Сталь 20 сварка полуавтоматом

Обновлено: 29.04.2024

Соединение массивных деталей с использованием полуавтоматической сварки проводится в соответствии с ГОСТ 14771-76. Для обеспечения прочности соединений необходимо соблюдать общие правила: правильно подготавливать кромки деталей, устанавливать величину сварочного тока в определенных диапазонах, обеспечивать поступление необходимого количества углекислого газа в зону сварки.

Технологические особенности сварки толстого металла полуавтоматом

Чтобы свариваемые металлоконструкции выдерживали нагрузки, требуется создать надежные соединения:

швы должны прочно соединять все элементы изделия;
необходимо снять напряжения, которые возникают после сварки внутри сплавов. Для этого можно использовать предварительный подогрев. После сварки рекомендуется обеспечить медленное остывание;
важно получить определенный технологией катет шва, это также усиливает металлоконструкцию.

При этом следует учитывать, что при работе на больших токах возникает риск деформации, это значит, что контрольные размеры детали изменятся, а форма конструкции будет отличаться от той, которая планировалась.

Необходимое оборудование и материалы

Для работы потребуются:

Мощный сварочный аппарат. Максимальное значение сварочного тока – не менее 250 А.
Баллон для хранения и транспортировки углекислого газа. Существуют емкости объемом 5, 10 и 40 литров. Баллоны красят черной краской.
Редуктор для понижения давления газа. Требуется использовать специальное устройство для СО2. Желательно наличие подогревающего элемента.
Шланг и хомуты – для подключения баллона.

Для сварки сталей полуавтоматом используют проволоку типа Св-08Г2с или аналогичную для сварки углеродистых сталей 08х18н9т, а также эквивалент для сварки коррозионностойких сталей. Диаметр – 1 до 1,6 мм. Распространенные катушки весят 5, 15 и 18 кг.

Примерная стоимость проволоки для сварки углеродистых сталей на Яндекс.маркет

В некоторые аппараты, работающие от сети 220 вольт, помещаются только маленькие бухты с проволокой.

Настройка аппарата и газового оборудования

Сварочные полуавтоматы разных производителей устроены по-разному. На лицевой панели располагаются как минимум два-три регулятора:

настройка скорости подачи проволоки – регулируется частота вращения электромотора, который двигает проволоку;
изменение силы тока – параметр влияет на скорость плавления присадки в сварочной ванне;
настройка индуктивности – изменение касается характеристик тока. При минимальных значениях глубина проплавления металла меньше, а шов более выпуклый. Для сварки толстых заготовок рекомендуется увеличить до среднего или еще больше.

Совет: настраивать аппарат можно на слух. Во время сварки расплавление проволоки происходит очень плавно, полуавтомат издает ровный шуршащий звук.

После подключения редуктора к баллону с углекислым газом требуется выставить давление на выходе. Для работы в помещении достаточно 1-1,5 кг/кв. см. Если на редукторе установлен расходомер, то следует выставить 10-12 литров в минуту.

Подготовка к проведению работ. Обработка кромок

Сварочные работы с использованием полуавтомата следует производить только с чистыми заготовками. На поверхности не должно быть ржавчины, масла и грязи. В противном случае, будут появляться поры.

Правильная разделка кромок – важный этап подготовки деталей под сварку. Для обеспечения формирования качественных швов следует снять фаски в соответствии с ГОСТ 14771-76 – в зависимости от типа соединения. Если все сделано правильно, то соединение получится прочным. Важно добиться того, чтобы металл был проплавлен по всей своей толщине.

Процесс сварки

Толстые заготовки не допускается варить за один проход. Последовательность действий после подготовительных работ:

Сборка элементов на прихватки.
Проверка размеров будущей детали.
Проваривание корня шва.
Заполнение канавки между кромками в несколько проходов.
Создание облицовочного шва.
Обработка соединений при помощи болгарки с зачистным кругом.

Прихватка представляет собой полноценный короткий шов длиной около 15-25 мм с шагом 45-50 см. Варится на таком же токе, что и все изделие. Прихватки следует располагать так, чтобы будущее изделие приобрело жесткость и его не «повело» во время обварки.

Если требуется исключить (или максимально уменьшить) деформации от нагрева, рекомендуется зафиксировать деталь на сборочном столе с помощью зажимов, струбцин. Можно временно прихватить его к верстаку или стальной плите.

Первый проход. Корень шва

Коренной шов – это первое и самое важное сварное соединение между кромками, которое максимально удалено от лицевой части деталей. Важно добиться, чтобы с обратной стороны образовался валик, плавно соединяющий оба элемента.

Если коренной шов проварен с дефектами, в процессе эксплуатации детали могут появиться трещины, которые способны привести к разрушению всей конструкции.

Во время работы необходимо следить, чтобы деталь не нагревалась слишком сильно. Если используется метод сварки каскадом, коренной шов не требуется.

Заполнение пространства между свариваемыми кромками

Толстый металл необходимо сваривать за несколько проходов, заполняя пространство между кромками. Часто применяют каскадный способ сварки или метод «горка»:

«каскад» – этот вариант предполагает одновременное формирование корня шва и заполнение пространства между кромками. Сначала варится отрезок корневого соединения длиной около 20-25 см. Следом накладывается второй шов протяженностью 40-50 см, половина которого ложится на коренной. Третий – длиной 60-65 см – частично (на две трети) перекрывает предыдущие, а ⅓ станет корневым. Четвертый шов (также около 60-65 см) должен перекрыть третий и выйти на толщину металла над корневой частью второго. Этот метод похож на сварку «ступеньками»;
«горкой» – после сварки корня варится второй шов, соединяющий кромки и перекрывающий первый. После него накладываются третий и четвертый (облицовочный).

Благодаря тому, что полуавтомат позволяет непрерывно подавать проволоку в сварочную ванну, можно формировать длинные швы с высокой скоростью.

Сварка в вертикальном и потолочном положениях

Особенности работы в положениях, отличных от горизонтального, заключаются в том, что металл трудно удержать, под воздействием силы тяжести он стремится вытечь из сварочной ванны. Чтобы избежать этого, применяют два способа.

Уменьшение величины сварочного тока на 15-20%. Металл нагревается менее интенсивно и быстрее кристаллизуется.
Сварка с отрывом. Накладываются короткие швы, идущие друг за другом. В вертикальном положении следует идти снизу вверх. Сварка сверху вниз не допускается из-за возможных непроваров.

По возможности следует избегать работы в положениях, отличных от горизонтального. Сварка вертикальных и потолочных швов требует более тщательной подготовки кромок, считается менее производительной и более трудоемкой.

Особенности сварки порошковой проволокой

Если при работе с омедненной проволокой требуется защитный газ, то применение порошковой его не требует. Процесс напоминает сварку электродом – с образованием шлаковой корки, которую необходимо удалять. Обмазка проволоки содержит элементы (флюс), которые при нагреве защищают сварочную ванну от воздействия воздуха. Отличительные особенности:

высокая мобильность – не требуется перемещать баллоны по рабочей площадке;
множество разновидностей марок проволоки позволяет подобрать ту, которая необходима в конкретных условиях;
порошковую проволоку часто применяют во время уличных работ, в этом случае порывы ветра не мешают процессу в отличие от сварки с газом.

Главный минус – высокая стоимость. В среднем порошковая проволока на 50% дороже обычной омедненной.

Дефекты, возникающие при сварке массивных деталей. Как избежать проблем

Во время проведения работ могут возникать проблемы, влияющие на качество соединений.

Недостаточное давление газа. Требуется увеличить подачу.
Ветер сдувает газ. Необходимо использовать защитные ширмы или производить сварку в помещении.
На поверхности металла присутствуют грязь, краска или масло. Следует удалить посторонние частицы или жидкости с кромок.
Низкое качество свариваемых сплавов, газовой смеси или проволоки. Рекомендуется использовать проверенные материалы.
Слишком высокое напряжение сварочного тока. Уменьшить напряжение.

Установлено чрезмерное давление газа на выходе из редуктора, сильный поток сдувает расплавленный металл. Уменьшить давление.
Аппарат настроен неправильно. Следует отрегулировать силу тока и скорость подачи проволоки.

Если металлоконструкция сложной формы и есть опасения, что при сварке она деформируется, сборщики часто прихватывают в ответственных местах дополнительные временные усилители из уголков, швеллеров или арматуры. Они позволяют удержать размеры изделия в заданных пределах. Когда деталь остынет, их можно срезать.

Сварка массивных деталей полуавтоматом считается самым производительным способом. При минимуме усилий можно получить красивые и надежные соединения.

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.

Общая характеристика, состав и применение стали марки СТ20

Наиболее востребованной на рынке считается марка стали СТ20. Ее применение оправдано во многих областях производства. Качественная углеродистая сталь должна соответствовать стандартам ГОСТ и обладать определенными характеристиками и сферой применения, существует пара-тройка аналогов иностранного производства с идентичными по составу и функциональному использованию свойствами.

Химический состав

Данный вид стали является своеобразной конструкционной моделью, которая отличается отменным качеством и прочностью. Выплавка происходит в соответствии со строгими соблюдениями правил и норм, установленных ГОСТами. Для каждой модели есть свои стандарты, которые описаны соответствующем документе.

По составу сталь СТ20 включает в себя следующие элементы:

Расшифровка

Справка. Аббревиатура СТ дает информацию о стали обычного состава с углеродистым содержанием. Цифрой помечается номер состава. Рядом с тем или иным видом стали можно увидеть ряд определенных символов, которые указывают на спокойное состояние – сп, пс – полуспокойное состояние и кп – кипящая.

Спокойная сталь образуется полным исключением кислорода. Для этого вводится в сплав кремний и марганец.

В данном сплаве находится очень маленькое количество оксидов железа. Это обуславливает функционирование материала без выделения специфических веществ в газообразном виде.

Сплав в ковше застывает быстро и сталь на выходе имеет плотную структуру и однородность. Верхняя часть покрыта газовой раковиной. Газ быстро улетучивается при механических манипуляциях, производимых с брусками.

Кипящий вариант стали образуется путем раскисления марганца. В нем превышен процент содержания железа, из-за чего происходит взаимодействие с углеродом. Происходит выделение углекислого газа. Образуются газовые пузыри, которые выглядят как кипящая масса.

У этой детали высокий процент пористости. Но у этого варианта достаточно низкая цена на рынке, а после использования не образуется вредных отходов. Полуспокойная сталь находится между описанной спокойной и кипящей.

По видам обработки сталь этой марки делят на кованую, калиброванную, горячекатаную и серебрянку. Последняя имеет круглое основание и покрыта специальным составом.

Основные характеристики и свойства

Физические и технологические свойства стали марки СТ20 описаны в таблицах №1 и №2.

Технологические свойства
Ковка	Начальная температура ковки составляет 1280 °С, конечная – 750 °С. Охлаждение производится на воздухе
Свариваемость	Сваривается без ограничений. Исключение составляют только некоторые детали, которые подвергались химической и термической обработке
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии при НВ 126 – 131 и Q = 450 – 490 Мпа. Кv твердый сплав равен 1,7, Кv быстрорежущая сталь составляет 1,6
Флокеночувствительность	Не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна

Физические свойства	Испытательная температура в °С
Физические свойства	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормативной упругости (Е, ГПа)	212	208	203	197	189	177	163	140	–	–
Модуль упругости при сдвиге кручением (G, ГПа)	78	77	76	73	69	66	59	–	–	–
Плотность (Pn? Кг/куб.м)	7859	7835	7803	7770	7736	7699	7659	7617	7624	7600
Теплопроводность (Вт/(м*К)	–	51	49	44	43	39	36	32	26	26
Электросопротивление (р, нОм*м)	–	219	292	38	487	601	758	325	1094	1135
20-100	20-200	20-300	20-400	20-500	20-600	20-700	20-800	20-900	20-1000
Линейное расширение	12,3	13,1	13,8	14,3	14,8	15,1	15,2	–	–	–
Удельная теплоемкость (с, Дж/(кг*К))	486	498	514	533	555	584	636	703	703	695

к содержанию ↑

Химические

Химические свойства стали СТ 20 таковы, что она не обладает устойчивостью к кислотным соединениям, и при повышенном их влиянии может окисляться.

Вода, попадающая на изделие, оставляет на месте своего воздействия характерные ржавые следы. Тем не менее, эти факторы не являются причинами резкого ухудшения внешнего вида и прочности состава.

Для защиты от коррозионных разрушений рекомендуется наносить на сталь гальванические покрытия в виде хрома, цинка и других аналогичных по составу соединений.

Физические

Плотность равна 7850 кг/куб.м. Температура начала процесса плавления составляет 1500 °С. Чтобы перевести сталь в жидкое состояние нужно соблюсти температурный предел в 1600 °С. СТ 20 легко отдает тепло, проводит его благодаря отличной способности его же и отдавать.

Справка. При повышении температурных режимов изделие быстро расширяется. Сталь этой марки отлично проводит электричество.

Механические

Высокопластичная сталь имеет средние показатели прочности и обладает хорошей твердостью. Упругий модуль достигает 200 Мпа. Разрыв возможен при достижении максимального удлинения в 23 – 26%, сужение при этом имеет еще больший показатель – 55%. Очень вязкая и стойкая к ударным воздействиям.

Повышение прочности производится путем проведения процедуры наклепа. Может осуществляться прокатывание роликами. Эта процедура имеет своеобразное название механического воздействия на структуру стали. Может осуществляться нормализация или отжиг упрочнения. В данном случае речь идет о термическом варианте воздействия.

Технологические

Высокотехнологичный сплав отлично обрабатывается давлением и выдерживает любой тип резания. Штамповка производится чаще в горячем, чем в холодном виде. Сталь не трескается при обработке паром или под мощным давлением. По свариваемости сталь принадлежит к первой группе. Перед сваркой совершенно не нужно проводить подготовительные работы. К тому же, нагрев и термическая обработка вообще не подразумевается.

Этот сплав принадлежит к группе цементируемых изделий. Частички углерода имеют свойство оседать на изделие и помещаться в его внутреннем составе. Нагрев производят в специально подобранной атмосфере насыщения стали углекислым газом. Химическое и термическое воздействие придают дополнительную прочность и увеличивают срок эксплуатации материала при постоянном и превышенном воздействии на него нагрузок извне.

Внимание. Сварные швы плотные по своим свойствам, поэтому при проведении сварочных работ по своим характеристикам схожи с куском цельного металла.

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.

Применение

Широкое применение сталь СТ 20 получила в различных отраслях промышленности:

Машиностроение. Стальные элементы используются в качестве получения шестерней, муфт соединительного характера и элементов червячных пар. Из них получаются первоклассные приспособления для крепежа, а также соединительные детали в виде валов и кронштейнов.
Трубопроводная отрасль по изготовлению арматуры.
Строительство. Благодаря ряду ценных характеристик данного вида стали, ее применяют для производства металлоконструкций.

Важно. Прекрасная характеристики крепления во время спаивания, невысокая стоимость и невероятная прочность делают доступным использование стальных элементов в работе несущих конструкций в виде ферм, перекладин поперечного вида и стоек. Отлично получаются крепежные детали и элементы подобного характера (гайки, болты и прочие подобные детали).

Производство изделий марки 20 имеет свои стандарты:

Прокаты фасонного и сортового типа делаются в соответствии норм и правил ГОСТ, изданными в следующих номерах: 1050-88, 2590-2006, 2591-2006, 2879-2006, 8509-93, 8510-86, 8240-97, 8239-89.
Пруток калиброванный изготавливается в соответствии со стандартами ГОСТ: 7417-75, 8559-75, 8560-78, 10702-78.
Серебрянка и шлифованный пруток регламентируются ГОСТ 14955-77.
Толстые листы представляют собой заготовки, выполненные в строгом соответствии со стандартами ГОСТ 1577-93 и ГОСТ 19903-74.
Тонкие листы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 16523-97.
Производство лент происходит строго в соответствии четырех стандартов ГОСТ: 6009-74, 10234-77, 103-2006, 82-70.
Проволочные изделия подлежат заготовки по ГОСТу 5663-79 и ГОСТу 17305-91.
Заготовки кованого типа, а также поковки изготавливаются согласно правилам и принятым стандартам ГОСТ 8479-70.
Трубы подлежат регламенту семи ГОСТов: 10704-91, 10705-80, 8731-74, 8732-78, 8733-74, 5654-76 и 550-75.

Стоимость 1 тонны металла

Марка стали СТ20 по стандартным меркам принадлежит к классу черных металлов. Это не финансово затратный вид сплава.

Тонна лома в зависимости от региона приобретения может стоить от 28000 до 30000 руб. ориентировочно. На цену осуществляют давление следующие факторы: коррозийные следы, которые могут появиться в результате хранения стали и объем партии. Сдача лома создает условия повышения цены. Наценка в данном случае возможна только от реализации 1000 тонн и более.

Марка стали СТ20 имеет обладает своеобразным типом и имеет свойственные только ей характеристики. Индивидуальные показатели делают ее востребованной на рынке многих производств. Производить изделие самостоятельно в домашних условиях невозможно, так как для выплавления требуется иметь дорогостоящее оборудование и обладать профессиональными навыками.

Читайте также: