указанных недостатков, применяют электроды, в составе материала которых содержится низкое количество углерода.

При повышении тока, необходимом для разогрева соединяемых деталей, возможно проплавление основного металла. Чтобы исключить подобные случаи, производится разделка кромок соединяемых деталей.

Еще одним мероприятием по повышению качества соединения является предварительный разогрев и постоянный подогрев деталей в процессе. При сваривании сталей полуавтоматом для повышения качества шва лучше осуществлять движения электродом не поперек, а вдоль стыка деталей и использовать короткую дугу. Для работы применяют электроды марок УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5а.

При использовании ацетилена для сварки среднеуглеродистых сталей добиваются такого пламени горелки, при котором расход газа составит 75-100 дм³/ч. Для изделий, имеющих толщину 3 миллиметра и более, применяется общий подогрев до 250-300 °C или местный до 600-650 °C.

После сварки шов проковывают и подвергают термической обработке. Для сварки изделий из металла с количеством углерода, близким по содержанию к высокоуглеродистым сталям, используют специальный флюс.

4 Возможна ли сварка высокоуглеродистых сплавов?

Высокое содержание углерода в таких сталях делает их непригодными для производства сварных конструкций. Но нередко при проведении ремонтных мероприятий возникает потребность в сварке высокоуглеродистых сплавов. В этих случаях их сваривают методами, которые используются для сталей со средним содержанием углерода. Единственное условие – сваривание высокоуглеродистых изделий не проводится на сквозняках и тогда, когда температура окружающего воздуха составляет менее пяти градусов по Цельсию.

Сварка сталей с большим (до 0,75 процентов) содержанием углерода по газовой методике производится на науглероженном (незначительно) или на нормальном пламени, мощностью не более 90 кубических метров ацетилена в час. При этом металл подогревается до 300 градусов (обязательное условие для получения качественного соединения). Сварка высокоуглеродистых сплавов выполняется левым способом. Это дает возможность снизить время нахождения металла в состоянии расплава и время его перегрева.

Процесс осуществляется по каждой представленной сварочной технологии. Шов получают таким методом, который позволяет соблюсти требуемые параметры соединяемых заготовок. Соединяют стальные детали с низким содержанием углерода и легирующими добавками с учетом некоторых нюансов. Дело в том, что металл соединения и превалирующий металл изделия существенно отличаются. Это касается многих аспектов.

Во-первых, металлический материал для получения сварного шва содержит меньше углерода, а больше кремния и марганца. Во-вторых, зона соединяемых заготовок возле шва перегревается и незначительно упрочняется. В-третьих, многослойный способ соединения деталей не гарантирует, что металл шва не будет очень хрупким.

Без проблем работают с заготовками газовой сваркой. Отличительные характеристики – флюсовый материал не нужен и правый способ нуждается в большем количестве горючего газового элемента. Для сталей, в которых мало углерода, подходит и электродуговой сварочный процесс. Преимущество на стороне таких электродов, покрытие которых содержит железный порошок. Соединения низкоуглеродистых сталей, полученные в соответствии с правилами, высококачественны и надежны.

Особенности сварки изделий из углеродистых стальных сплавов

Углеродистыми, как известно, называют такие стальные сплавы, содержание углерода в которых может варьироваться в пределах 0,1–2,07%. В зависимости от того, сколько углерода в своем составе содержат такие сплавы, они подразделяются на низко- (до 0,25%), средне- (0,25–0,6%), а также высокоуглеродистые (0,6–2,07%). Сварка низкоуглеродистых сталей, также как среднеуглеродистых и высокоуглеродистых, отличается определенными особенностями. Однако есть и общие правила осуществления такого процесса, которые позволяют получать качественные и надежные соединения изделий из углеродистых сталей.

Технологические особенности сварки углеродистых сталей

Чтобы обеспечить хорошую провариваемость корня шва при выполнении стыковых сварных соединений деталей, изготовленных из углеродистых сталей, данный процесс выполняют, держа соединяемые изделия на весу. Этой рекомендации стараются придерживаться при выполнении полуавтоматической сварки порошковой и обычной проволокой, а также при осуществлении газовой и ручной дуговой сварки, осуществляемой при помощи покрытых углеродов. При использовании для выполнения сварки углеродистых сталей автоматического оборудования стараются создать условия для обеспечения провариваемости корня шва и исключения такого явления, как прожоги металла.

Прихватки выполняются с полным проваром стыка и последующей переплавкой при наложении основного шва

Перед началом сварки изделий, изготовленных из углеродистых сталей, их необходимо точно расположить относительно друг друга и надежно зафиксировать, для чего лучше всего использовать специальные сборочные приспособления. При отсутствии такого приспособления обеспечить фиксацию можно при помощи прихваток. Прихватки, суммарная длина которых может доходить до трети длины самого сварного шва, желательно накладывать со стороны соединения деталей, являющейся противоположной по отношению к шву. Если же предстоит выполнение многопроходного сварного шва, то прихватки накладывают с той стороны соединения, которая является противоположной по отношению к его первому слою.

После выполнения прихваток их тщательно зачищают, осматривают и исправляют их дефекты, если они обнаружены. При выполнении сварки углеродистых сталей необходимо добиваться полной переплавки прихваток, которые в противном случае могут стать очагом возникновения трещин в месте сваривания.

Таблица режимов сварки (на примере низкоуглеродистых и низколегированных сталей)

Технологию многослойной или двухсторонней сварки углеродистых сталей выбирают, если формируемое соединение должно соответствовать повышенным требованиям по своей прочности и надежности, или соединить необходимо детали значительной толщины. Если при осмотре сформированного сварного шва обнаруживаются дефекты (трещины, поры, подрезы, плохо проваренные участки и др.), то для их устранения необходимо предпринять следующие действия:

• удалить наплавленный металл в области обнаружения дефекта;
• зачистить область дефекта;
• подварить шов в зачищенной зоне.

Сварка этого дифференциала выполнена ТИГ-сваркой, что обеспечило качественный провар и отсутствие брызг

Особенность выполнения электрошлаковой и автоматической сварки деталей из углеродистых сталей заключается в том, что соединяемые изделия фиксируют с зазором, который должен иметь некоторое расширение к концу. Для осуществления такой фиксации используют сборочные приспособления или специальные скобы. Для того чтобы обеспечить высокое качество начальной и конечной области сварного шва при использовании вышеуказанных технологий, сварочный процесс начинают не на самих деталях, а на специальных планках, фиксируемых вместе с ними.

Классификация углеродистых сталей

Диаграмма — Классификация сталей

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

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

Подготовительные процедуры

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

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

Способы сварки углеродистых сталей

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

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

Материалы для сварки углеродистых сталей

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

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

Где заказать оборудование для сварки углеродистой стали

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

Электроды для углеродистых конструкционных сталей

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.