Особенности сварки сталей различных групп свариваемости

Обновлено: 03.05.2024

Легированными считают стали, которые содержат элементы, которые придают сплавам особенные свойства. Элементы называются легирующими. Чаще всего это никель, хром, молибден, вольфрам и т. д. процесс легирования необходим для повышения стойкости, гибкости, прочности, устойчивости к коррозии металла.

Выделяется три вида легированных сталей:

низколегированные - содержат легирующих элементов до 2,5%;
среднелегированные - содержат легирующих элементов до 10%;
высоколегированные - содержат легирующих элементов более 10%.

Каждый из видов подразумевает свои особенности сварки легированных сталей. Для краткого обозначения присутствующего элемента стали называются по его названию. Например, хромистыми, вольфрамовыми, никелевыми. Компоненты отмечаются буквами - Ю - алюминий, Ф - ванадий, Р - бор, Н - никель; Г - марганец.

Для определения назначения отдельного вида стали выделяются такие группы:

нержавеющие;
жаростойкие;
кислотостойкие;
окалиностойкие.

Низколегированные стали

От низколегированных сплавов требуется пластичность, хорошая свариваемость, высокая устойчивость к деформации. Наилучшие свойства такие стали приобретают после закаливания. В некоторых видах такие свойства достигаются низким содержанием углерода. Также для улучшения свойств добавляются дополнительные присадки, например, хром, кремний.

Такие виды металла отлично свариваются, имеют низкую степень ломкости при холоде ниже сорока градусов. Основным минусом низколегированного сплава считается слабая вибрационная устойчивость.

Сварные соединения сталей хорошо сопротивляются холодным трещинам и деформационному разрушения. Для сварки низколегированных сплавов используются специальные электроды, имеющие слабое водородное фтористо-кальциевое напыление. Технология сварки легированных сталей подразумевает быструю сварку определенных участков, чтобы не допустить охлаждение шва ниже температуры предварительного нагрева.

Сварка низколегированных сталей под флюсом проводится при помощи постоянного тока, который имеет обратную полярность. При сварке металлов в углекислом газе в качестве электродов используется порошковая проволока. Таким образом достигается большая прочность и холодоустойчивость, особенно швам изделия.

Низколегированные металлы не стоит варить газом, так как это серьезно ухудшает качество изделия - при выгорании легирующих элементов соединения склоны к коррозии и механическим разрушениям.

Среднелегированные стали

Для таких сплавов характерно более чем в два раза увеличенное содержание углерода. В качестве присадок чаще всего используются Ni, Mo, Cr, V, W. Идеальные характеристики металла достигаются закалкой и низким отпуском. Такие виды сталей тщательно очищают от различных видов неметаллических примесей. Для достижения оптимальных свойств используются переплавки, термомеханическая обработка.

Для надежности и износостойкости сварных швов необходимо получить идеальные химические показатели соединений. Сварочные материалы должны содержать меньший объем легирующих элементов, чем основной металл. С помощью правильно подобранного материала можно получить отличную прочность и другие качества шва при сварке легированных сталей.

Среднелегированные сплавы с высокой прочностью и уровнем прокаливания необходимо сваривать с помощью материалов, которые придадут соединениям максимальную возможность деформации. Для таких целей используются низколегированные электроды, не содержащие органических веществ, которые прокалили при высоких температурах. При сварке следует обеспечить оптимальные условия работы - не допускать наличия влажности, появления ржавчины в сварочной ванне, чтобы не повысить уровень водорода.

Оптимальным методом для легированных и углеродистых сталей является аргоновая сварка с неплавящимися электродами. Такой вид оптимален для механизированного проплавления, обеспечивая оптимальную глубину и равномерность процесса.

Газовая сварка легированных сталей осуществляется ацетиленом и кислородом, который обеспечивает высококачественный шов. Газы-заменители в данном случае применять не следует. Однако даже ацетилен и кислород не дает полной гарантии качественного шва. Этого можно добиться только путем использования дуговой сварки.

Высоколегированные стали

В состав высоколегированных сплавов входят Cr и Ni в повышенном содержании. Эти элементы придают металлам особенную структуру и свойства. Высоколегированные сплавы обладают большей устойчивостью к коррозии, низким и высоким температурам, более жаропрочные. В зависимости от сферы применения стали различаются на жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие.

После пройденной специфической термической обработки высоколегированные сплавы становятся очень прочными и эластичными. При закалке пластичность данных металлов только повышается. На структуру сталей существенно влияет их химический состав и разновидности легирующих компонентов.

Технология сварки высоколегированных металлов

Высоколегированные сплавы имеют множество положительных характеристик, что позволяет использовать их для самых разнообразных изделий. Поэтому технология сварки высоколегированных сталей для каждого изделия могут быть отдельной. Эта особенность определяет разность в выполнении сварки для получения шва определенного типа и состава.

Особенности сварки легированных сталей

Особенности сварки легированных сталей регламентируются тепловыми особенностями сплава. Понижение тепловой проводимости может серьезно изменить температурное распределение температуры в области шва. При неправильной сварке такие показатели могут привести к деформации изделия. Для того чтобы избежать подобной проблемы сварка должна проходить с наибольшими температурами.

Ручная дуговая сварка допускает применение электродов с фтористо-кальциевым покрытием, таким образом возможно получение шва с оптимальным содержанием химических веществ. Для предотвращения перфорации при сварке высоколегированных сталей и сплавов в швах следует прокаливать электроды с особой тщательностью.

Газовая сварка не особенно подходит для такого типа металлов по причине нередких внутренних коррозий. Такой вид работ допустим для температуроустойчивых сплавов толщиной не более 2 мм. В швах может возникать заметная деформация.

Для более толстых пластин оптимальным вариантом является флюсовая сварка. Таким образом по всей поверхности соединения состав и характеристики металла остаются стабильными. Причиной явления является отсутствие сварных промежутков, связанных с заменой электродов, равномерностью плавки металла по поверхности шва.

Кроме того, место на котором проводятся работы надежно защищается от окисления легирующих компонентов. Что имеет особенно важное значение при сварке высоколегированных сталей.

Интересное видео

Группы свариваемости сталей

Свариваемость стали - характеристика, указывающая на возможность сварки металла с удовлетворительными механическими свойствами без образования трещин. Разделяют четыре группы свариваемости сталей:

хорошая свариваемость
удовлетворительная свариваемость
ограниченная свариваемость
плохая свариваемость

Как правило стали с низким содержание углерода обладают хорошей свариваемостью, с высоким содержанием углерода ограниченной или плохой.

Группа свариваемости 1 - хорошо свариваемые стали

Стали, относящиеся к 1 группе могут быть сварены без подогрева и без обязательной последующей термообработки, она применяется только в том случае, если необходимо снять внутренние напряжения металла после сварки.

К хорошо свариваемым относят стали Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, сталь 08, 10, 15, 20, стали 15Г, 15Х, 20Г, 20Х, 20ХГСА, 12ХН2, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10 и многие другие малоуглеродистые марки сталей.

Группа свариваемости 2 - удовлетворительно свариваемые стали

Стали, которые относят ко 2 группе при сварке в нормальных условиях не склонны к образованию трещин на швах, а также стали которые нуждаются в предварительном подогреве и последующей термообработке для достижения удовлетворительных свойств сварного шва.

К сталям второй группы относят Ст4пс, Ст5Сп, сталь 30, 35,30Л, 35Л, 12Х2Н4А, 20ХН3А.

Группа свариваемости 3 - ограниченно свариваемые стали

Стали 3 группы склонны к образованию трещин на швах. Для предотвращения образования трещин стали 3 группы нагревают, а после сварки термообрабатывают.

К группе с ограниченной свариваемостью относят стали 40, 45, 50 Ст6пс, 17Х18Н9, 12Х18Н9, 20Х2Н4А 30ХМ, 30ХГС, 33ХС.

Группа свариваемости 4 - плохо свариваемые стали

Стали 4 группы свариваются трудно, на швах часто образуются трещины, их необходимо подогревать перед сваркой так в ее процессе. После сварки также требуется термообработка.

К 4 группе относят инструментальные нелегированные стали У7, У8, У8А, У8Г, У9, У10, У11, У12, 40Г, легированная конструкционная сталь 45Г, 50Г, 50Х, 50ХГ, 50ХГА, сталь 55Л, 65, 75, 85, 60Г, 65Г, 70Г, 55С2, 55СА, 60С2, 60 С2А, Х12, Х12М, 7Х3, 8Х3, ХВГ, ХВ4, 5ХГМ, 6ХВГ.

Таблица свариваемости сталей.

Свариваемость различных марок стали

Рассмотрим свариваемость самых распространенных марок стали.

Свариваемость стали 09г2с и Ст3

Стали Ст3 ГОСТ 380-94 и 09г2с ГОСТ 19281-89 относятся к группе 1, для их сварки не требуется нагрева. Сварной шов при соблюдении технологии не склонен к образованию трещин.

Свариваемость Сталей 10 и 20

Сталь 10 и сталь 20 ГОСТ 1050-88 относят к группе свариваемости 1. Детали, изготовленный из указанных марок стали хорошо свариваются без дополнительного подогрева.

Свариваемость Стали 45

Углеродистая сталь 45 ГОСТ 1050-88 относится к группе свариваемости 3. Для сварки эту сталь необходимо подогревать, а после сварки - подвергнуть термообработке.

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.

Сварка стали

Сталь считается прочным материалом, который используется в разных сферах. Из него изготавливают важные конструкции - ограждения, элементы для обшивки зданий, различное оборудование, трубы и другие изделия. Прочность основы обеспечивает содержание в ее составе различных добавок.

Составляющие компоненты оказывают влияние не только на прочность металла, но и на способность к свариванию. Сварка стали может зависеть от разных показателей - от свойств, прочности, дополнительных компонентов. Именно поэтому некоторые виды металла свариваются быстро и легко, а другие наоборот требуют особого подхода.

Влияние легированных примесей на сваривание стали

Сталь для сварочных конструкций может применять различная, но стоит учитывать, что ее свариваемость зависит в первую очередь от наличия в ее составе легированных примесей. Именно химический состав оказывает основное влияние на данный процесс.

Ниже в таблице приведены основные легирующие примеси, которые влияют на степень свариваемости различных видов стали.

Факторы, определяющие свертываемость стали

Сварка углеродистых сталей зависит от содержания примесей, и от других свойств. Обычно оценивание сваривания проводится по показателям содержания основного вещества - углеродного эквивалента Сэкв. Это условный коэффициент, который позволят учитывать степень воздействия содержания карбона и главные легирующие компоненты на характеристики шва.

Степень сваривания стали для изготовления сварных конструкций может зависеть от следующих факторов:

показатель содержания углерода;
присутствие вредных примесей;
степень легирования;
вид микроструктуры;
условия внешней среды;
уровень толщины металлической основы.

Сварка стали 45, 40, 20 и других марок в зависимости от важных качеств металлической основы может иметь различные характеристики.

В зависимости от степени свариваемости сталь разделяют на несколько групп:

хорошая свариваемость, при этом показатель углеродного эквивалента Сэкв. должен быть не меньше 0,25 %, допускается больше. Она не зависит от погодных условий, от размера толщины изделий, наличия подготовительных работ;
удовлетворительный показатель свариваемости - показатель Сэкв должен быть больше 0,25 %, но не выше 0,35 %. При этом имеются ограничительные нормы к условиям окружающей среды и к размерам диаметра свариваемого изделия. Сварка стали 20 должна проводиться при температуре воздуха до -5 в безветренную погоду, а размер диаметра не должен превышать 20 мм;
ограниченная. Показатель Сэкв. должен составлять от 0,35 % до ,45 %, но главное не больше. Чтобы получить шов высокого качество требуется проводить предварительный нагрев. За счет этого получается добиться плавные аустенитные преобразования, а также формирование устойчивых структур;
плохая свариваемость, при которой показатель Сэкв. составляет больше 0,45 %. Для того чтобы получить качественное и механические устойчивое сварное соединение требуется предварительная температурная подготовка кромок металлической основы. Также после сваривания конструкцию следует термически обрабатывать. Для получения требуемой микроструктуры во время сварки стали 40 должны выполняться дополнительные подогревы и охлаждения.

Особенности сварки низкоуглеродистых сталей

Металлы низкоуглеродистого типа имеют в своем составе 0,25 % углерода. Этот показатель обеспечивает положительные особенности основы:

хорошая упругость;
высокие свойства пластичности;
значительная ударная вязкость;
основа идеально подходит для сваривания.

Применяют низкоуглеродистую сталь для сварных конструкций. Также используют при изготовлении изделий методом холодного штампования.

Как сваривается низкоуглеродистая сталь

Технология сварки низкоуглеродистых сталей проводится с помощью ручного дугового сваривания с использованием электродов с обмазыванием. Обязательно запомните несколько нюансов:

в первую очередь требуется выбрать марку электродов. За счет этого обеспечивается равномерная структура наплавленного металла;
сваривание должно выполняться в быстром и точном режиме;
перед тем как начинать рабочий процесс требуется заранее подготовить детали, которые нужно будет соединять.

Технология сварки углеродистых сталей может производиться газовым свариванием. К важным особенностям относят:

при этом процесс проводится без использования дополнительных флюсов;
для присадочной основы стоит использовать металлическую проволоку с низким уровнем углерода;
при правильном выполнении сваривании предотвращается образование пор;
изделия важного значения нужно сваривать аргоном.

Как сваривание будет выполнено, готовое изделие обязательно подвергают термической обработке при помощи метода нормализации. Во время данного процесса изделие нагревается до 4000С, затем охлаждается и выдерживается на открытом воздухе. Данная процедура делает структуру изделия равномерной.

Главные особенности

Сварка стали 30 с низкоуглеродистой основой обладает несколькими важными особенностями, на которые стоит обратить внимание:

качественное сваривание конструкций из данного материала обеспечивает равнопрочность сварного соединения с основным металлом. Также оно защищает от образования дефектов;
металлическая основа соединения имеет в составе низкое содержание углерода, но при этом показатели таких компонентов, как кремний и марганец повышены;
во время ручной дуговой сварке околошовная зона может подвергаться перегреванию. Это способствует небольшому упрочнению шва;
шов, который выполняется при помощи многослойной сварки, имеет повышенную хрупкость;
в связи с тем, что в швах имеется низкий уровень углерода, они обладают повышенной стойкостью к воздействию межкристаллическому коррозийному поражению.

Разновидности сварки для низкоуглеродистой стали

Сварка низкоуглеродистых сталей может производиться при помощи нескольких методов. При этом каждый из них имеет важные особенности, которые обязательно нужно учитывать во время сваривания.

Вид	Характеристика
Ручное дуговое сваривание электродами с покрытием	Чтобы точно выбрать расходный материал для сваривания этим методом, требуется учитывать несколько важных условий - готовый сварной шов должен быть без повреждений, равномерная прочность соединения, оптимальный химический состав металлической основы шва, стойкость соединения при ударах. Сварка стали 45 и других марок выполняется электродом. При этом могут использоваться различные марки электродов.
Газовая	Процесс производится в защитной аргоновой среде. Дополнительно в качестве присадочной основы используется проволока из металлической основы.
Электрошлаковая	Во время нее применяются флюсы. Электроды из проволочной и пластинчатой основы выбираются в зависимости от главного сплава.
Автоматическое и полуавтоматическое сваривание	Процесс сваривания производится в защитной среде. Во время него может применяться аргон или гелий в чистом виде, но в основном углекислый газ.
Автоматическая под флюсом	Сваривание выполняется с использованием электродной проволоки в диаметре от 3 до 5 мм. Сварка 45 стали (20, 30, 40 и других марок) полуавтоматом - 1,2-2 мм. Сваривание происходит за счет электрического тока с обратной полярностью.
Сваривание с применением порошковых проволок	Оно считается самым подходящим. Сила тока обычно находиться в пределах от 200 до 600 А.

Сварка среднеуглеродистой стали

Металлы со средним содержанием углерода обычно применяют при производстве изделий с высокими механическими качествами. Сплавы подходят для ковки. Также их часто используют для конструкций, которые производятся при помощи холодного пластического деформирования.

Стали, которые содержат в составе углерод от 0,4 до 0,6 %, часто применяются в машиностроительной сфере. Из них можно делать колеса и оси вагонов, рельсы железных дорог.

Как выполняется

Технология сварки среднеуглеродистых сталей протекает не так просто. Все дело в некоторых сложностях:

у главного и наплавляемого металла отсутствует равная прочность;
имеется повышенный риск появления больших трещин и непластичных структур рядом с соединением;
низкая устойчивость к образованию коррозии.

Но если выполнять важные рекомендации, то всех этих проблем можно избежать:

сварка 30хгса стали должна проводиться электродами и проволокой с низким уровнем углерода;
сварочные стержни должны иметь повышенный показатель коэффициента наплавления;
чтобы обеспечить небольшую степень проплавления главного металла рекомендуется делать разделение кромок, установку подходящего режима сваривания, а также применять проволоку присадочного типа;
сварка стали 35хгса обязательно должна быть с предварительным прогреванием заготовок. Также они должны прогреваться и в процессе сваривания для обеспечения равномерной прочности сварных швов.

Виды сварки среднеуглеродистой стали

Сварка стальных труб из металла со средним содержанием углерода и других изделий является сложной процедурой. Сваривание данного материала может производиться несколькими способами. При этом каждый из них отличается как процессом работы, так и готовым результатом.

Сталь под маркой 35 хгса имеет среднее содержание углерода, ее сварка обычно производиться ручным дуговым свариванием с электродами. Но при этом они должны иметь в своем составе небольшой уровень углерода, наиболее подходящими считаются расходники следующих марок - УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5а.

Технология газовой сварки среднеуглеродистых сталей имеющих тонколистный формат производится левым способом с применением проволоки. Также обязательно применяется нормальное сварочное пламя, которое позволяет снизить расход газа в среднем до 75-100 дм3 в 1 час. В среднем показатель расхода ацетилена составляет 120-150 л/ч на 1 мм толщины свариваемого сплава.

Изделия с толстыми стенками с размером толщины от 3 мм и больше нужно сваривать правым способом газовой сварки. Этот вариант имеет высокую производительность. При этом расчет ацетилена такой же, как и при левом способе сварки - 120-150 л/ч. Общий подогрев должен доходить до 250-300 градусов, а местный до 600-650 градусов.

Сварка стали 35, 20, 40, 45 и других марок под флюсом сопровождается использованием проволоки для сварочных работ и плавленых флюсов. При сваривании оказывается небольшое воздействие тока. Это повышает содержание в наплавляемой металлической основе кремния и марганца.

Сварка высокоуглеродистой стали

Из высокоуглеродистого металла не производятся сварные изделия. Дело в том, что данный материал обладает низким уровнем пластичности, именно это свойство ограничивает использование металла.

Высокоуглеродистую сталь применяют в следующих целях:

во время проведения ремонтов и строительства;
для изготовления пружин;
для производства инструментов и изделий, которые используются для резки, бурения, деревообработки;
из металла производится проволока с высокой прочностью;
конструкции, которые имеют высокую износостойкость и прочность.

Сварка высокоуглеродистых сталей выполняется обычно с использованием предварительного и сопутствующего прогрева наплавляемого металла до 150-4000С. Также после сваривания дополнительно для улучшения прочности проводится термообработка.

Это нужно потому, что сплавы из материала имеют высокую хрупкость, повышенную чувствительность к трещинам с горячей и холодной структурой, а также из-за химической неоднородности сварного соединения.

Технология сварки высокоуглеродистых сталей выполняется с учетом следующих рекомендаций:

после прогрева выполняется отжиг. Он выполняется, пока конструкция не остынет до 2000С;
сварка 40х, 20х, 30х не должна выполняться на сквозняках, а также при показателе температуры ниже -50С;
чтобы повысить свойства прочности шва нужно производить плавный переход от одного к другому свариваемому металлу;
чтобы получить качественное соединение стоит при сваривании использовать узкие валики. При этом должно выполняться охлаждение каждого наплавляемого слоя;
обязательно должны выполняться правила, которые относятся к соединениям из среднеуглеродистой основы.

Виды сварки

Процесс сварки высокоуглеродистых сталей может выполняться несколькими способами, которые могут отличаться некоторыми особенностями:

ручная дуговая сварка с использованием покрытых электродов. Рабочий процесс высокоуглеродистыми сталями имеет множество специфических характеристик. По этой причине сварка стали 40х, 30х, 45х и других марок должна проводиться с использованием специальных электродов, к примеру, НР-70. А сваривание швов производится током с обратной полярностью;
для соединения металла данного вида может применяться сварка под флюсом. В связи с тем, что в ручном режиме равномерно покрыть флюсом рабочую область очень тяжело, поэтому сварка проводится с использованием автоматической технологии. При расплавлении флюс переходит в состояние плотной оболочки, которая защищает сварочную ванну от воздействия вредных атмосферных факторов. Сварка стали 30хгса с использованием флюса производится при помощи трансформаторов.

Разновидности нержавеющей стали

Сварка разнородных сталей нержавеющей и обычной зависит не только от свойств материала, но и от его вида. По этой причине чтобы выбрать подходящий способ сваривания стоит сначала определить видовую принадлежность стали.

По главным свойствам нержавеющая сталь классифицируется на следующие виды:

аустенитная;
мартенситная;
ферритная.

В составе аустенитных имеется высокое содержание никеля и хрома. Применяются нержавеющие стали для изготовления сварных конструкций, для производства посуды, архитектурных компонентов, дымоходов, столовых принадлежностей. Сталь этого вида обладает высокой пластичностью, химической стойкостью и устойчивостью к механическим повреждениям.

В мартенситные стали входит низкий уровень углерода и хрома до 12 %. Металлы данной разновидности обладают высокой хрупкостью, но очень твердые. Из них производят режущие приспособления, бытовые изделия, турбины, крепежные элементы, которые используются в среде со слабым уровнем агрессивности.

В состав ферритных сталей входит средний уровень хрома. Они не закаляются и имеют повышенную устойчивость к агрессивным средам. Их в основном используют в машиностроительной сфере для производства втулок, валов, штуцеров.

Виды сварки нержавеющей стали

Сварка мартенситно, ферритных и аустенитных сталей выполняется практически всеми известными и распространенными способами сваривания. К наиболее популярным методам относят:

ручная дуговая MMA;
вольфрамовым электродом в атмосфере аргона TIG;
при помощи полуавтоматических технологий сваривания в инертной атмосфере - MIG/MAG, лазером.

Сварка аустенитных сталей и других разновидностей нержавеющего металла обычно выполняется осторожно, во время нее следует учитывать сложный химический состав и физические свойства металла. К главным качествам, которые затрудняют процесс сварки, относятся:

при сваривании нержавеющих сталей температура должна быть ниже, в отличие от сварки углеродистых металлов;
сварка разнородных сталей сопровождается высоким тепловым расширением;
низкий уровень теплопроводности.

Сварка жаропрочных сталей

Сварка жаропрочных сталей обычно выполняется при помощи дугового сваривания с использованием вольфрамового электрода. Весь процесс обычно проходит в среде защитных газов - аргона или гелия.

Сварка стали 15х5м и больших размеров может протекать при помощи аргонодугового сваривания с применением неплавящихся или плавящихся электродов или при помощи автоматической сварки под флюсом.

Аргоновая сварка стали 20х, 30х, 40х по сравнению со свариванием в гелиевой защитной среде сопровождается меньшим расходом газа, небольшим напряжением дуги и высоким сварочным током. По этой причине она является наиболее востребованной.

Сварка жаропрочной стали 40х, 20х, 30х, технология которой требует соединение металла в состоянии после закаливания, имеет несколько особенностей. Во время процесса сваривания металл прогревается до 1050-1100 градусов и после этого резко охлаждается.

Сварка стальных трубопроводов из любого вида металла (низкоуглеродистого, среднеуглеродистого, нержавеющего, жаропрочного) может выполняться разными способами. Самыми популярными являются ручное дуговое, автоматическое, газовое сваривание. Но в любом случае, прежде чем будет проведена сварка стали 30хгса и других марок, технология должна быть полностью изучена.

Свариваемость сталей: показатели и определение

Свариваемость сталей – это ключевой параметр для оценки пригодности детали к подобной обработке. Различные добавки в металл определяют его устойчивость к высоким температурам, а значит, без оценки свариваемости невозможно будет прогнозировать прочность и долговечность соединения.

С учетом сказанного выделяют несколько групп сталей по их свариваемости. В нашей статье мы расскажем об этой классификации, разберем нюансы работы с различными сталями и поговорим, как можно высчитать этот показатель.

Понятие свариваемости сталей

Под свариваемостью стали подразумевается ее свойство образовывать прочное соединение при проведении сварочных работ. Экспертиза качества полученного результата и готовности изделия к эксплуатации выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 2601.

Каждый материал имеет собственные характеристики свариваемости.

Оценив изменение свойств сварного соединения по отношению к основному металлу, можно выяснить степень свариваемости. Наличие множественных вариантов способа сварки и режимов, которые могут быть применены в ходе сварочных работ, говорит о высокой степени свариваемости. Одним из самых податливых с этой точки зрения материалов является малоуглеродистая сталь.

Реакцию металла на тот или иной способ сварки и его способность обеспечить качество сварного соединения, соответствующее необходимым эксплуатационным характеристикам, называется технологической свариваемостью.

Физическая свариваемость – это способность металла или сплава образовывать на границе основного и наплавленного материала прочное монолитное соединение. Данным качеством обладают все однородные металлы. Большая часть разнородных металлов неспособна обеспечить необходимые физико-механические процессы в зоне сплавления, а значит, таким качеством, как физическая свариваемость, не обладает.

К числу свойств металлов, на которые ориентируются при определении критериев свариваемости, относят:

характер реакции на тепловое воздействие, оказываемое на металл в процессе сварки;
его предрасположенность к росту зерна с сохранением прочности и пластичности;
изменение структуры металла в зоне воздействия высоких температур;
степень химической активности свариваемого материала и характер процесса окисляемости;
сопротивляемость к образованию пор и трещин в холодном состоянии и в момент разогрева.

В составе такого материала, как сталь, может содержаться различное количество кремния, марганца и других химических элементов. От того, в каких пропорциях они распределены, зависит так называемая раскисляемость материала. На основе данного показателя выделяют три вида сталей: кипящая – «кп», полуспокойная – «пс» и спокойная – «сп».

Классификация свариваемости сталей

Классификация сталей по свариваемости формируется с учетом такого показателя, как устойчивость к образованию трещин. В ней выделяют четыре основных варианта:

Хорошая свариваемость – показатель стали, в процессе обработки которой сохраняется ее прочность, а надежный шов способен выдержать серьезное механическое воздействие. Процесс сварки может идти без предварительного подогрева.
Удовлетворительная свариваемость также характеризуется отсутствием трещин, но в некоторых случаях для достижения нужного результата необходим предварительный подогрев и последующая термообработка.
Ограниченно свариваемые стали могут быть соединены без трещин только при условии тщательной предварительной подготовки и последующей термической обработки. Качественный шов удастся получить только в процессе использования специального оборудования.
Плохо свариваемые стали практически не могут быть соединены швами без трещин. Подогрев требуется не только в начале работы, но и на всем ее протяжении. Но даже максимум усилий не может обеспечить прочности швов и монолитности конструкций, поэтому для создания ответственных конструкций такие виды стали не используются.

Исходя из особенностей присущих каждой группе и характеристик свариваемости стали, любой материал находит свое место в классификации. Так, сталь 20 относится к первой группе, а сталь 45 – к четвертой.

Разница между ними обусловлена следующими обстоятельствами:

Первая группа представлена металлами с минимальной концентрацией углерода. Именно это обеспечивает возможность работы с материалом без предварительного подогрева и заключительной термической обработки и позволяет снять напряжение металла.
Вторая группа также характеризуется отсутствием трещин, но, для того чтобы гарантировать результат, подогрев и термическая обработка материала уже необходимы. В противном случае повышенное напряжение стали может привести к образованию дефектов.
Третья группа предрасположена к образованию трещин, и процесс качественной сварки может быть обеспечен только при условии соблюдения всех особенностей работы с такими материалами.
Четвертая группа – это группа в которую входят стали, предрасположенные к образованию трещин. Проблема не решается ни в ходе предварительного разогрева, ни в результате последующей обработки. Добиться более высоких показателей свариваемости стали из этой группы можно только путем многоступенчатого улучшения.

Также показатели свариваемости могут быть улучшены благодаря азотированию стали или ее закалке.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими верстаками собственного производства от компании VTM.

Определение свариваемости сталей

Важнейшим критерием при определении свариваемости материалов является содержание в металле соединений углерода. Для оценки свариваемости стали коэффициент углерода также является основным показателем.

Посчитать его можно по этой формуле:

Сэк = C + Mn / 6 + Cr + Mo / 5 + V + (Ni + Cu) / 15,

Сэк — коэффициент углерода;
С — содержание углерода в %;
Mn — содержание марганца в %;
Cr — содержание хрома в %;
Mo — содержание молибдена в %;
V — содержание ванадия в %;
Ni — содержание никеля в %;
Cu — содержание меди в %.

Данные о коэффициенте Cэк стали позволяют выяснить, к какой группе свариваемости стали можно отнести данный образец. Руководствоваться при этом нужно следующими параметрами:

Группа 1 — сварка без ограничений — Сэк до 0,25 %.
Группа 2 — сварка в ограниченном режиме — Сэк от 0,25 до 0,35 %.
Группа 3 — затруднения в процессе сварки — Сэк от 0,35 до 0,45 %.
Группа 4 — сварка невозможна — Сэк более 0,45 %.

Влияние добавок на свариваемость сталей

Рассмотрим особенности сваривания легированных сталей, содержащих разное количество примесей. Данные для анализа приведены в следующей таблице:

Примесь, от содержания которой зависят такие важные свойства стали, как эластичность и прочность. Показатели свариваемости не будут снижаться даже при наличии в металле 0,25 % углерода. Более высокие значения уже недопустимы, так как это приведет к появлению в металле закалочных структур, которые в результате термического воздействия будут способствовать образованию трещин.

Сера (S) и фосфор (Р)

Сера и фосфор должны содержаться в стали в минимальном количестве и не превышать уровня 0,4–0,5 %. В противном случае результатом их присутствия станет появление красных тещин. Сера придает металлу такое негативное свойство, как красноломкость, а фосфор — хладноломкость.

Уровень содержания этого раскислителя должен быть равен примерно 0,3 %. Это обеспечит сохранение свариваемости. Негативное влияние на это свойство будет оказано в том случае, если доля кремния составит 0,8–1 %. В результате свариваемость стали ухудшится по причине формирования тугоплавких оксидов.

Для сохранения свойств свариваемости содержание марганца необходимо держать на уровне, не превышающем 1 %. При показателях от 1,8 до 2,5 % в металле начнут образовываться закалочные структуры, наличие которых обеспечит появление трещин.

Содержание хрома зависит от вида материала. В низкоуглеродистых сталях оно фиксируется в пределах 0,3 %, в конструкционных – от 0,7 до 3,5 %, в легированных – от 12 до 18 %, а в хромоникелевых – от 9 до 35 %. Наличие данной примеси провоцирует развитие коррозийных процессов и негативно влияет на результат из-за образования тугоплавких карбидов.

Оптимальное содержание никеля в составе обычной стали соответствует 0,3 %. В легированных сталях показатель выше: для низколегированных это 5 %, а для высоколегированных — 35 %. Наличие примесей никеля не оказывает отрицательного влияния на характеристики стали. Благодаря ему уровень прочности и пластичности металла только повышается.

Примесь ванадия в составе легированных сталей колеблется от 0,2 до 0,8 %. Она также положительно сказывается на степени прокаливаемости и таких свойствах материала, как пластичность и вязкость.

Количество примеси должно быть менее 0,8 %. Соответствие показателя данной норме положительно сказывается на прочности, но при этом в процессе сварки происходит выгорание данного компонента, и в наплавленном металле появляются нежелательные трещины.

Титан и ниобий (Ti и Nb)

Ниобий также может стать причиной появления трещин, если сварные работы происходят с участием сталей типа 1–18. Но умеренное содержание титана и ниобия в составе антикоррозионных и жаропрочных сталей повышает их устойчивость к негативным факторам внешней среды. Показатель в этом случае не должен быть выше, чем 1 %.

Данный вид примеси не способствует улучшению характеристик свариваемости стали, хотя устойчивость к коррозии у таких материалов выше. Содержание примеси в стали соответствует 0,3 %. Если речь идет о низколегированных материалах, показатели колеблются от 0,15 до 0,5 %. У высоколегированных их значение составляет от 0,8 до 1 %.

Нюансы сварки различных видов стали

Углеродистые стали

Особенности свариваемости углеродистых сталей предполагают специфику выполнения сварочных работ. Так, при соединении деталей очень важно обеспечить особое расположение шва — «на весу». Для этого потребуются приспособления в виде скоб, струбцин и других фиксаторов, с помощью которых свариваемую конструкцию можно будет надежно закрепить на специальном столе.

Если детали имеют существенную толщину и многослойная сварка осуществляется в несколько подходов, с лицевой стороны шва разрешают делать прихватки.

Основная задача мастера – добиться, чтобы прочность металла шва и околошовной области максимально соответствовала прочности остального металла.

Низкоуглеродистые стали

Это вид стали, в составе которой есть не только углерод, но и легирующие добавки, положительно влияющие на показатели ее свариваемости.

Сварка таких материалов может производиться любым способом и доступна даже тем специалистам, квалификация которых пока еще недостаточно высока.

Среднеуглеродистые стали

Содержат большое количество углерода, что осложняет процесс ведения сварочных работ. Возникают трудности, связанные с тем, что металл детали и сварного стыка обладает разными показателями прочности. Также нередко в районе кромок шва появляются трещины и очаги с очевидно выраженной хрупкостью материала.

Упростить задачу можно с помощью применения электродов, изготовленных из материалов с низким содержанием углерода.

Исключить возможность проплавления основного металла в результате повышения тока можно с помощью разделки кромок соединяемых деталей.

Если количество углерода приближено к его содержанию в высокоуглеродистых сталях, рекомендуется использовать специальный флюс.

Высокоуглеродистые стали

При сварке изделий из такого материала возникают ощутимые трудности. Особенности свариваемости данных марок стали вынуждают искать альтернативные способы соединения деталей конструкции.

Это может быть газовая сварка ацетиленом при условии, что мощность пламени горелки будет обеспечивать расход газа в пределах 75–90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины шва.

Аустенитные стали

В составе таких материалов содержится аустенит. Это гранецентрированная модификация металла, проявляющая себя при высоких температурах. Его присутствие в хромоникелевых сталях обеспечивает возможность их использования в агрессивных средах и при больших значениях температуры.

Сварка конструкций из аустенитных сталей с легирующими добавками хрома и никеля производится с использованием материалов с низким содержанием углерода. Это позволяет обеспечить отсутствие межкристаллической коррозии в околошовной зоне и избежать коррозионного растрескивания.

Нержавеющая сталь

Антикоррозийные свойства нержавеющие стали приобретают в результате введения в их состав хрома и никеля.

Свариваемость хромированных сталей имеет свои особенности. Так, при повышении температуры до 500 °C появляется вероятность окисления материала на стыках.

Предупредить эту проблему можно, используя аргонодуговую сварку или сварку TIG (ТИГ), технология которых предполагает отсутствие доступа кислорода в зону наложения шва. Это устраняет возможность окисления материала.

Инструментальные стали

Это материалы, обладающие твердостью и особой устойчивостью к механическим воздействиям. Они используются в процессе производства и ремонта слесарных и столярных инструментов и отдельных элементов промышленного оборудования.

К прочности и однородности сварных швов в данном случае применяются очень высокие требования. Они должны обеспечить отсутствие концентрации напряжений при работе.

Качественного результата можно добиться, используя в процессе сварки специальные электроды — УОНИ-13/НЖ/20Ж13.

Если речь идет о сварке углеродистых сталей узконаправленного применения, следует выбирать электроды, подходящие к параметрам свариваемости конкретных марок стали.

Хорошая свариваемость стали — залог успешного результата. Материалов, хорошо поддающихся сварке и демонстрирующих антикоррозийные свойства, довольно много. Выбирайте их в соответствии со стоящими перед вами задачами и создавайте с помощью сварки прочные и надежные конструкции.

Читайте также: