Сталь 20к чем варить

Обновлено: 28.04.2024

Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.

Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78.

Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.

Лист тонкий ГОСТ 16523-70.

Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77.

Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.

Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70.

Преимущества стали и его недостатки

Марка стали 20 имеет основное достоинство – этот высококачественный сплав с хорошими технологическими характеристиками можно приобрести по умеренной цене. При использовании металла для производства продукции отмечаются его преимущества:

является одновременно пластичным и прочным, устойчивым к истиранию;
сохраняет необходимые качества при работе в диапазоне температур (-40 — +450 оС);
имеет низкую флокеночувствительность;
устойчив к воздействию среды, находящейся под высоким давлением (газ, пар);
в структуре сплава практически не образуются трещины после его обработки давлением;
металл обладает высокой свариваемостью (до его термообработки);
после выполнения сварочных работ швы не требуется закаливать;

При использовании металла необходимо учитывать его главный недостаток – появление признаков коррозии на поверхности. Для недопущения такого процесса необходимо покрытие специальным защитным химсоставом (гальваника).

Расшифровки маркировки

Сталь 20 — углеродистая. Именно процентное содержание вещества – углерода, определяет название сплава. По ГОСТу 1050-88 его должно быть от 0,17 до 0,24%, или среднее значение – 0,2%. Оно и используется для маркировки металла.

Состав и структура

Основа — железо. Дополнительные компоненты:

Углерод (0,2%). От данного компонента зависит прочность, твердость сплава. Чем его больше, тем выше эти показатели, но при этом снижается пластичность.
Марганец (0,6%). Это сильный раскислитель. При его добавлении снижается количество серы в составе. Увеличивает показатель прочности, износоустойчивости у поверхности структуры сплава. Улучшает ковку, сварку металла.
Кремний (0,35%). Сильный раскислитель. Добавляется для уменьшения содержания азота, кислорода, водорода. Это снижает количество пор, газовых раковин, которые негативно влияют на прочность.
Медь (0,3%), хром (0,2%), никель (0,3%). Эти компоненты нужны для повышения устойчивости к образованию ржавчины, увеличения механической стойкости.
Сера (0,04%), фосфор (0,035%). Вредные компоненты, которые ухудшают его технические характеристики, свойства.

От количества дополнительных компонентов зависят свойства, параметры готовой продукции. Для их изменения состав может насыщаться разными легирующими добавками.

Массовая доля элементов стали 20 по ГОСТ 1050-2013

C (Углерод)	Si (Кремний)	Mn (Марганец)	P (Фосфор)	S (Сера)	Cr (Хром)	Ni (Никель)	Cu (Медь)	Fe (Железо)
0,17 — 0,24	0,17 — 0,37	0,35 — 0,65	< 0,03	< 0,035	< 0,25	< 0,30	< 0,30	остальное

Характеристики и свойства

Показатель плотности — 7850 кг/м3.
Начало плавления сплава — от 1500 °C.
Теплопроводность готовой продукции без увеличенного количества легирующих добавок — 48 Вт/м*К.
Теплоемкость — 490 Дж/кг*К.
Линейное расширение — 11.6*10-6 1/град.
Электрическое сопротивление — 220 Мом*мм.

Низкая устойчивость к воздействию щелочей, кислот.
Быстрое образование ржавчины при длительном воздействии влаги.

Чтобы сделать сталь устойчивой к коррозионным процессам, производители наносят гальваническое покрытие, основой которого является хром, цинк.

Простая механическая обработка.
Средние показатели твердости, прочности.
Модуль упругости — 200 Мпа.
Относительное удлинение на разрыв — 26%.
Максимальное сужение структуры — 55%.
Предел выносливости металла — 14 кг/мм2.
Ударная вязкость металлических поверхностей — 780 кДж/м2.
Прочность структуры на разрыв — до 46 кг/мм2.

Металл хорошо проводит электрический ток, является паромагнетиком.

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

Механические свойства проката

Механические свойства поковок

Механические свойства стали после ХТО

Свойства по стандарту ГОСТ 1050-2013

Предел текучести, σ0,2, МПа	Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	Относительное удлинение при разрыве, δ5, %	Относительное сужение, ψ, %
> 245	> 410	> 25	> 55

Свойства по стандарту ГОСТ 2284-79

Сортамент	Предел текучести, σ0,2, МПа	Временное сопротивление разрыву, σв, МПа	Относительное удлинение при разрыве, δ5, %
Лента отожженная	—	310-540	18
Лента нагартованная	—	490-830	—

Технологические свойства

Температура критических точек

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Предел выносливости

Химические свойства

У материала невысокая химическая устойчивость к большинству кислотных соединений. Если на поверхность попадёт влага, на ней останется ржавчина. Из-за неё сильно ухудшается внешний вид, прочность.

Чтобы защитить материал от коррозии, следует наносить гальванические покрытия (хром, цинк, прочие схожие соединения).

Физические свойства

Уровень раскисления

Спокойная сталь 20. За счёт введения кремния и марганца, полностью отсутствует кислород. Оксидов железа также очень небольшое количество. Это и обеспечивает «спокойное» застывание металла в ковше. Однородность, плотность СТ20 на выходе отличные, только сверху формируется газовая раковина.
Кипящая сталь. Образовывается путём раскисления марганца, что ведёт к повышению содержания закиси железа. Соединение образует углекислый газ. В итоге формируются пузыри газа, выглядящие как кипящая масса. Такой металл очень пористый, химические элементы распределены неравномерно, что обуславливает ухудшение механических характеристик, увеличивает опасность появления трещин, ухудшает свариваемость. Но есть и достоинства – невысокая цена, отсутствие небезопасных отходов.
Полуспокойная СТ20. Нечто среднее между предыдущими разновидностями сплава.

Особенности термообработки

Для материала предусмотрена термообработка – закалка, отпуск, отжиг. После их выполнения изменяется ферритно-перлитная структура, которая преобразуется в мартенситную. Происходит уменьшение пластичности материала с одновременным увеличением его прочности.

При нагреве заготовок используются печи двух видов – индукционные, доменные. Для закалки выдерживается температурный режим от 790 до 820оС. Время нахождения изделий в печи может быть разным, определяется технологией. Охлаждение выполняется на воздухе, в масле или воде. Для отжига выполняют нагрев заготовок до 160 – 200оС.

Зависимо от степени раскисления можно выделить три типа стали:

Кипящая. Для раскисления применяется марганец. В составе повышается количество железа. При взаимодействии с углеродом выделяется большое количество углекислого газа. Особенность данного вида стали — высокая пористость. Основные компоненты металла распределяются по структуре неравномерно. Из-за этого снижается показатель прочности.
Спокойная. Образуется в процессе удаления кислорода из состава металла. Для этого в сплав вводится марганец, кремний. Внутри содержится минимальное количество оксида железа. Структура однородная, упорядоченная. Сталь получается высокопрочной. Газовые карманы, которые образуются возле поверхностей, удаляются механическим путем.

Третий вид — полустойкий сплав. Представляет собой комбинацию двух вариантов.

Виды прокатного профиля

Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:

Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.

Этими методами получают следующие виды проката:

Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.

Изготовление

Конверторный. Расплавленный металл продувается потоком воздуха.
Мартеновский. Плавка металлического лома в специальных печах.
С использованием электропечей. Позволяют контролировать рабочий процесс.

Материал применяется для изготовления разного вида проката:

Холодного деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной не более 4 мм. При наклепе увеличивается прочность сплава.
Горячего деформирования. Применяется для прокатки заготовок толщиной свыше 4 мм.

Горячее деформирование — востребованная технология проката металла, но на поверхностях образуется окалина, из-за которой снижается прочность материала.

Основные отличия Стали 20 от Стали 20А

Добавление буквы «А» в конце обозначения Стали 20, указывает на то что Сталь 20А относиться к категории — сталь высококачественная. Основные отличия в химическом составе это более жёсткие требования по содержанию Серы (S) и более широкие по содержанию Углерода (С) (смотреть таблицу).

Следовательно Сталь 20А менее подвержено охрупчиванию.

Сферы применения

Определенные технические характеристики стали 20 объясняют ее применение в разных направлениях промышленности:

Производстве трубной арматуры (накидных гаек, штуцеров, фланцев, крестовин, ниппелей).
Изготовлении строительных материалов.
Сборке разных металлоконструкций, машин, судов, промышленного оборудования.

Из этого металла производят:

Бесшовные трубы. Изготавливаются путем холодного, горячего волочения. Их особенность — высокая прочность.
Цельносварные холоднокатаные трубы.
Различные профиля (проволоку, двутавры, швеллера, металлические уголки, листы разной толщины, прутки).

Изделия из этого сплава изготавливаются по определенным государственным стандартам:

ГОСТ 17305-91— производство проволоки разного сечения.
ГОСТ 82-70 — изготовление металлических лент разной ширины.
ГОСТ 16523-97 — производство легких листов малой толщины.
ГОСТ 10704-9 — изготовление труб.
ГОСТ 8479-70 — производство кованых деталей, поковок.
ГОСТ 1577-93 — изготовление металлических листов большой толщины.
ГОСТ 14955-77 — производство серебрянки, шлифовальных прутков.
ГОСТ 7417-75 — изготовление калиброванных прутков.
ГОСТ 8240-97, ГОСТ 1050-88 — производство фасонного, сортового проката.

В ГОСТах указываются основные требования к готовой продукции, ее испытания для допуска в продажу.

Стоимость тонны стали

СТ20 включена в класс чёрных металлов. Стоимость тонны лома зависит от региона приобретения и колеблется в пределах 28000-30000 рублей.

Стоимость складывается из ряда факторов, среди которых коррозийные следы (их появление возможно в результате хранения материала) и объём партии. Сдача лома обуславливает повышение цены. В подобном случае наценка осуществима лишь при реализации тысячи тонн и более.

Аналоги материала

Для некоторых изделий допускается замена материала сталью, имеющей аналогичные качества. Продукция российских производителей — сталь 40Х, 30, 25, 15. Металл-заменитель может поставляться из-за рубежа – 20 (Китай), S20C (Япония), 1020, 1023 (США), C22R (Германия).

Сваривание нержавеющей стали с черными металлами. Технология и способы сваривания

Основная сложность процесса сварки черных металлов (Ст3, Ст20) и нержавеющей стали (12Х18Н9, 12Х18Н10) заключается в том, что эти материалы хоть и являются разновидностью стали, но при этом абсолютно разные по техническим свойствам. Чтобы получить высококачественное соединение в процессе сваривания, в первую очередь, надо ответственно подойти к выбору электродов.

Особенности и сложности сварки нержавейки с черным металлом

Среди свойств, которые влияют на процесс сварки, следует выделить:

Сопротивление. Для того чтобы электрод не перегревался вследствие высокого сопротивления нержавейки к подающемуся току, сердцевина электрода изготавливается из сплава хрома и никеля.
Теплопроводность. Нержавейка имеет маленькую теплопроводность, что позволяет улучшить проплавление материала в зоне формирования шва. Вследствие этого перед процессом сваривания нужно правильно рассчитать силу сварочного тока.
Повышенная подверженность коррозии. Нержавеющая сталь, подвергаясь температурам свыше 500°С, полностью меняет свои свойства, по сути, превращаясь в черный металл. По этой причине в зоне сварочного шва часто проявляется коррозия.
Линейное расширение. Во время сварки металл подвергается сильным деформациям из-за высокого коэффициента линейного расширения свариваемых материалов. По завершении процесса во время остывания также возможны существенные деформации. Во избежание этого следует оставлять более широкие зазоры меду свариваемыми металлами.

Одной из основных проблем, с которой сталкиваются специалисты при данном виде сваривания, является высокая вероятность возникновения трещин шва, которые проявляются по завершении процесса. Это происходит по причине неоднородной структуры шва и избежать трещин можно при правильном выборе электродов и использовании нержавеющей присадки с содержанием марганца и никеля. Также для хорошего соединения в шве должно присутствовать не более 40% основного металла.

Кроме того, причиной плохой свариваемости нержавейки с черным металлом является образование хрупкой прослойки, возникающей в процессе сварки, вследствие чего уровень легирования нержавеющей стали снижается и становится приближенным к черным металлам. Если прослойка достигает критической величины, то соединение подвергается разрушению.

Способы сварки черного металла и нержавейки: технология и оборудование

Электродуговая сварка является наиболее простым способом сваривания нержавейки с черным металлом. Часто ее выбирают по причине высокой скорости процесса и простоте подготовки материалов к свариванию. Однако стоит упомянуть, что при использовании этого способа будет очень сложно достигнуть хорошего качества шва. Упростить задачу можно, подобрав качественные электроды из нержавейки с правильным покрытием. При сваривании электродом результат достигается за счет снижения температуры сварочной ванны, которое достигается добавлением в состав электрода марганца и никеля. При использовании таких электродов существенно уменьшается ширина хрупких прослоек.

Оборудование для электродуговой сварки включает в себя:

источник сварочного тока;
сварочный кабель с держателем для электрода;
обратный кабель для соединения источника со свариваемым изделием.

Если решили варить полуавтоматом, то лучше варить в среде защитного газа. Это позволит добиться наиболее качественного шва. Для данного метода используется сварочный полуавтомат, включающий в себя:

При аргнодуговой сварке неплавящимся электродом стоит обратить внимание на то, что в зоне формирования шва идет крайне интенсивный нагрев металла, что при остывании изделия может привести к образованию трещин. Поэтому этот метод сварки самый нежелательный, его рекомендуется применять только для сварки тонкого метала.

Сварка стали 20: правила осуществления и возможные нюансы используемых технологий сварочных процессов

Сталь 20 — это конструкционная сталь углеродистого вида, для которой характерно небольшое количество углерода в ее составе, а также малое содержание дополнительных легирующих химических элементов.

Применение данной стали достаточно широко в различных отраслях промышленности: она используется для изготовления детских площадок, перил, поручней, ограждений и т. д.

Государственный стандарт

Ключевые требования, которые предъявляются к физико-химическим свойствам стали 20, содержатся в ГОСТ 1050-2013. В рамках существующих регламентирующих документов также содержится указание на то, в каком виде должна поставляться данная сталь с завода – в виде полуфабрикатов (рулонами, листами) либо в виде готовых изделий (уголков, швеллеров, труб, прутков и иных, доступных для завода-изготовителя при соблюдении технологических процессов).

ГОСТ 1050-2013 «Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей» введен в действие 1 января 2015 года и призван осуществлять межгосударственное регулирование процессов изготовления металлической продукции, изготовленной способами горячего проката, ковки, калибровки, а также для продукции со специальной разделкой поверхностей, которая будет использоваться в различных отраслях промышленности.

Предпочтительные способы сварки

Сталь 20 предпочтительнее всего варить посредством использования электросварки. Газовая сварка по отношению к данной стали используется редко из-за повышенной опасности (наличие баллонов с горючим газом, который находится под высоким давлением).

Если говорить об использовании электросварки, то чаще всего используется:

полуавтоматическая сварка в среде защитных газов или с использованием порошковой самозащитной проволоки;
автоматическая сварка с использованием проволоки;
ручная дуговая сварка с использованием штучных электродов (наиболее оптимальна для домашнего использования); (наиболее оптимальное ее использование – при сварке тонких деталей).

Перечисленные выше способы являются наиболее оптимальными при условии правильного выбора присадочных материалов, а также режимов выполнения сварки.

Для сварки стали 20 также могут быть использованы способы контактной сварки, сварки трением, термитной и сварки под флюсом. Однако эти способы являются достаточно затратными, что обуславливает их применение, в первую очередь, в промышленном производстве.

Необходимое оборудование

То, какое именно оборудование будет использоваться, зависит от выбранной технологии сварки.

Для газовой сварки потребуются:

баллоны с горючим газом;
комплекты шлангов для подачи газов в газовую горелку;
редукторы;
газовая горелка;
присадка (проволока);
сварочный молоток;
щетка для зачистки сварных соединений;
резервуар с водой для охлаждения газовой горелки.

Если речь идет об электрической сварке, то здесь перечень оборудования также будет варьироваться в зависимости от того, какой технологией будет пользоваться сварщик, однако, общий перечень является стандартным:

источник сварочного тока;
комплект кабелей для направления тока к месту сварки;
комплект шлангов (рукавов) для подачи защитного газа (в случае использования данного способа);
механизм для подачи сварочной проволоки (если используется данная технология);
присадки (электроды или сварочная проволока, подобранные в соответствии с выбранной технологией, а также в соответствии с физико-химическими параметрами свариваемой стали).

Также потребуются средства для очистки сварного шва от шлаков, образуемых в процессе сварки (молоток, щетка и при необходимости химические средства очистки).

Также при осуществлении сварки потребуется использование защитного оборудования для сварщика:

костюм из плотной ткани, прошедшей пропитку огнезащитными составами;
сварочная маска с затемненным стеклом или очки;
перчатки (краги).

Если выполняются работы высотного типа, то потребуется также и специальный пояс для выполнения высотных работ.

Вне зависимости от того, идет ли речь об электросварке либо о газовой сварке, потребуется подготовить также приспособления для фиксации деталей. В промышленных условиях используются специальные центраторы, кондукторы и станины. В домашних условиях это могут быть тиски, струбцины, сварочные магниты.

Фиксация всех деталей осуществляется на сварочном столе, что позволит минимизировать риск смещения деталей при выполнении сварочных швов.

Технология сварки

Как и в любом другом виде сварки, вся технология делится на три этапа – подготовительный, этап сварки и завершающий. Если сварочное соединение осуществляется в несколько проходов, то вся технология повторяется циклично.

Подготовительный этап

разметить детали и разрезать их посредством использования специального инструмента (в домашних условиях – болгаркой, в промышленных – плазменная, лазерная резка, резка с использованием механических ножниц и т. д.);
зачистить края деталей, которые подлежат сварке, от окалин, заусенцев и возможных окислов;
обезжирить с помощью специальных химических составов;
в случае наличия влаги прогреть края деталей с помощью газовой горелки или паяльной лампы с целью исключения попадания влаги в сварочный шов.

Основные работы

На основном этапе производится непосредственно сварка деталей:

подключение источника сварочного тока и выбор режимов: зависят от толщины деталей, выбранной технологии, опыта сварщика;
предварительный подогрев (за исключением случаев выпаривания влаги) не требуется для стали 20;
сначала необходимо установить прихваточные швы, размеры и количество которых устанавливается в зависимости от толщины металла на деталях, а также в зависимости от размера самих деталей;
после этого осуществляется проварка всего контура деталей.

Завершающий этап

Завершающий этап предусматривает обязательную очистку шва от образовавшегося шлака. Сначала весь шлак отбивается с помощью сварочного молотка, а затем происходит зачистка от окалин, наплывов металла, брызг. Это действие может быть осуществлено с помощью специальной жесткой щетки (если количество таких образований небольшое и может быть устранено без серьезных затруднений) либо с помощью болгарки или угловой шлифовальной машинки (если количество образований велико, либо их размеры не позволяют обойтись без специального оборудования). После такой зачистки все швы необходимо осмотреть на факт наличия непроваров либо дефектов (в промышленных условиях возможно использование специального «рентген-просвета», в домашних – визуальный контроль).

В случае выявления существенных дефектов потребуется либо осуществить повторную сварку, либо полностью вырезать соединение и провести его повторную обработку.

Зачистка проводится и в случае многоэтапного формирования сварного шва, если такое действие предусмотрено технологией.

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.

Сварка труб из стали 20

Материал относится к малоуглеродистым конструкционным сталям. Из него изготавливают широкий ассортимент проката: от поковок до прямошовных патрубков.

Сырье обладает хорошей свариваемостью и не требует предварительного подогрева. Последующая термообработка также не требуется. После обработки сплав не теряет прочности, надежности, а полученный шов (рубец) выдерживает значительное механическое воздействие.

Способы сварки

Трубные конструкции из ст20 сваривают по-разному. Наиболее распространены три технологии:

термическая: к ней относятся газовая, лазерная, плазменная, дуговая, электронно-лучевая;
механическая: в эту группу входит состыковка металлоизделий трением и взрывом;
термомеханическая: комбинированный способ подразумевает воздействие на металл повышенной температурой и механическими усилиями. Подходит для скрепления малогабаритных частей.

Кроме того, выделяют подвиды в зависимости от способа проведения работ: механизированную и ручную технологии.

Для низкоуглеродистого сплава двадцать оптимально подходит электросварка (полуавтоматическая в среде защитных газов, автоматическая с применением проволоки, ручная дуговая, ручная аргонодуговая). Газовую используют реже: она представляет повышенную опасность из-за баллонов с газом, который находится под повышенным давлением.

Регламентирующий стандарт

Основные требования, которым должны соответствовать физико-химические свойства ст. 20, прописаны в ГОСТ 1050-2013.

В России действуют несколько госстандартов, которые касаются типологии сварочных способов. Так, виды сварочных швов прописаны в ГОСТ 14771-76, 5264-80.

Стандарты на сварные соединения, правила аттестации сварщиков содержатся в ГОСТ 5264-80, 8713-79, 11533-75 и др.

Обычно делится на три этапа: подготовительный, непосредственно металлообработка, завершающий. По нормативам в первый входит очистка поверхности заготовок от грязи, жира; выравнивание стальных труб в месте стыка; подбор подходящего режима сваривания. Зачистка краев элементов от окалины, заусенцев и обезжиривание поверхностей позволит избежать дефектов в полученном шве.

После подготовительных мероприятий приступают ко второму этапу – свариванию.

Включают сварочный аппарат, к которому присоединен кабель с держателем стержней. Выбор источника тока, режима зависят от толщины деталей, опыта сварщика, метода работ. Также необходимо зафиксировать на обрабатываемых заготовках земляные контакты.
Выполняют предварительный подогрев (для стали двадцать он не требуется).
Устанавливают прихваточные швы. Их размеры, количество определяются толщиной металла на деталях, размером заготовок.
Осуществляют проварку изделий по контуру.

На завершающем этапе сварной рубец очищают от шлака. Остывший затвердевший покров отбивают молотком. С помощью жесткой щетки его зачищают от окалин, брызг раскаленного металла, наплывов. Если количество образований большое, задействуют шлифовальную машинку или болгарку. После полученные рубцы осматривают, чтобы исключить дефекты или непроваренные участки. В промышленных условиях для визуального контроля используют рентген-просвет.

Какими электродами варить трубу

При работе не обойтись без расходных материалов – электродных прутков. Они представляют собой металлический стержень, на поверхность которого нанесено специальное покрытие (обмазка). Оно обеспечивает защитный слой (пленку), который предотвращает попадание в шов кислорода и азота.

Виды оборудования по типу защитного слоя:

с рутиловой пленкой ‒ нужны для создания угловых швов, прихваток;
с целлюлозным покрытием ‒ используются для скрепления объектов с большим диаметром. Позволяют создавать кольцевые, вертикальные швы;
с рутилово-целлюлозным слоем ‒ комбинация востребована при выполнении сложных конструкций (например, вертикального шва сверху вниз).

При подборе стержней учитывают несколько факторов: режим функционирования, мощность аппаратуры, условия, при которых выполняется работа, качество металла и другие. Выбор сердечника строго регламентируется специальными документами.

Электроды для трубопроводов под давлением

Для присоединения трубных секций из ст.двадцать оптимальны прутки Э42А УОНИ-13/45. Если в их составе присутствуют материалы 30ХМА, 20Х3МВФ, лучше выбрать оборудование ЭП-60, ЦЛ-19ХМ, ВСН-2.

Также для стыковки магистралей высокого давления применяют марки ОК 74.70, ОК 53.70. Последние покрыты специальным флюсом, позволяют проводить качественную обработку сетей, которые созданы на основе малоуглеродистых сталей. В результате получается сварное соединение, которое обладает повышенной пластичностью, хорошей ударной вязкостью.

Электроды для газопроводов

Для газопровода используют несколько марок. Наиболее универсальной считается ОК-46. Она обеспечивает качественный шов, поэтому часто используется при обработке ответственных сооружений (в т.ч. в судо- и авиастроении).

Прочные долговечные швы в поворотных и неповоротных местах газовых магистралей позволяют получить марки ЛБ-52, УОНИ-1355, МТГ-01К. Для этих стержней характерна стабильная дуга, легкое удаление шлакового покрова, небольшое разбрызгивание.

Электроды для нефтепроводов

Среди отечественных элементов наибольшее распространение получили сертифицированные марки ЛЭЗ ЛБгп. Устройства с диаметром 2,5 - 4 мм покрыты кремнием, серой, углеродом, марганцем.

Также для нефтепроводов применяют оборудование иностранных производителей: ОК 53/70 (Швеция), LB 52U (Япония) и др.

Электроды для тепловых сетей

Для создания короткой дуги часто используют марку ЦЛ-9 с низким содержанием водорода. Она позволяет работать в любом пространственном положении, но выделяет токсичные ядовитые вещества при горении. Также для тепловых сетей выбирают проволоку Э42А, Э-09Х1МФ, УОНИИ-13/45.

Сварка труб из стали 20 и 09г2с

Сплавы отличаются невысоким содержанием углерода. Они не закаливаются, не склонны к перегреву, устойчивы к образованию трещин. Для ручного или автоматического скрепления конструкционных слаболегированных веществ 09Г2С и 20 подходит оборудование УОНИ-13.55, Э42, АНО-21, ОЗС-12, МР-3 ЛЮКС. При соблюдении технологии, грамотного подбора сырья и аппаратуры получается прочный участок сварного соединения.

Читайте также: