Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Обновлено: 12.05.2024
При изготовлении тонколистовых конструкций неответственного назначения эффективно применение сварки неплавящимся электродом без присадки по отбортованным кромкам (табл. 8). Сварка покрытыми электродами выполняется в соответствии с рекомендациями табл. 7.
Таблица 8. Параметры режима сварки низкоуглеродистой стали по отбортовке угольным электродом без присадочного металла на постоянном токе прямой полярности
В зависимости от формы подготовки и размещения свариваемых кромок, размеров поперечного и пространственного положения сварщик выполняет простые или сложные траектории электродом, управляя таким образом качеством сварных швов (табл. 9).
Таблица 9. Основные виды траекторий движения рабочего конца электрода при ручной дуговой сварке
При уширенном валике в расплавленном состоянии находится значительное количество металла, который застывает медленнее, чем при узком шве. Это существенно влияет на газонасыщенность металла шва, а также на структуру шва и зоны термического влияния. Наилучшие результаты получаются при ширине валика шва, равной 2…3 диаметрам электрода.
Стыковые соединения без разделки кромок сваривают широким швом, односторонним или двусторонним, с разделкой однослойным или многослойным способом в зависимости от толщины металла и формы подготовки кромок. Количество проходов выбирается в соответствии с табл. 2.
Сварку начинают с надежного провара корня шва электродом диаметром не более 4 мм, а последующие швы наплавляют широкими валиками электродом большего диаметра. В конструкциях ответственного и особо ответственного назначения корень шва удаляют механическим или термическим способом, после чего выполняют подварочный шов. Угловые швы лучше всего выполнять «в лодочку», при этом хорошо проплавляется как угол, так и стенки листов без подрезов и непроваров, а за один проход можно сварить шов с большим поперечным сечением.
В случае невозможности расположения изделия «в лодочку», сварка ведется обычным способом, однако максимальный катет сварного шва не может превышать 8 мм за один проход.
Длинные швы сваривают обратноступенчатым способом, длина каждой ступени в пределах 100…350 мм, сварка может вестись или от середины к краям или вразброс.
При изготовлении металлоконструкций из тонколистового металла для снижения сварочных напряжений сварку ведут каскадом или горкой — способами, позволяющими поддерживать высокую температуру в районе корня шва, тем самым обеспечить протекание в нем пластической деформации и избежать образования трещин.
В судостроении при сварке тавровых и угловых соединений весьма эффективно использовать способ гравитационной сварки или сварки наклонным электродом с применением специальных электродов ОЗС-17Н, ОЗС-22Н (см. табл. 7) и простых устройств пружинного типа или треног на параметрах режима, приведенных в табл. 10. Этот очень производительный способ сварки не требует высокой квалификации сварщика, быстро осваивается в производстве; один сварщик может обслуживать одновременно не менее четырех таких устройств.
Таблица 10. Параметры режима сварки наклонным электродом тавровых и угловых соединений низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей
Получение металла шва, равнопрочного основному, обеспечивается выбором типа электрода, который регламентирует прочностные характеристики сварного соединения. Следует учитывать, что применение электродов с повышенными механическими свойствами наплавленного металла, например, но пределу прочности при растяжении, может привести к снижению работоспособности сварной конструкции.
Для сварки кипящих сталей используют электроды с любым покрытием.
Для сварки полуспокойных сталей при больших толщинах следует применять электроды с покрытиями основного или рутилового видов.
Сварка конструкций из спокойной стали, работающих при низких температурах или при динамических нагрузках, должна выполняться электродами с основным покрытием.
Стабильность горения дуги влияет на качество швов и на возможность сварки переменным током. Наиболее стабильно дуга горит при электродах с целлюлозным, кислым и рутиловым покрытиями. Это позволяет использовать сварочные трансформаторы. Для электродов с основным покрытием требуются только источники постоянного тока.
В нижнем, вертикальном и потолочном положениях шов лучше формируется при электродах с целлюлозным покрытием, так как мелкокапельный перенос электродного металла и высокая вязкость шлака обеспечивают качественное ведение сварки. Хуже формируется шов при электродах с основным покрытием.
При сварке толстостенных конструкций многослойными швами отделяемость шлака является существенным показателем. Электроды с рутиловым, целлюлозным и кислым покрытиями обеспечивают лучшую отделяемость шлака по сравнению с основным покрытием.
Сварка электродами с основным покрытием требует тщательной очистки кромок от ржавчины, масла, грязи во избежание порообразования. Кроме того, электроды с основным покрытием склонны к порообразованию в начальный момент сварки и при сварке длинной дугой.
Обозначения в таблицах:
| = | постоянный ток |
| ˜ | переменный ток |
| = ( +, - ) | постоянный ток любой полярности |
| = ( - ) | постоянный ток прямой полярности |
| = ( + ) | постоянный ток обратной полярности |
| Uxx | напряжение холостого хода источника питания сварочной дуги |
Характеристики электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей
Тип Э42
Марка
Обозначение кода по ГОСТ
Область применения
Технологические особенности
Покрытие
Род, полярность тока
Коэффициент наплавки г/А?ч
Положение в пространстве
"Огонек"
Е410 - Р16
Для изделий из стали толщиной 1-3 мм. Сварку можно выполнять способом "сверху-вниз"
АНО-6
Е410(1) - АР21
Сварка короткой или средней дугой. Допускается по незачищенным кромкам. При сварке угловых швов электрод наклонять под углом 40-50° в направлении сварки. Имеет высокую стойкость против образования пор и горячих трещин. Uxx ≥ 50 В
АНО-6М
Е410(1) - АР21
Сварка короткой или средней дугой. Легко отделяется шлак. Минимальное разбрызгивание. Малая склонность к образованию пор и горячих трещин. Uxx ≥ 50 В
АНО-17
Е410(1) - АРЖ21
Высокопроизводительные. Для сварки металла большой толщины длинными швами. Малая чувствительность к порообразованию при сварке по окисленной поверхности. Uxx ≥ 50 В
ВСЦ-4
Е410(3) - Ц10
Сварка трубопроводов без колебаний электрода опиранием на кромки "сверху-вниз". Корень шва - на постоянном токе любой полярности, "горячий" проход - на обратной полярности. Оставлять огарок не менее 50 мм
ВСЦ-4М
Е510(3) - Ц10
Сварка корневого шва и "горячего" прохода стыков трубопроводов. Позволяют вести сварку способом "сверху-вниз" опиранием электрода. Обеспечивают стойкость против образования пор
ОЗС-23
Е410 - Р23
Для сварки конструкций малой толщины по окисленной поверхности. Малая чувствительность к порообразованию. Низкая токсичность. Uxx ≥ 50 В
ОМА-2
Е412-АЦ16
Для сварки ответственных металлоконструкций малой толщины (0,8 - 3,0 мм). Сварка удлиненной дугой по окисленной поверхности. Электроды с малой проплавляющей способностью. Uxx ≥ 60 В
ТИП Э42А
Стали с пределом прочности при растяжении до 412 МПа (42 кгс/мм 2 ) с высокими требованиями к шву по пластичности и ударной вязкости
УОНИ-13/45
Е412(4) - Б20
Для сварки ответственных конструкций, работающих при пониженных температурах. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
УОНИ-13/45А
Е414 - Б20
Для сварки ответственных конструкций из сталей типа СХЛ-4, МС-1, Ст3сп и им подобных. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
УОНИИ-13/45
Е412(4) - Б20
Для сварки ответственных конструкций, работающих при пониженных температурах. Сварка предельно короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
УОНИИ-13/45А
Е414 - Б20
УОНИИ-13/45Р
Е412(3) - Б20
Для сварки судостроительных сталей. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Высокая стойкость металла шва к образованию горячих трещин
Тип Э46
АНО-4
Е431(3) - Р21
Для сварки простых и ответственных конструкций всех групп и степеней раскисления. Сварка дугой средней длины. Допускается по незачищенным кромкам. Не склонны к порообразованию при повышенной величине тока . Uxx ≥ 50 В
АНО-4И
Е431 - АР21
Для различных металлоконструкций из углеродистых сталей . Uxx ≥ 50 В
АНО-13
Е432(3) - РЦ11
Для вертикальных угловых, нахлесточных и стыковых швов способом "сверху - вниз". Сварка короткой или средней дугой. Можно по незачищенным кромкам. Металл шва стоек к образованию горячих трещин. Покрытие гигроскопично . Uxx ≥ 50 В
АНО-21
Е433 - Р11
Для простых и ответственных конструкций из углеродистых сталей всех групп и степеней раскисления. Сварка удлиненной дугой по незачищенным кромкам. Uxx ≥ 50 В
АНО-24
Е432(3) - АР21
Для сварки в монтажных условиях. Сварка удлиненной дугой по незачищенным кромкам. Малая склонность к образованию подрезов. Uxx ≥ 50 В
АНО-34
Е43Ц2) - Р21
В нижнем положении электрод отклонять на 20-40° от вертикали в направлении сварки. Сварка возможна удлиненной дугой по окисленной поверхности. Uxx ≥ 50 В
ЭЛЗ-С-1
Е433 - Р21
Для сварки низкоуглеродистых, углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности при растяжении до 490 МПа. Uxx ≥ 50 В
ВРМ-26
Е432(3) - РЦЖ36
Для конструкций и трубопроводов из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25%. Uxx ≥ 50 В
МР-3
Е430(3) - РБ26
Для ответственных конструкции. Сварка короткой или средней дугой. Поверхности тщательно зачистить от окалины. Хорошо перекрываются зазоры. При сварке на повышенных токах возможны поры. Uxx ≥ 60 В
МР-ЗМ
Е430(3) - РБ26
Для сталей с содержанием углерода до 0,25%. Возможна сварка влажного, ржавого, плохо очищенного от окислов металла. Высокопроизводительны. Сварка средних и больших толщин ведется на повышенных режимах "углом назад". Uxx ≥ 60 В
МР-3Р
Е430(3) - Р26
Для ответственных конструкций из углеродистых сталей. Допускают сварку влажного, ржавого, плохо очищенного от окислов металла. Повышенная производительность. В нижем положении сварка "углом вперед" для средних и малых толщин. Uxx ≥ 60 В
МЭЗ - 101
Е430 - АР25
Трубопроводы пара, горячей воды категории 3 и 4, т/проводы в котлах с рабочим давлением проводов, неподнадзорных Госгортехнадзору, кроме т/проводов регулирования турбин, маслопроводов. Возможна сварка удлиненной дугой, по окисленной поверхности
ОЗС-3
Е432 - АРЖ46
Для сварки ответственных деталей. Сварка короткой дугой. Допускается сварка по незачищенным поверхностям. Uxx ≥ 60 В
ОЗС-4
Е430(3) - Р25
Для высокопроизводительной сварки ответственных деталей. Допускается сварка удлиненной дугой и по незачищенным поверхностям. Uxx ≥ 60 В
ОЗС-4И
Е430(3) - АР24
Для ответственных конструкций. Допускают сварку влажного, ржавого, плохо очищенного от окислов металла. Высокая производительность. Сварка в нижнем положении при средних и больших толщинах "углом назад". Средняя длина дуги. Uxx ≥ 60 В
ЛЭЗ ОСЗ-4Т
Е431(3) - АР26
Для конструкций из углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25%
ОЗС-6
Е431 - РЖ23
Для высокопроизводительной сварки. Допускается сварка удлиненной дугой, возможна и по окисленной поверхности. Uxx ≥ 50 В
ОЗС-12
Е430(3) - Р12
Рекомендуется для тавровых соединений с получением мелкочешуйчатых вогнутых швов. Легко отделяется шлак. Сварка удлиненной дугой и по окисленной поверхности. Uxx ≥ 50 В
ОЗС-12И
Е430(3) - АР24
Для ответственных конструкций. Допускается сварка влажного, ржавого, плохо очищенного от окислов металла. Высокая производительность. Сварка больших и средних толщин "углом назад" на повышенных режимах тока. Рекомендуется средняя длина дуги
РОТЭКС ОЗС-6
Е430(3) - РЖ23
Для конструкций из углеродистых сталей. Позволяют вести сварку по окисленной поверхности. Имеют повышенную производительность
РОТЭКС ОЗС-12
Е431(3) - Р12
Для ответственных конструкций. Облегчают сварку в потолочном положении и сварку неповоротных стыков трубопроводов. Позволяют применять малые токи. Повышенная эффективность при сварке тавровых соединений. Допускается сварка удлиненной дугой по окисленной поверхности
Тип Э46А
Для сталей с пределом прочности при растяжении 451 МПа (46 кгс/мм 2 ) при повышенных требованиях к швам по пластичности и ударной вязкости
ТМУ-46
Е432(3) - Б26
Для ответственных конструкций, в том числе трубопроводов. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Uxx ≥ 65 В
УОНИ-13/55К
Е433-Б20
Для ответственных конструкций, работающих при отрицательных температурах и знакопеременных нагрузках. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Металл шва обладает высокой стойкостью к образованию горячих трещин и характеризуется низким содержанием водорода
АНО-8
Е435 - Б20
Для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, работающих при пониженных температурах. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
Для сталей с пределом прочности при растяжении 490 МПа (50 кгс/мм 2 )
ВСЦ-4М
Е510 (3) - Ц10
Для сварки корневого слоя и "горячего" прохода стыков трубопроводов и ответственных конструкций из низколегированных сталей. Оба слоя сваривать "сверху-вниз"
ВСЦ-4А
Е510(3) - Ц10
Высокопроизводительная сварка корневого шва и "горячего" прохода стыков трубопроводов и ответственных конструкций. Сварка корневого шва без колебаний, опиранием, на постоянном токе любой полярности. "Горячий" проход - после зачистки корневого шва. Оба слоя сваривать "сверху-вниз". Оставлять огарок не менее 50 мм
55-У
Е510(2) - Б20
Сварка короткой дугой или опиранием по тщательно зачищенным кромкам. Uxx ≥ 65 В
Для сталей с пределом прочности при растяжении 490 МПа (50 кгс/мм 2 ) при повышенных требованиях к швам по пластичности и ударной вязкости
АНО-27
Е515 - БЖ26
Для сварки ответственных конструкций при температуре до - 40°С. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенной поверхности. Обеспечивают пониженное содержание водорода в швах. Uxx ≥ 65 В
АНО-Т
Е515-Б20
Для сварки ответственных конструкций и трубопроводов во всех климатических зонах. Сварка корневого шва без подкладных колец. Формирование обратного валика в потолочном положении
АНО-ТМ/Н
Е515 - Б26
Для поворотных стыков нефте- и газопроводов диаметром 59-1420 мм и других ответственных конструкций. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Эффективны для односторонней сварки. Uxx ≥ 65 В
АНО-ТМ
Е515 - Б26
АНО-ТМ/СХ
Е513 - Б26
Для ответственных конструкций, в том числе трубопроводов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Качественно формируется обратный валик высотой 0,5-3 мм
ИТС-4
Е513-Б20
Для судокорпусных сталей СтЗсп, 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1Д-35, 10Г2С1Д-40 и т.д. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Обеспечивают высокую коррозионную стойкость
ИТС-4С
Е513 - Б20
Для сварки ответственных конструкций в судостроении; стали СХЛ-4, 09Г2 и др. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Uxx ≥ 65 В
ОЗС-18
Е514 - Б20
Для сварки ответственных конструкций из сталей 10ХСНД. 10ХНДП и др. толщиной до 15 мм, стойких против атмосферной коррозии, с низким содержанием водорода
ОЗС-25
Е515-Б20
Для сварки ответственных конструкций. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Хорошая отделяемость шлака. Отсутствие подрезов и мелкочешуйчатость шва
ОЗС/ВНИИСТ-26
Е515 - Б20
Для трубопроводов нефти и газа, загрязненных сероводородом. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Высокая коррозионная стойкость в среде увлажненного до 25% сероводорода
ОЗС-28
Е515-РБ26
Для ответственных конструкций из сталей 09Г2,10ХСНД и др. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Uxx ≥ 65 В
ОЗС-33
Е514 - Б24
Для особо ответственных конструкций. Обеспечивают металл шва с высокой стойкостью к образованию горячих трещин и низким содержанием водорода. Сварка короткой или предельно короткой дугой по зачищенным кромкам
ТМУ-21У
Е513-Б20
Для сталей типа 15ГС и др.; для энергетического оборудования. Для труб с толщиной стенки более 16 мм. Сварка в узкую разделку с общим углом скоса кромок до 15°. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Легкое зажигание дуги без "стартовой" пористости
ТМУ-50
E513 - Б26
Для ответственных конструкций и трубопроводов. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Uxx ≥ 65 В
УОНИ-13/55
Е513 - Б20
Для ответственных конструкций, работающих при отрицательных температурах и знакопеременных нагрузках. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Металл шва стоек против образования горячих трещин, имеет низкое содержание водорода
УОНИ-13/55С
Е514 - Б20
Для особо ответственных конструкций. Обеспечивают металл шва высокой стойкостью к образованию горячих трещин. Низкое содержание водорода. Сварка только короткой дугой по зачищенным кромкам
УОНИ-13/55ТЖ
Е515 - БЖ26
Для особо ответственных конструкций, работающих при пониженных температурах. Металл шва хорошо противостоит образованию горячих трещин. Низкое содержание водорода. Сварка только короткой дугой по зачищенным кромкам
УОНИИ-13/55Р
Е512(3) - Б20
Для судостроительных сталей с пределом прочности до 490. 660 МПа. Сварка короткой дугой или опиранием по тщательно зачищенным кромкам
ЛЭЗ ЛБ
Е514 - БР20
Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей
ЦУ-5
Е511(3) - Б20
Для трубных деталей и теплообменников котлоагрегатов, работающих при температурах до 400°С. Пониженная склонность к порообразованию. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
ЦУ-7
Е511(5) - Б20
Для ответственных конструкций, работающих при температурах до 400°С. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
ЦУ-8
Е512(0) - Б20
Для ответственных конструкций, работающих при температурах до 400°С при малой толщине металла и для сварки труб малых диаметров. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
Э-138/50Н
Е513 - Б20
Для тяжелонагруженных швов подводной части судов. Для сталей Ст3С, Ст4С, 09Г2, СХЛ-1, СХЛ-45, МС-1 и др. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Металл шва стоек против коррозии в морской воде
Для сталей с пределом прочности при растяжении ТИП Э55 до 539 МПа (55 кгс/мм 2 )
ОЗС/ВНИИСТ-27
Е517 - Б20
Для трубопроводов и конструкций из хладостойких низколегированных сталей, работающих при температурах до - 60°С. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Корневые швы - на постоянном токе прямой полярности
УОНИ-13/55У
Е513 - Б26
Для сварки арматуры и рельсов ванным способом, для ответственных конструкций ручной дуговой сваркой. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. При ванном способе значения тока увеличивают в 1,3-1,7 раза. Перерывы во время сварки недопустимы. Uxx ≥ 65 В
МТГ-02
Е517-Б21
Используются при строительстве и ремонте магистральных нефтегазопроводов и для ответственных металлоконструкций
Для сталей с пределом прочности при растяжении до 588 МПа (60 кгс/мм 2 )
АНО-ТМ60
Е514 - Б26
Для стыковых соединений труб и других ответственных конструкций. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Формирование корневого шва без подкладных элементов и подварки с плавным переходом к основному металлу
ВСФ-65
Е515 - Б20
Для ответственных конструкций, в том числе магистральных трубопроводов. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам
ОЗС-24М
Е517-Б20
Для конструкций и трубопроводов из сталей 06Г2НАБ, 12Г2АФЮ, 10ГНМАЮ и др., работающих при температурах до - 70°С. Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Металл шва характеризуется высокой хладостойкостью
УОНИ-13/65
Е513 - Б20
Для ответственных конструкций из углеродистых низколегированных хромистых, хромомолибденовых, хромокремнемарганцевых сталей, работающих при низких температурах. Сварка короткой дугой по тщательно зачищенным кромкам. Высокая стойкость металла шва к горячим трещинам. Низкое содержание водорода
МТГ-01К
Е517-Б21
МТГ-03
Е517-Б21
Для магистральных нефтепроводов (МТГ-01К - для корневого шва; МТГ-03 для заполнения разделки и облицовки). Сварка короткой дугой по зачищенным кромкам. Дуга стабильна, минимальное разбрызгивание, легко удаляется шлак
СВАРКА НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Стали этих групп относятся к хорошо сваривающимся практически всеми видами сварки. Основные требования при их сварке — обеспечение равнопрочности сварного соединения основному металлу, отсутствие дефектов, требуемая форма сварного шва, производительность и экономичность. При сварке плавлением эти требования обеспечиваются выбором и применением типовых сварочных материалов, режимов и технологии выполнения сварки.
Для изготовления сварных конструкций из этой группы в первую очередь применяют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25 %. Низкоуглеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяют на три группы: А, Б, В. Для ответственных сварных конструкций в основном используют стали группы В с гарантируемыми химическим составом и механическими свойствами. Выпускаются низкоуглеродистые качественные стали с нормальным (10, 15, 20 и др.) и повышенным (15Г, 20Г) содержанием марганца.
Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми способами дуговой сварки. Однако они обладают невысокими механическими характеристиками и их применение связано с увеличением металлоемкости и массы конструкций. Уменьшить удельный расход стали можно, повышая прочностные характеристики. С этой целью в сталь вводят легирующие элементы, которые, образуя твердые растворы и химические соединения, повышают ее свойства. Это позволяет снизить массу изготовляемых конструкций. Сейчас все шире применяют низкоуглеродистые и низколегированные стали с содержанием легирующих элементов до 2,5 %. Основными легирующими элементами являются марганец, кремний, хром и никель. Для повышения коррозионной стойкости стали вводят медь (0,3-0,4 %). Такие стали обладают хорошей свариваемостью. Предусмотрен выпуск 28 марок низколегированных сталей, применяемых для сварных конструкций.
К группе низколегированных сталей относятся теплоустойчивые стали перлитного класса, используемые в энергетическом машиностроении (12МХ, 12Х1МФ, 20ХМФЛ и др.), в которых содержание легирующих компонентов допускается до 4 %. Для повышения жаропрочности при температурах 450-585 °С, их легируют молибденом и вольфрамом. Однако низколегированные стали более чувствительны к тепловому воздействию, чем низкоуглеродистые, особенно при сварке на форсированных режимах металла большой толщины. В зоне термического влияния более заметны явления перегрева, рост зерна и возможно образование закалочных структур, что будет служить причиной образования холодных трещин. Поэтому при сварке низколегированных сталей к параметрам режима сварки предъявляются более жесткие требования, чем при сварке нелегированных низкоуглеродистых сталей. Сварка ограничивается узкими пределами изменения параметров режима, чтобы одновременно обеспечить минимальное возникновение закалочных структур и уменьшить перегрев.
Ручную дуговую сварку покрытыми электродами низкоуглеродистых сталей выполняют электродами типа Э38, Э42, Э46 со всеми типами покрытий (кислыми, рутиловыми, целлюлозными и основными) марок МР-3, СМ-5, АНО-2, ОЗС-3, УОНИ-13/45 и др.
Низколегированные низкоуглеродистые стали сваривают электродами типов Э42, Э50 с основным покрытием марок УОНИ-13/45, СМ-11, УОНИ-13/55 и др.
Для сварки под флюсом в основном применяют марганцевые высококремнистые флюсы (ОСЦ-45, АН-348) и низкоуглеродистые сварочные проволоки Св-08, Св-08А, Св-08ГА (для низкоуглеродистых) и Св — 08ГА, Св-10Г2, Св-08ХН, Св-08ХМФА и др. (для низколегированных сталей).
При сварке в защитных газах используют углекислый газ, а также смеси углекислого газа с аргоном и кислородом, в качестве сварочных проволок в этом случае применяют проволоки марок Св-08ГС, Св-08Г2С и др., для повышения коррозионной стойкости используют проволоку марки Св-08ХГ2С.
Теплоустойчивые стали чувствительны к термическому циклу при сварке, следствием которого являются появление холодных трещин, процессы старения, разупрочнения, охрупчивания и опасность трещин при эксплуатации. Основными мерами борьбы с этими процессами являются применение основного металла с минимальным содержанием примесей и пониженным содержанием углерода, сварка с предварительным подогревом для сталей 12ХМ, 15ХМ (200-250 °С), для сталей 20ХМФ, 15Х1М1Ф (350-450 °С), выбор оптимального режима сварки, термообработка после сварки. Сварку производят покрытыми электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э-МХ, Э-ХМФ на постоянном токе обратной полярности. Применяют также сварку в углекислом газе и под флюсом с использованием сварочных проволок, легированных элементами, входящими в состав свариваемых сталей.
К этой группе относятся стали с суммарным содержанием легирующих элементов до 10 %. Они обладают высокими прочностными и пластическими характеристиками, повышенной стойкостью против хрупкого разрушения и некоторыми специальными свойствами. Прочность таких сталей 800-2000 МПа, поэтому их используют в ответственных конструкциях, воспринимающих значительные нагрузки, например в авиационной технике, химическом и энергетическом машиностроении и др.
Для сталей этой группы характерным является многокомпонентное комплексное легирование. Почти все стали этой группы относятся к перлитному классу. Однако некоторые из них, содержащие легирующих элементов 5-6 % и более, могут относиться к мартенситному или переходным классам (30Х2ГСНВМ, 28ХЗСНМВФА и др.). Высокие механические свойства среднелегированных сталей достигаются при соответствующем легировании и надлежащей термической обработкой, после которой проявляется положительное влияние легирования. Поэтому такие конструкционные стали характеризуются как химическим составом, так и видом термической обработки. Стали этой группы, как правило, подвергают улучшению (закалке с последующим высоким отпуском) или закалке и низкому отпуску. В качестве легирующих компонентов для этих сталей применяют хром, марганец, кремний, никель, титан и др. При изготовлении ряда конструкций от материала требуется также сохранение прочностных характеристик при высоких температурах и длительном воздействии постоянных нагрузок. Для повышения жаропрочности сталей в их состав дополнительно вводятся такие легирующие элементы, как молибден, вольфрам, ванадий, энергично повышающие температуру разупрочнения стали при нагреве. В отожженном состоянии предел прочности стали 25ХНВФА, в состав которой входят вольфрам и ванадий, 850 МПа при 5=1,5 %. Закалкой при 910 °С, охлаждением в масле и последующим отпуском при 350 °С получают оВ=1400 МПа, 5=10 %. При высокой прочности сталь обладает достаточной пластичностью и хорошо сохраняет свои прочностные характеристики во время нагрева. При 300 °С прочность составляет 90 %, а при 500 °С — 50 % от исходной.
К этой же группе закаливающихся сталей по своему отношению к сварке относят и нелегированные средне — и высокоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3-0,6 % — стали 30, 35, 40, 45, 50, 60, 25Г, 35Г, 45Г. Высокоуглеродистые стали в сварных конструкциях, как правило, не используются. Необходимость их сварки возникает при наплавке и ремонте. Для изготовления сварных узлов из легированных высокопрочных сталей используется большинство известных способов сварки плавлением. Однако этот технологический процесс более сложен по сравнению с процессом изготовления конструкций из сталей предыдущей группы. Эти материалы относятся к закаливающимся сталям, поэтому в сварных соединениях могут образовываться хрупкие и малопластичные зоны, чувствительные к возникновению трещин. Характерными общими трудностями при сварке этих сталей являются:
* образование закалочных структур при охлаждении после сварки и в связи с этим склонность к холодным трещинам;
* опасность образования горячих трещин;
*■ разупрочнение металла сварного соединения по сравнению с основным металлом. Это необходимо учитывать при разработке технологии и предусматривать специальные мероприятия для предохранения от подкалки и выравнивания свойств (подогрев перед сваркой, последующую термическую обработку и т. п.).
Для ответственных конструкций широко используют легированные стали перлитного класса средней прочности ов=900-1300 МПа. Это стали 25ХГСА, ЗОХГСА и другие с меньшим или большим содержанием углерода и сложнолегированные стали с низким содержанием углерода, например 12Х2НБФА, 23Х2НБФА. Они отличаются лучшей свариваемостью по сравнению с высокопрочными легированными сталями типа 30ХГСН2А, 28ХЗСНвФА, 30Х2ГСНвМ и другие ов=1500-2000 МПа. в зависимости от степени легирования и содержания углерода стали этой группы относятся к удовлетворительно, ограниченно или плохо сваривающимся сталям. Главная трудность при сварке сталей этой группы — образование закалочных структур и холодных трещин, поэтому основные металлургические и технологические меры по обеспечению качества сварных соединений основываются на устранении этой трудности и являются общими для большинства рассматриваемых сталей.
Получение надежных сварных соединении осложняется также повышенной чувствительностью к концентраторам напряжении при статических и особенно при динамических нагрузках. Такая опасность тем больше, чем выше легирование стали, особенно углеродом, поэтому разрабатывать технологические процессы нужно очень тщательно, а также повышать культуру проектирования и производства.
Необходимые меры по обеспечению получения качественных сварных соединений проводятся на разных этапах создания конструкций.
До сварки при составлении технологии главное внимание должно быть уделено рациональному выбору сварочных материалов: основного и присадочного металла, защитных средств. Основной металл с пониженным содержанием углерода и примесей (серы, фосфора) обладает более высокой стойкостью против холодных и горячих трещин.
Для повышения пластичности сварного шва и увеличения сопротивляемости трещинам содержание углерода в присадочном металле должно быть не более 0,15 %; целесообразно предусмотреть широкую разделку кромок, чтобы обеспечить формирование шва в основном за счет более пластичного присадочного металла. Высокая технологическая прочность сварного шва достигается при ограничении содержания легирующих элементов в присадочной проволоке до следующих пределов, %: 0,15 С; 0,5 Si; 1,5 Мп; 1,5 Сг; 2,5 Ni; 0,5 V; 1,0 Mg; 0,5 Nb. В качестве защитных средств необходимо использовать покрытия и флюсы основного типа, а также инертные газы (для легированных сталей). Для уменьшения сварочных напряжений, являющихся одной из причин образования трещин, необходимо при конструировании избегать жестких узлов, скоплений швов, пересекающихся и близко расположенных швов.
Во время сварки предусматриваются следующие технологические меры.
1. Тщательная подготовка и сборка под сварку, минимальное смещение кромок (менее 10-15% толщины), минимальный зазор, L качественные прихватки и зачистка кромок.
2. Регулирование термического цикла сварки для обеспечения требуемой скорости охлаждения шва и зоны термического влияния. Скорость охлаждения регулируют изменением режимов сварки (сила тока, скорость сварки, погонная энергия), применением специальных технологических приемов (сварка короткими и длинными участками, наложение отжигающего валика, сварка блоками, 1 каскадом и др.) и применением подогрева, который может быть предварительным, сопутствующим и, последующим. Подогрев является наиболее действенным способом регулирования скорости охлаждения, и его используют, когда регулированием режимов сварки и специальными технологическими приемами не удается обеспечить требуемую скорость охлаждения и структуру сварного соединения. Чем выше содержание углерода и легирующих элементов, тем выше температура подогрева.
3. Уменьшение содержания водорода в сварном шве, так как водород является одной из главных причин образования холодных трещин. Это достигается применением покрытых электродов с фтористокальциевыми покрытиями и основных флюсов, защитных газов с пониженной влажностью; сваркой на постоянном токе обратной полярности; тщательной подготовкой под сварку свариваемого и присадочного металла (зачистка, обезвоживание) и защитных материалов (сушка, прокалка).
4. Рациональная последовательность выполнения швов с целью уменьшения остаточных напряжений и деформаций.
После сварки для предотвращения холодных трещин производят незамедлительно высокий отпуск для снятия остаточных напряжений и стабилизации структуры. Для обеспечения равнопрочности сварного соединения после сварки производят полную термообработку изделия, которая заключается в закалке и последующем высоком отпуске или в нормализации. Если габариты изделия и имеющееся оборудование допускают полную термообработку, то химический состав металла шва должен быть близок химическому составу основного металла.
Если полная термообработка невозможна, то проблема равнопроч — ности (обычно для сталей ов=700-750 МПа) решается подбором режимов сварки и легированием через присадочную проволоку. При сварке закаливающихся сталей применяют в основном способы сварки — ручную дуговую, под флюсом, в защитных газах, электрошлаковую с использованием сварочных материалов, обеспечивающих заданную прочность и химический состав сварного шва.
Сварка низколегированных низкоуглеродистых сталей
Использование низкоуглеродистых низколегированных сталей при производстве сварных конструкций в промышленности. Суммарное содержание легирующих элементов. Технология сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей. Ручная дуговая сварка электродами.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.06.2015 |
| Размер файла | 28,6 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева"
Выксунский филиал НГТУ
Контрольная работа
по теме: "Сварка низколегированных низкоуглеродистых сталей"
Нижний Новгород 2015
Введение
Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают: кипящую - кп, полуспокойную - пс и спокойную - сп. Кипящая сталь, содержащая не более 0,07% Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат не менее 0,12% Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и отличаются меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке.
Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380--71 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают; например, СтЗ. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу, например, БСтЗ, ВСтЗ. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят с обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г). Стали ВСт 1, ВСт 2, ВСтЗ всех степеней раскисления и сталь ВСтЗГпс, а также стали БСт 1, БСт 2, БСтЗ всех степеней раскисления и сталь БСтЗГпс поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы В.
Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050--74 и ГОСТ 4543--71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из этих сталей, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке.
Стали, содержащие специально введенные элементы, которые отсутствуют в углеродистых сталях, называют легированными. Марганец считают легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний - при содержании свыше 0,4%. Поэтому углеродистые стали марок ВСт 3Гпс, ВСт 3Гпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.
В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4,0% (не считая углерода), а углерода 0,25%.
В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3--0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.
Технология сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей
Для различных способов сварки требования к конструктивным элементам подготовки кромок и размерам швов регламентируются соответствующим ГОСТом. Сварные соединения для фиксации входящих в них деталей относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в сборочных приспособлениях или при помощи прихваток. Длина прихваток зависит от толщины металла. Площадь сечения прихваток равна примерно 1/3 площади сечения шва, но не более 25 . 30 мм Прихватки выполняют обычно покрытыми электродами или полуавтоматами в углекислом газе. Их рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению основного однопроходного шва или первого слоя в многопроходных швах.
При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины ввиду высокой скорости теплоотвода. Поэтому перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее выругают или удаляют другим способом.
При электрошлаковой сварке детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Взаимное положение деталей фиксируют скобами, установленными на расстоянии 500 . 1000 мм друг от друга и удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой сварки и электрошлаковой сварке в начале и конце шва устанавливают входные и выходные планки для обеспечения сварки начала шва с установившимся термическим циклом (требуемыми размерами шва) и вывода кратера с основного шва.
Сварку стыковых швов газовую, вручную покрытыми электродами или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками обычно выполняют на весу. При автоматической сварке предусматривают применение приемов, обеспечивающих предупреждение прожогов и качественный провар корня шва. Для предупреждения образования в швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений.
Дуговую сварку ответственных конструкций лучше проводить с двух сторон. Более благоприятные результаты получаются при многослойной сварке. В этом случае, особенно на толстом металле, достигаются более благоприятные структуры в металле шва и околошовной зоне. Однако выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термообработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т.д.) металл в месте дефекта удаляется механическим путем, газопламенной, воздушно-дуговой или плазменной строжкой и после зачистки подваривается.
Следует помнить, что при сварке низколегированных сталей выбор техники и режима сварки влияет на форму провара, долю участия основного металла в формировании шва, а также на его состав и свойства.
Газовая сварка.
Низкоуглеродистые и низкоуглеродистые низколегированные стали удовлетворительно свариваются газовой сваркой. Для сварки используется нормальное пламя. Применение флюсов не требуется. В качество присадочного металла используются сварочные проволоки марок Св-08; Св-08А; Св-08ГС; Св-12ГС; Св-08Г 2С. Мощность пламени при левом способе сварки 100 . 130 л/мм, при правом 120 . 150 л/мм.
Металл шва содержит небольшое количество азота. Это объясняется его небольшой концентрацией в пламени. Водород остается в шве в значительных количествах и может вызывать в них поры. Окисление FeO за счет углерода с образованием СО также может привести к пористости шва. Поэтому рекомендуется применять присадочный металл с пониженным содержанием углерода. Выгорание кремния и марганца может привести к снижению пластичности металла шва - механические свойства металла шва могут быть в некоторой степени улучшены горячей проковкой или последующей термообработкой (нормализация или низкотемпературный отжиг). сталь сварка низкоуглеродистый
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
В зависимости от назначения конструкции и типа стали электроды можно выбирать согласно табл.1. Режим сварки выбирают в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного положения сварки.
Табл. 1 Марки электродов, применяемых при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей.
Читайте также: