Какой металл нельзя сварить

Обновлено: 14.05.2024

Сварка – это сложный процесс соединения металлов через высокотемпературный нагрев. Здесь сочетаются законы электричества, теплопроводности, металлургии и химических состояний веществ. Без понимания этих законов могут возникнуть осложнения, которые приведут к разрушению сварного шва.

Чтобы снизить возможные риски, важно знать особенности сварки различных типов металлов. Это сэкономит время при сваривании и пост-обработке изделий, например полировке и шлифовании.

Особенности сваривания углеродистых сталей

Углеродистая сталь состоит из нескольких элементов, различающихся по химическому составу. Ключевым из них является углерод с незначительным добавлением примесей –кремния, фосфора или серы. Именно количество углерода оказывает большое влияние на свариваемость.

По содержанию углерода, которое колеблется в диапазоне от 0,1 до 2,1 %, различают 3 типа углеродистых сталей:

Низкоуглеродистые – содержат менее 0,30 % углерода.
Среднеуглеродистые – содержат около 0,30 %–0,60 % углерода.
Высокоуглеродистые – 0,61%–2,1% углерода.

Низкоуглеродистая высокопластичная сталь обычно является наиболее легко свариваемой при комнатной температуре. Среднеуглеродистая сталь требует предварительного прогрева и последующей термообработки, чтобы не растрескался сварной шов. Для сварки высокоуглеродистой стали потребуется тщательный предварительный нагрев и последующая температурная обработка.

Следует учитывать и скорость охлаждения сварного шва. Углеродистая сталь с большим количеством углерода и другими элементами охлаждается медленнее, чем низкоуглеродистая.

Чтобы в сварной шов не попал водород, из-за которого в металле образуются поры, область сварки необходимо очистить от масел, краски, ржавчины или окалины.

Сварка низкоуглеродистых сталей

При газовой сварке низкоуглеродистых сталей в аргоне используют присадку в виде металлической низкоуглеродистой проволоки, чтобы в сварном шве не было пор

Стали с низким содержанием углерода свариваются лучше всего, причем без применения флюса. Для соединения деталей чаще всего используют ручную дуговую сварку электродами с различными типами покрытия или газовую сварку. Первый метод подходит для деталей толщиной более 5 мм, второй – для небольших тонких деталей менее 5 мм.

Как правило, для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды с рутиловым или кальциево-фтористорутиловым покрытием с добавлением небольшого количества железного порошка.

В таблице можно посмотреть марки электродов для сваривания рядовых и ответственных конструкций:

Рядовые конструкции

Ответственные конструкции

АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ОЗС-3, ОММ-5, ЦМ-7

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

Альтернативными методами сварки низкоуглеродистых сталей являются:

электрошлаковая сварка с использованием флюсов;
автоматическая и полуавтоматическая сварка;
сваривание с использованием порошковой проволоки.

После соединения деталей структуру конструкции нужно сделать равномерной. Для этого изделие нагревают до 400 °С и остужают на воздухе.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Среднеуглеродистые стали используют в машиностроении для изготовления рельсов, осей и колес вагонов, несущих деталей. Сплавы металлов со средним содержанием углерода хорошо поддаются ковке.

Процесс сварки таких сталей проходит сложнее из-за разницы в прочности сварного шва и соединяемых деталей. Кроме того, вдоль шва могут образовываться трещины и поры. Чтобы стабилизировать баланс прочности, при сварке применяют электроды с низким содержанием углерода:

АНО-7;
АНО-8;
АНО-9;
ОЗС-2;
УОНИ-13/55;
УОНИ-13/65;
ОЗС-2;
К-5а.

Перед сваркой детали предварительно прогревают до 400 °С. Величина температуры зависит от толщины деталей и количества углерода в них. Кроме того, в процессе сварки детали постоянно подогревают для ровного распределения температуры. При толщине деталей более 4 мм необходимо предварительно обработать кромки в зависимости от типа соединения.

Детали соединяют сваркой минимум в два прохода. При этом шов нужно вести равномерно, без разрывов. После сварки изделие медленно охлаждают в термостате или с помощью теплоизоляционных материалов.

Для среднеуглеродистых сталей применяют такие типы сварки, как:

Сварка высокоуглеродистых сталей

Самые сложные стали для сварки – с высоким содержанием углерода. При соединении деталей образуется высокая концентрация мартенсита – твердого раствора, перенасыщенного углеродом. Мартенсит делает металл хрупким, что приводит к разрыву сварного шва после остывания.

При сварке высокоуглеродистых сталей следует использовать низковольтный электрод. Кроме того, предварительный нагрев металла до 300 °C замедляет процесс охлаждения и предотвращает концентрацию мартенсита. Последующий нагрев также уменьшит напряжение и усилит сварку.

Важно! Не допускается сваривать высокоуглеродистую сталь, если внешняя температура воздуха опустилась ниже 5 °C или на месте сварочных работ «гуляют» сквозняки.

Если все условия соблюдены, высокоуглеродистую сталь сваривают теми же способами, что и среднеуглеродистую. Для сварки можно применять и ацетиленовую горелку с расходом газа от 75 до 90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины сварного шва.

Особенности сваривания легированных сталей

В легированной стали содержится хром, марганец, молибден, вольфрам, никель и другие элементы, которые повышают устойчивость к коррозиям, износам и твердость деталей.

По содержанию элементов легированные стали делят на 3 типа:

Низколегированные, содержащие не более 2,5 % легирующих элементов.
Среднелегированные, содержащие 2,5 %–10 %.
Высоколегированные – более 10 % элементов.

Сталь называется по тому элементу, который входит в ее состав, например молибденовая, хромистая или ванадиевая. В зависимости от объема содержания легирующих элементов для каждого типа стали используют определенные особенности сварки.

Сварка низколегированных сталей

Главный показатель свариваемости таких сталей – это сопротивляемость к появлению трещин после остывания металла. Низколегированные стали содержат небольшое количество углерода, никеля, кремния, серы и фосфора, что исключает появление разрывов в процессе сварки.

Для них используют следующие методы:

Дуговую сварку с электродами типа Э-70 с фтористо-кальциевым покрытием с низким содержанием водорода. Величину сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, его марки, толщины сварных деталей и типа соединения. Сваривают в один проход без разрывов с постоянным подогревом более 200 °С.
Сварку под флюсом при постоянном токе обратной полярности с силой не более 800 А и напряжением дуги не более 40 В. Детали толщиной до 8 мм сваривают в один проход, для деталей с толщиной до 20 мм используют двухстороннюю сварку. Чаще всего для соединений без обработки кромок используют проволоку Св-08ХН2М.
Газовую сварку в углекислом газе – характеризуется повышенным выгоранием легирующих элементов. Если для сварки используют углекислый газ, сварщик должен брать проволоку Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ или порошковую проволоку. Если используют аргоновую смесь, оптимальным вариантом будет проволока Св-08ХН2ГМЮ.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали содержат никель, молибден, хром, ванадий и вольфрам и отличаются хорошим сочетанием прочности и пластичности за счет очистки от неметаллических элементов.

Прочность соединения сварных частей зависит от химического состава сварного шва. Баланс достигается за счет уменьшения доли легирующих элементов в сварном материале по сравнению с основным металлом. Крепкий на разрыв шов образуется, когда в него переходят легирующие элементы основного металла.

Для сварки используют низколегированные электроды, не содержащие органических элементов. Во время сварки важно не допустить воздействия на металл влаги или ржавчины, так как содержащийся в них водород снижает прочность сварного шва.

Для сварки среднелегированных сталей чаще всего применяют проволоки:

Св-08Х20Н9Г7Т;
Св-08Х21Н10Г6;
Э-13Х25Н18;
Э-08Х21Н10Г6;
ЭА-1Г6.

Основными методами сварки являются:

Аргонодуговая сварка. Эффективна для соединения деталей толщиной 3–5 мм с применением неплавящегося электрода для достижения равномерной глубины проплавки.
Газовая сварка ацетиленокислородом, которая позволяет добиться качественного и ровного шва.

Сварка высоколегированных сталей

При нагревании выше 500 °С в высоколегированной стали происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего теряются антикоррозийные свойства. Чтобы восстановить их, деталь нагревают до 1000–1150 °С и быстро охлаждают

Ключевые характеристики таких сталей, которые влияют на качество сварки, – низкая степень теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения. Первая характеристика влияет на увеличение тепловой концентрации в месте соединения и проплавления металла. Высокое линейное расширение приводит к деформациям деталей и появлению трещин.

При этом высоколегированные стали считаются жаропрочными, хладостойкими и устойчивыми к коррозиям. Одну и ту же марку стали не используют для различных изделий, а значит и подход к сварке будет индивидуальным.

Надежнее всего для сварки использовать электроды с покрытием из молибдена, марганца или вольфрама, это повысит пластические свойства металла и снизит вероятность появления трещин. Перед сваркой металл необходимо подогреть до 200–300 °С и выше для сбалансированного распределения температур. После сварки металл также нужно термически обработать.

Для сварки высоколегированных сталей применяют:

Газовую сварку с пламенем мощностью 70–75 дм 3 ацетилена/ч на 1 мм толщины металла. Ее используют для тонких деталей в пределах 1–2 мм. Здесь применяют низкоуглеродистую сварочную проволоку Св-02Х19Н9Т или Св-08Х19Н10Б с диаметром близким к толщине сварной детали.
Ручную дуговую сварку – больше вариантов в выборе электродов. Чаще всего используют проволоку с фтористокальциевой обмазкой для получения шва нужного химического состава.
Сварку под флюсом – для деталей толщиной 3–50 мм. Флюс замешивают на жидком стекле и наносят на кромки деталей. Сваривают после того, как флюс засохнет.

Особенности сваривания меди и медных сплавов

Медь и ее сплавы отличаются высокой теплопроводностью, что затрудняет получение прочного сварного шва. Поэтому такие металлы сваривают с помощью методик высокотемпературного плавления. Чаще всего применяют:

дуговую сварку в защитных газах;
ручную дуговую сварку покрытыми электродами;
механизированную дуговую сварку под флюсом;
газовую сварку;
электронно-лучевую сварку.

Сварка в защитных газах

При таком типе сварки с минимальным содержанием примесей получается прочный сварной шов. Чаще всего применяют азот, аргон, гелий и их смеси. В качестве электрода используют неплавящийся вольфрамовый стержень, а для присадки – медную проволоку. Для азотной сварки на присадочную проволоку наносят борный флюс.

Ручная дуговая сварка

Выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для медных листов толщиной до 4 мм не требуется разделка кромок, для листов до 10 мм применяют одностороннюю разделку с углом скоса 60–70° и притуплением 1,5–3 мм, для листов более 10 мм – Х-образная разделка.

При дуговой сварке используют электроды «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, ЗТ и АНЦ-3. Сварку ведут по короткой дуге. Для металла толщиной в 5–8 мм требуется прогрев до 300 °С, при толщине 24 мм – до 800 °С. Для сплавов меди с никелем, бронзой и латунью применяют электроды ММЗ-2, Бр1/ЛИВТ, ЦБ-1 и МН-4.

Механизированная дуговая сварка под флюсом

Машина равномерно подает флюс, так что по окончании сварки получается идеально ровный сварной шов

Металл сваривают с помощью угольного или плавящегося электрода. Для угольного электрода применяют постоянный ток прямой полярности и флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. Кромки металла собирают на графитовой подкладке, а поверх стыка кладут присадочный материал, как правило латунь. Таким способом удобно сваривать детали толщиной до 10 мм.

Для сварки с плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности и флюсы АН-200, АН-348А, ОСЦ-45 и АН-M1. Если при сварке применяют неплавящийся керамический флюс ЖМ-1, дугу нужно запускать при переменном токе.

Этот способ удобен, потому что не требует предварительного прогрева металла. Для сварки чистой меди используют проволоку диаметром 1,4–5 мм из меди МБ, M1 или бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3.

Для сварки латуни используют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53, бронзовые БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и латунные ЛК80-3 проволоки.

Газовая сварка

Чаще всего применяют ацетиленокислородную сварку, с помощью которой достигается сверхвысокая температура пламени. Для газовой сварки используют флюсы с содержанием бора. Флюс наносят слоем в 10–12 мм на кромки и присадочную медную проволоку М1 или М2. Для сварки латуни рекомендуется брать проволоку ЛК80-3 из кремнистой латуни.

Электронно-лучевая сварка

Такой тип сварки эффективен в производстве медных изделий высокой чистоты, так как не допускается выпадение и осадок примесей. Альтернативным типом соединения деталей является плазменная сварка, которой «сшивают» металл толщиной до 60 мм. При сварке используют слой флюса или порошковую проволоку.

Особенности сваривания алюминия и алюминиевых сплавов

Главная особенность сварки алюминия и его сплавов – активная реакция металла с кислородом, при которой образуется оксид алюминия Al₂O₃ с повышенной температурой плавления в 2050 °С. При этом температура плавления чистого алюминия – всего 658 °С. Оксид остается в сварном шве и разрушает его структуру.

Второй ключевой момент – разрушаемость алюминия при температуре в пределах 600 °С. Важно учесть, что у алюминия нет переходного состояния и при сильном нагреве он становится жидким.

Эти проблемы решаются следующими путями:

При сварке применяют флюсы и электроды со специальными покрытиями, которые растворяют Al₂O₃. После сварки остатки электродов и флюсов необходимо тщательно удалить с деталей.
Для присадки используют проволоку из алюминия с 5-процентным содержанием кремния.
Детали толщиной в 6–7 мм сваривают одним проходом без обработки кромок. Для сварки деталей толщиной более 7 мм на кромках делают скос до 60 градусов.
Для сварки используют стальные подкладки, которые удерживают тепло в нужных точках.
Алюминиевые детали толщиной более 20 мм предварительно прогревают до 400 °С.
Начинают сварку при сильном постоянном токе обратной полярности, постепенно снижая его на 15 %.

Как правило, алюминий и его сплавы соединяют аргонно-дуговой сваркой. Для деталей толщиной до 10 мм используют неплавящиеся вольфрамовые или углеродные электроды, а для более толстых – плавящиеся стержни.

Алюминиевые сплавы представлены в 4 категориях:

алюминиево-марганцевые;
алюминиево-магниевые;
алюминиево-медные;
алюминиево-кремниевые.

Первый тип отличается повышенной прочностью и устойчивостью к коррозиям. Эти характеристики улучшаются, если использовать сплав алюминия и 5–6 % магния. Прочность дюралюминиевых сплавов повышается при закалке.

Алюминиевые детали толщиной до 4 мм сваривают через прямой стык без скоса кромок. При соединении необходимо оставить зазор не более 0,5 мм. Для более толстых деталей на кромках делают V-образный скос под 35 градусов.

Внахлест детали лучше не сваривать, так как между кромками будет затекать флюс, который вызовет коррозию металла. Перед сваркой кромки нужно обезжирить и очистить от оксида алюминия металлической щеткой или ортофосфорной кислотой.

Можно ли сваривать алюминий со сталью при изготовлении металлических изделий? Да, но нужно учитывать, что при сварке образуются хрупкие соединения, которые разрушают структуру стального шва. Проблему решают двумя путями:

Используют биметаллические переходные вставки из алюминия и других металлов. При этом применяют сварку взрывом, прокатку, давление подогревом. Таким образом каждый тип металла приваривается к себе подобному.
Используют алюминиевое покрытие стали с помощью погружения в расплавленный металл или припайку алюминия на стальную деталь. Кроме того, сталь можно покрыть припоем из серебра, а при сваривании использовать присадки из алюминиевых сплавов.

Особенности сваривания титана и титановых сплавов

Титан и его сплавы сваривают по специальным технологиям, так как данный металл ведет себя весьма специфично при различных температурах

Титан – металл с высокой температурой плавления – около 1600 °С. Считается одним из самых сложных металлов для сварки, так как в чистом виде активно реагирует с кислородом и азотом при нагревании до 400 °С. Поэтому зону сварки необходимо изолировать от воздействия атмосферного воздуха.

Для соединения титановых деталей нужна очень быстрая сварка без постепенного повышения температуры. Поэтому самым распространенным способом соединения титана и его сплавов является аргонная сварка на постоянном токе малой величины. Для нее не нужны электроды и флюсы, что исключает попадание в сварной шов посторонних соединений.

Титан и титановые сплавы сваривают в 2 этапа:

Подготовка. Сварщик зачищает поверхность титановых деталей, удаляет различные оксиды. Детали обрабатывает соляной кислотой или фтором при температуре 60 °С. От попадания воздуха детали защищают медными или стальными прокладками.
Сварка. В аргонную горелку вставляют вольфрамовый электрод. При появлении дуги образуется сварочная ванна с температурой до 6000 °С. Аргон обеспечивает дополнительную защиту от кислорода и азота.

При соблюдении всех требований у сварщика получается ровный и аккуратный сварной шов, который не требует дополнительной обработки.

В заключение стоит отметить, что для сваривания различных типов сталей требуется соответствующая квалификация сварщика. Например, начинающий сварщик легко справится со сваркой алюминия или низкоуглеродистых сталей. А вот сварить титан и его сплавы под силу опытному мастеру, который досконально знает все особенности процесса.

Как варить металл и современные методы сваривания

Как варить металл и что же такое сварка? Это неразъемное соединение металлических деталей, которое образуется в результате их нагрева в месте стыковки до расплавленного состояния.
Расплавленный, а затем застывший материал называется сварным швом. Не все металлы поддаются свариванию. Отлично свариваются однородные материалы. Например, чугун с чугуном или медь с медью (причем, ручная дуговая сварка меди выполняется в защитном газе) . Хорошо варятся железо и хром, никель и медь. Это происходит потому, что эти металлы в жидком состоянии образуют хорошо смешивающиеся слои.

Сваривание трубы

Но если вы попытаетесь сварить медь со свинцом, то из этой затеи ничего не выйдет – эти металлы не смешиваются между собой. То же самое можно сказать о железе и магнии или алюминии и висмуте. При необходимости сварки таких пар в смесь добавляют металлы, которые способны раствориться с каждым компонентом пары. Иными словами, в наше время нет секретов, как сварить металлы.

Виды сваривания металла

Сварка плавлением (электрическая дуговая сварка, электрошлаковая, электроконтактная, электронно-лучевая). При таком виде сварки расплавленные кромки деталей образуют общую сварочную ванну или, другими словами, общий объем расплава, из которого и образуется сварной шов. Источником нагрева места сварки металлов может быть электрическая дуга, плазма, горелка и т.д.

Сварка давлением (сваривание взрывом, ультразвуком, холодная сварка). Соединение металлов в этом случае происходит за счет уменьшения расстояния между атомами металлов до такой величины, когда между ними начинают работать силы взаимного притяжения.

Наиболее распространена электро дуговая сварка металлов. На ее долю приходится 65% всех сварочных работ. Расплавление материалов при этом способе происходит под воздействием сварочной дуги. Она образуется между основным металлом, предназначенным для сваривания, и присадочным материалом — проволокой.

Способы дуговой сварки:

. При полуавтоматической дуговой сварке механизирована подача сварочной проволоки в зону сваривания. Остальные операции (поддержание нужного размера дуги, придание шву требуемой формы, перемещение электрода по линии сварного шва и прекращение работ) выполняются человеком;

автоматическая. Это слово говорит само за себя. Задача человека – тщательно подготовить детали к сварке, включить и выключить оборудование;

ручная. Сущность ручной дуговой сварки заключается в выполнении всех операций вручную без применения каких-либо механизмов.

Виды дуговой сварки:

сварка плавящимся электродом. Этот метод изобретен Славяновым: кромки изделия и присадка одновременно расплавляются под действием сварочной дуги. Образующийся при этом расплав (сварочная ванна) заполняет зазор между деталями, а после кристаллизации образует сварной шов. Для защиты расплава от окисления на присадку наносится покрытие, которое под действием высокой температуры превращается в шлак. Этот слой покрывает жидкий металл. Кроме защиты от кислорода, шлак выполняет еще одну функцию: в него переходят вредные примеси, содержащиеся в сварочной ванне;

сварка неплавящимся электродом. Автор этого изобретения – Бернадос Н. Н. Чаще всего такой метод применяется при сварке меди, алюминия, наплавке твердых сплавов и сварке тонколистовой стали. Схема сварки неплавящемся электродом

Сварочная дуга

Сварочная дуга образуется следующим образом:

К электроду и основному металлу подводится электрический ток.
Сварщик прикасается присадкой к основному металлу, в результате чего возникает короткое замыкание в сварочной цепи. Поскольку электрод имеет неровную поверхность, контакт происходит в нескольких точках одновременно.
В зонах контакта металла и электрода возникает ток высокой плотности. Он расплавляет присадочный материал, появляется тонкая пленка жидкого металла.
При отведении присадки из жидкого расплава вытягивается шейка. В ней плотность тока, а, следовательно, и температура металла еще больше возрастают
Металл испаряется, шейка рвется, в ионизированном облаке паров и газов загорается сварочная дуга.

Сварочная дуга, которая горит равномерно, без обрывов и не требует повторного зажигания, называется устойчивой.

Устойчивость дуги зависит от:

рода электрического тока (постоянный или переменный);
состава покрытия присадочного материала;
полярности. При постоянном токе полярность может быть прямой и обратной.

прямая полярность – минус источника тока подается на электрод;
обратная полярность – минус подсоединяется к изделию.

4. длины дуги. Это величина, равная расстоянию от торца электрода до поверхности ванны сварочной. Для стального электрода эта величина не превышает 2-4 мм (короткая дуга). Это оптимальная величина, которая обеспечивает устойчивость горения и хорошее качество сварного соединения.

Длина, равная 4-6 мм считается нормальной, а более 6 мм – длинной. Длинная дуга – плохой вариант: она неустойчива, плавление металла проходит неравномерно, капли расплава, стекающие с электрода, окисляются и насыщаются азотом. Шов получается пористым, неровным. Появляются непроваренные участки.

Как правильно варить дуговой сваркой

1. Подготовительные работы

2. Очистка

Этой операции подвергаются основной материал и присадочный. На них не должно быть окалины, ржавчины, масел и других загрязнений: даже незначительное количество загрязнений приведет к дефектам сварного шва, снижению его прочности, а следовательно и надежности готового изделия. Особенно тщательно следует очистить кромки и прилегающих к ним зон шириной 25-30 мм;

3. Подготовка кромок

Форма кромок зависит от толщины листа. Они должны быть притуплены одинаковым радиусом, а зазор между ними должен быть одинаковым по всей длине будущего сварного шва;

5. Сборка

На эту операцию приходится до 30% общей трудоемкости. Для удобства используются различные шаблоны и инструменты, и сварочные приспособления. Сборку надо производить в той последовательности, чтобы предыдущая операция не мешала выполнению последующей.

Уроки дуговой сварки.

Возбуждение сварочной дуги. Зажечь дугу можно двумя способами:

чиркнув электродом по основному металлу, как спичкой;
прикоснувшись к изделию концом электрода.

В обоих случаях электрод надо быстро отвести в сторону на расстояние 2-4 мм.

Дуга загорелась. Чтобы постоянно поддерживать ее постоянную длину, надо по мере расплавления электрода постепенно опускать его. Длину дуги надо держать как можно короче, иначе она потеряет устойчивость со всеми вытекающими последствиями.

Если в процессе сварки дуга все-таки оборвалась, то ее зажигают, продвинув электрод вперед от точки обрыва, а затем возвращаются, заваривают кратер и продолжают шов.

Как правильно держать электрод для того чтобы качественно варить металл? Обычно электрод должен быть расположен вертикально или наклонно по отношению ко шву, углом вперед или назад. При расположении электрода углом назад получается глубоко проваренный неширокий, аккуратный шов. Такое положение предпочтительно при сварном соединении в тавр, угол или внахлест. Опытные сварщики так же выполняют и стыковые соединения.

Если вы хотите помочь экологии, то выбирайте водородную сварку — она наиболее экологически безопасная из всех видов.

Планируете варить алюминиевую конструкцию аргонодуговой сваркой? Как это делается, подробно описано в нашей статье.

Выбор режима ручной дуговой сварки

От правильно выбранных режимов зависит стабильность сварочного процесса и качество сварки. Различают основные и дополнительные параметры.

Основные параметры:

Свойства сварочного тока (величина, полярность и род);
Диаметр электрода;
Напряжение дуги;
Скорость сварочного процесса;
Величина поперечных колебаний торца электрода.

Дополнительные параметры:

величина вылета электрода;
состав и толщина покрытия электрода;
положение электрода в пространстве;
начальная температура основного материала;
положение изделия в процессе сварки.

Рассмотрим подробнее основные параметры

1. Выбор сварочного тока

Параметр зависит от диаметра электрода, его покрытия, пространственного положения шва. От величины тока зависит глубина провара и производительность сварки. Если сила тока будет недостаточной, то количество тепла, поступающего в ванну, будет маленьким, в результате чего появятся непровары, ухудшающие качество соединения деталей.

Дуговая электросварка слишком большим током тоже может приводить к непровару, так как быстро плавящийся электрод может попадать на еще нерасплавленный основной металл. Рекомендуемый ток указывается на электродных упаковках.
Кроме того, следует учитывать следующее:

при использовании тока обратной полярности глубина провара больше почти на 50%, чем при прямой полярности. Поэтому при сварке тонколистовых и легированных материалов следует применять ток обратной полярности во избежание пережогов и перегревов;
при сварке переменным током глубина провара будет меньше на 15-20%, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

2. Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода зависит от толщины кромок свариваемого материала и разделки кромок. Если кромки не разделаны, то диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Так, например, при толщине металла 20 мм испльзуют электроды диаметром 12 мм.

Если же кромка разделана, то независимо от марки металла корневой шов выполняется электродом в 2- 3 мм. Последующие слои накладываются диаметром 4 мм. Правда, если толщина основного металла превышает 12 мм, допускается последующие слои выполнять пятимиллиметровым электродом.

Выбор корневого электрода зависит от типа соединения. Но главный принцип выбора – чем ответственнее шов, тем меньший диаметр электрода применяется.

3.Скорость сварки должна быть оптимальной

Чем выше скорость, тем уже шов. Но при слишком высокой скорости могут быть несплавления основного металла с металлом шва.

4.Величина колебаний

Величина поперечных колебаний электрода должна находиться в пределах 2,5-3 диаметра электрода – это оптимальный вариант для получения качественного сварного шва.

Высокопрочные стали и особенности их сварки

Стали с пределом прочности свыше 1500 МПа называются высокопрочными. Такой предел достигается подбором химического состава и наиболее подходящей термической обработкой. Данный уровень прочности может образовываться в среднеуглеродистых легированных сталях (40ХН2МА, 30ХГСН2А) путем использования закалки с низким отпуском (при 200…250оС). Легирование таких сталей W, Mo, V затрудняет разупрочняющие процессы, что снижает порог хладоломкости и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Как варить металл, если перед вами высокопрочная сталь? Сварка высокопрочных сталей отличается использованием некоторых дополнительных технологических приемов (сварка каскадом, горкой, секциями, предварительный подогрев, применение мягкой прослойки и других).

Закаленные стали (структура)

Изотермическая закалка среднеуглеродистых легированных сталей придает им немного меньшую прочность, но большую вязкость и пластичность. Поэтому они более надежны в эксплуатации, чем низкоотпущенные и закаленные. Низкоотпущенные и закаленные среднеуглеродистые стали с высоким уровнем прочности обладают повышенной восприимчивостью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению. Из-за этого их рекомендуют использовать для работы, связанной с плавным нагружением.

К высокопрочным сталям можно отнести так называемые рессорные (пружинные) стали. Они содержат 0,5…0,75% С и дополнительно легируются другими элементами. Термообработка легированных рессорных сталей (закалка 850…880оС, отпуск 380…550оС) обеспечивает получение высокой прочности и текучести. Может применяться изотермическая закалка. Сварка рессорной стали выполняется с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварочных работ и дальнейшей термической обработкой.

Мартенситно-стареющие стали (04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н18К9М5Т) также относятся к высокопрочным сталям. Они превосходят среднеуглеродистые легированные стали по конструкционной прочности и технологичности. Для таких сталей характерны высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладоломкости и малая чувствительность к надрезам при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали являются безуглеродистыми сплавами железа с никелем и дополнительно легированы молибденом, кобальтом, алюминием, хромом, титаном и другими элементами. Эти стали имеют высокую конструкционную прочность в диапазоне температур от криогенных до 500оС и применяются в изготовлении стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов ракетных двигателей, зубчатых колес, шпинделей и так далее.

Свариваемость высокопрочных сплавов

Для изготовления тяжело нагруженных машиностроительных изделий,сосудов высокого давления и других ответственных конструкций используют среднеуглеродистые высокопрочные стали, которые после соответствующей термообработки обладают прочностью 1000…2000 МПа при достаточно высоком уровне пластичности. Необходимый уровень прочности при сохранении высокой пластичности достигается комплексным легированием стали различными элементами, главные из которых никель, хром, молибден и другие. Эти элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали. Подогрев изделия при сварочных работах не снижает скорости охлаждения металла до значений, меньших критических, и способствует росту зерна, что приводит к возникновению холодных трещин и вызывает уменьшение деформационной способности.

Поэтому такие металлы сваривают без предварительного подогрева, но с применением специальных приемов сварочных работ (блоками, каскадом, короткими или средней длины участками). Также применяют специальные устройства, которые подогревают выполненный шов и тем самым увеличивающие время пребывания его в определенном температурном интервале. Для увеличения времени нахождения металла околошовной зоны при температуре выше точки образования мартенситной структуры накладывают так называемый отжигающий валик, границы которого находятся в пределах металла шва.

Во избежание трещин при охлаждении сварного соединения, необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечили бы получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это достигается, когда наплавленный металл и металл шва будут менее легированы, чем свариваемая сталь. При этом шов будет представлять как бы мягкую прослойку с временным сопротивлением, но с повышенной деформационной способностью. Чтобы обеспечивалась технологическая прочность сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, углерод в шве должен содержаться в количестве не более 0,15%.

Когда производится сварка закаленной стали, то после прохождения сварочной дуги на зону сварного соединения рекомендуется подавать охладитель. Это делается для уменьшения степени разупрочнения околошовной зоны. В качестве охладителя может служить душевая вода, сжатый воздух или паровоздушная смесь — в зависимости от состава свариваемого материала. Такое охлаждение снижает время нахождения металла в зоне высоких температур.

Художественная ковка — это настоящее искусство. Более подробную информацию об этом занимательном занятии читайте в нашей статье.

Технология сварочных работ по соединению высокопрочных сталей

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно подбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, которые не содержат в покрытии органические вещества и подвергнутых высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды). При этом нужно исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом в ходе сварки (ржавчина, влага и другие). Высокая технологическая прочность получается при следующем содержании легирующих элементов в металле шва: С — не более 0,15%; Si — не более 0,5%; Ni — не более 2,5%; Mn — не более 1,5%; Cr — не более 1,5%; V — не более 0,5%; Mo — не более 1,0%.

Повышение свойств шва до нужного уровня возможно путем легирования металла шва за счет основного металла. Необходимые прочностные характеристики металла шва достигаются легированием его элементами, которые повышают прочность, но не снижают его ударную вязкость и деформационную способность. Для сварки среднеуглеродистых высокопрочных сталей нужно выбирать сварочные материалы, содержащие легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и других по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75. Если сталь перед сваркой подвергалась термической обработке на высокую прочность (закалка с отпуском или нормализация), а после сварки — отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет такая скорость охлаждения, при которой происходила бы частичная закалка околошовной зоны. При этом гарантируется отсутствие трещин в процессе сварки и до проведения дальнейшей термообработки.

Для улучшения свариваемости закаленных металлов необходимы специальные электроды

В том случае когда термообработка сварного изделия не может быть сделана, например, из-за крупных габаритов, на кромки детали, подлежащие сварке, наплавляют незакаливающийся слой металла аустенитными или низкоуглеродистыми электродами. Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы температура стали под слоем в процессе сварки не превышала бы температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками. Такие детали сваривают аустенитными или низкоуглеродистыми и низководородистыми электродами без подогрева и дальнейшей термообработки. Режим сварки принимают согласно рекомендациям для аустенитных электродов.

Сварочные работы в защитных газах

Высокое качество сварных соединений из среднеуглеродистых высокопрочных сталей толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. Присадочный материал для дуговой сварки в защитных газах следует выбирать в зависимости от газа, в среде которого происходит сварка. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй — с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачи присадочной проволоки. Возможно и выполнение третьего слоя с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки на небольшом режиме для обеспечения постепенного перехода от шва к основному металлу.

Для повышения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке применяют активирующие флюсы, которые позволяют исключить разделку кромок при толщинах 8…10 мм. Также используется флюс, представляющий собой смесь компонентов (TiO2, SiO2, NaF, Cr2O3). Такой метод с активирующим флюсом эффективен при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при таком способе сварки выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок вольфрама.

Современная аргоновая горелка

При выполнении сварки среднелегированных высокопрочных сталей в защитных газах (в основном инертных или их смесях с активными) применяют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например, Св-08Х20Н9Г7ТТ, Св-03ХГН3МД, Св-10ХГСН2МТ, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6. Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. В данном случае можно обеспечить равнопрочность за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. Этот эффект может быть реализован при использовании так называемой щелевой разделки, которая представляет собой стыковые соединения с узким зазором.

Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом выполняют в соответствии с ГОСТ 8713-79. Однако в диапазоне толщин, для которого возможна сварка без разделки и со скосом кромок, последней следует отдать предпочтение. При механизированной сварке под флюсом необходимы подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве была бы минимальной. Но такая методика повышает вероятность образования в сварочных швах горячих трещин.

Выбор флюса осуществляется в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки сварку выполняют под кислыми высоко- и среднемарганцовистыми флюсами. При использовании низколегированных проволок лучшие результаты обеспечивает применение низкокремнистых и низкомарганцовистых флюсов. Сварку среднелегированных высокопрочных сталей аустенитной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т производят только под безокислительными или слабо окислительными основными флюсами.

Электрошлаковая сварка

Схема процесса сварочных работ

Данный вид сварочных работ рационально применять для соединения толстолистовых конструкций из среднелегированных высокопрочных сталей. Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений и швов при этом должны соответствовать требованиям ГОСТ 15164-78. Электродные проволоки при сварке плавящимся мундштуком и проволочными электродами выбирают из числа групп легированных или высоколегированных проволок по ГОСТ 2246-70. Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жестко закрепленных элементов необходимо применять предварительный подогрев до 150…200оС.

Низкая скорость охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводит к длительному пребыванию ее в зоне высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. В связи с этим после электрошлаковой сварки среднелегированных высокопрочных сталей необходимо выполнить высокотемпературную термообработку сварных изделий для восстановления механических свойств до нужного уровня. Время с момента окончания сварки до проведения термообработки должно регламентироваться.

Свариваемость сталей

Выделяют довольно большое количество параметров, которые определяют основные свойства металла. Среди них выделяют показатель свариваемости. На сегодняшний день сварка стали проводится крайне часто. Подобный способ соединения металлов и других материалов характеризуется высокой эффективностью, так сварной шов может выдерживать большую нагрузку. При плохом показателе провести подобную работу сложно, в некоторых случаях даже невозможно. Все металлы разделяются на несколько групп, о чем далее поговорим подробнее.

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его. Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин.

К другим особенностям, которые касаются рассматриваемого вопроса, можно отнести нижеприведенные моменты:

Практически во всех металлах содержатся вредные примеси, которые могут снижать или повышать обрабатываемость сваркой.
Фосфор считается вредным веществом, при повышении концентрации появляется хладноломкость.
Сера становится причиной появления горячих трещин и появлению красноломкости.
Кремний присутствует практически во всех сталях, при концентрации 0,3% степень обрабатываемости не снижается. Однако, если увеличить его до 1% могут появится тугоплавкие оксиды, которые и снижают рассматриваемый показатель.
Процесс сварки не затрудняется в случае, если количество марганца не более 1%. Уже при 1,5% есть вероятность появления закалочной структуры и серьезных деформационных трещин в структуре.
Основным легирующим элементом считается хром. Он добавляется в состав для повышения коррозионной стойкости. При концентрации около 3,5% показатель свариваемости остается практически неизменным, но в легированных составах составляет 12%. При нагреве хром приводит к появлению карбида, который существенно снижает коррозионную стойкость и затрудняет процесс соединения материалов.
Никель также является основным легирующим элементом, концентрация которого достигает 35%. Это вещество способно повысить пластичность и прочность. Никель становится причиной улучшения основных свойств материала.
Молибден включается в состав в небольшом количестве. Он способствует повышению прочности за счет уменьшения зернистости структуры. Однако, на момент воздействия высокой температуры вещество начинает выгорать, за счет чего появляются трещины и другие дефекты.
В состав часто в качестве легирующего элемента добавляется медь. Ее концентрация составляет около 1%, за счет чего немного повышается коррозионная стойкость. Важной особенностью назовем то, что медь не ухудшает обработку сваркой.

В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.

Классификация сталей по свариваемости

Хорошей обрабатываемостью обладают сплавы, в которых при нагреве не образуются трещины. По данной характеристике выделяют четыре основных группы:

Хорошая обрабатываемость сваркой определяет то, что сталь после термической обработки остается прочным и надежным. При этом создаваемый шов может выдерживать существенное механическое воздействие.
Удовлетворительная степень позволяет проводить обработку без предварительного подогрева. За счет этого существенно ускоряется процесс, а также снижаются затраты.
Ограниченно свариваемые стали сложны в обработке, сварку можно провести только при применении специального оборудования. Именно поэтому повышается себестоимость самого процесса.
Плохая податливость сварке не позволяет проводить рассматриваемую обработку, так как после получения шва могут появится трещины. Именно поэтому подобные материалы не могут использоваться для получения ответственных элементов.

Классификация сталей по свариваемости

Каждая группа характеризуется своими определенными особенностями, которые нужно учитывать. Сталь 20 относится к первой группе, в то время как распространенная сталь 45 обладает низкой податливостью к сварке.

Группы свариваемости

Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:

Первая группа, которая характеризуется хорошей свариваемостью, может применяться при сварке без предварительного подогрева и последующей термической обработки шва. Отпуск выполняется для снижения напряжения в металле. Как правило, подобное свойство связано с низкой концентрацией углерода.
Вторая характеризуется тем, что склонна к образованию трещин и дефектов на швах. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев материала, а также последующую термическую обработку для снижения напряжений.
При ограниченном показателе сталь склонна к образованию трещин. Для того чтобы исключить вероятность появления трещин следует материал предварительно разогреть, после сварки в обязательном порядке проводится термообработка.
Последняя группа характеризуется тем, что в большинстве случаев на швах образуются трещины. При этом предварительный разогрев структуры не во многом решает проблему. После сварки обязательно проводится многоступенчатое улучшение.

Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после улучшения материала, к примеру, путем азотирования или закалки.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси

Как ранее было отмечено, включение в состав большого количества легирующих элементов приводит к изменению основных характеристик. При этом отметим следующие моменты:

При низком показателе концентрации сталь лучше поддается сварке.
Некоторые химические вещества могут повысить рассматриваемый показатель, другие ухудшить.

Именно поэтому при выборе легированного сплава уделяется внимание не только типу легирующих элементов, но и их концентрации. Принятые стандарты ГОСТ определяют то, что при маркировке могут указывать основные химические вещества и их количество в составе.

Влияние содержания углерода на свариваемость стали

Во многом именно углерод определяет основные эксплуатационные характеристики сплава. Слишком высокая концентрация подобного химического вещества приводит к повышению твердости и прочности, но также и хрупкости. Кроме этого, в несколько раз снижается степень свариваемости. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

Если в составе углерода не более 0,25%, то рассматриваемый показатель остается на достаточно высоком уровне.
Слишком большое количество углерода в составе приводит к тому, что металл после термического воздействия начинает менять свою структуру, за счет чего появляются трещины.

Стоит учитывать, что проводимая химикотермическая процедура может привести к снижению податливости к рассматриваемому способу соединения. Именно поэтому улучшение сплава проводится после создания конструкции путем обработки шва.

Свариваемость низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые сплавы хорошо подаются свариванию. При этом можно отметить следующие моменты:

В подобных сплава концентрация углерода менее 0,25%. Этот показатель свойственен сплавам, которые имеют повышенную гибкость и относительно невысокую твердость поверхностного слоя. Кроме этого, снижается значение хрупкости. Поэтому низкоуглеродистые стали часто используют при создании листовых заготовок. При добавлении небольшого количество легирующих элементов может быть повышена коррозионная стойкость.
Для повышения основных характеристик в состав могут добавлять различные легированные элементы, но в небольшом количестве. Примером можно назвать марганец и никель, а также титан.

Как правило, подобные металлы не нужно перед обработкой подвергать подогреву, а после проведения процедура закалка или отпуск выполняется только для при необходимости.

Свариваемость закаленной стали

Распространенной термической обработкой можно назвать закалку. Она предусматривает воздействие высокой температуры, которая может изменить структуру материала. После охлаждения происходит перестроение структуры, за счет чего происходит упрочнение структуры и повышение твердости поверхностного слоя. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

Закалка предусматривает увеличение концентрации углерода в поверхностном слое. Именно поэтому степень свариваемости существенно снижается.
Подогрев заготовки проводится для того, чтобы упростить проводимую работу. Для этого может использоваться газовая грелка или иной источник тепла.

Закаленная сталь сложна в обработке. Кроме этого, если ранее не проводился отпуск в структуре может быть переизбыток напряжения, что и приводит к появлению трещин.

Повторная обработка швов может не привести к повышению их прочности.

В заключение отметим, что хорошей податливость сварке обладают металлы из различных групп. Примером можно назвать некоторые нержавейки, которые даже после воздействия тепла обладают коррозионной устойчивостью. Именно поэтому для сварочных работ рекомендуется выбирать материал, который характеризуется хорошей обрабатываемостью.

Читайте также: