Сварка высокопрочных сталей гост

Обновлено: 21.09.2024

К углеродистым сталям относят класс сплавов, в которых углерод (С) как химический элемент является основным легирующим компонентом, задающим важнейшие свойства металла. Его доля в составе может быть различна, в зависимости от нее различают и группы данных сталей:

низкоуглеродистые — доля С в них менее 0,25%;
среднеуглеродистые — с долей углерода от 0,25 до 0,6%;
высокоуглеродистые — с долей углерода от 0,6% до 2,07%.

Также в состав таких сталей в весьма малых количествах входят марганец и кремний — в качестве полезных легирующих элементов, а в качестве вредных примесей — водород и сера.

Особенности сварки углеродистых сталей

Ключевое требование при сварке деталей из углеродистых сталей — прочностные характеристики металла шва и околошовной области: они должны соответствовать характеристикам основного металла. Чем выше доля углерода, тем сложнее получить соединение, которое бы строго соответствовало этому требованию. Поэтому в отношении каждой из групп углеродистых сталей существуют свои особенности сварки.

Сварка низкоуглеродистых сталей

Это группа хорошо свариваемых, наиболее пластичных углеродистых сталей благодаря низкому содержанию углерода и легирующим добавкам. Выполнять сварку можно любыми известными технологиями, включая сварку ручную электродуговую.

Однако такой химический состав металла обуславливает и свои особенности: при неправильном выборе электрода есть риски того, что металл шва будет более прочным, чем металл детали, что может негативно сказаться на общей прочности конструкции. А при выполнении многослойной сварки возможна повышенная хрупкость шовного металла.

Чтобы избежать этих проблем, для сварки обычно используют электроды с рутиловым и фтористо-кальциевым покрытием, а в обмазку добавляется доля железного порошка. В ряду широко используемых для профессиональной сварки низкоуглеродистых сталей — марки МР-3ЛЮКС, МР-3, ОЗС-4, АНО-4, АНО-21, ОЗС-12, МК-46.00, УОНИ-13/55, УОНИ 13/45, УОНИ 13/85.

Ток - переменный или постоянный прямой полярности (на электроде минус), допускается сварка на обратной полярности

Электроды по среднеуглеродистым сталям

Количество углерода в таких сплавах больше, соответственно, процесс сварки осложняется. Минус в том, что металл сварного стыка и металл детали могут получиться разной прочности. Кроме того, металл близ кромок шва может получиться очень хрупким и с характерными трещинами. Чтобы этого не было, используют электроды с достаточно низкой долей углерода.

Особое внимание — к кромкам соединяемых деталей. Они обязательно должны быть разделаны, чтобы избежать проплавления металла, которое могут вызвать высокие токи — они необходимы для разогрева соединяемых деталей.

Также следует учитывать:

для повышения качества шва детали, как сказано выше, предварительно разогреваются и прогреваются в процессе сварки;
движения электродом лучше осуществлять не поперек, а вдоль стыка;
сварку лучше всего выполнять на короткой дуге;
после сварки для большей прочности шов также проковывается и подвергается термообработке.

В ряду известных электродов, которые применяют для сваривания среднеуглеродистых сталей — марки УОНИ-13/55, УОНИИ 13/55, УОНИИ 13/45А, УОНИ-13/65.

Сварка высокоуглеродистых сталей

В таких сталях — высокое содержание углерода, что практически делает их непригодными для сварки различных конструкций. Сварочные работы, как правило, выполняются лишь при необходимости ремонта.

В этом случае используются те же технологии, что и при сварке среднеуглеродистых сталей. Осуществляется предварительный прогрев металла в области шва до 250-300 °C, по завершении сварки производится проковка и термообработка шва. Необходимо соблюдать еще два условия — сварка возможно при температуре не ниже -5 градусов Цельсия в помещении, где полностью отсутствуют сквозняки.

Электроды для углеродистых и низколегированных сталей

Широчайший ряд электродов используется для сварки как углеродистых, так и низколегированных сталей. К этой группе относят углеродистые стали с содержанием С до 0,25%, а также низколегированные с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа. И те, и другие имеют повышенное содержание углерода. Благодаря этому уменьшается окисление металла и легче получают свободные от окислов соединения. Их пластичность повышают путем предварительной термической обработки или последующего подогрева.

И углеродистые, и низколегированные стали отличаются относительно невысокой теплостойкостью и прокаливаемостью.

Доля легирующих элементов (кобальт, никель, молибден, алюминий, вольфрам, медь и другие) может доходить в низколегированных сталях до 5%. В сравнении с углеродистыми они характеризуются пониженной склонностью к механическому старению, более высокой износостойкостью, коррозионной и хладостойкостью, пределом текучести.

В зависимости от доли легирующих элементов определяются параметры, по которым выбирают электроды для сварки углеродистых сталей. В число таких параметров входят:

механические характеристики металла шва;
требуемые свойства сварного соединения;
временное сопротивление разрыву;
ударная вязкость;
относительное удлинение.

Электроды для углеродистых конструкционных сталей

Марка и тип	Назначение и описание
АНО-4 (Э46)	Электроды с рутиловым покрытием для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву не более 451 МПа. Токи — переменный, постоянный прямой полярности. При повышенных токах не образуют пор. Допускают сварку по ржавчине и по незачищенным кромкам, обеспечивают легкое отделение шлаковой корки. Коэффициент наплавки — 8,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
АНО-6 (Э46)	Электроды с рутиловым покрытием для сварки переменным и постоянным током обратной полярности конструкций из углеродистых сталей. Доля углерода в составе металла — до 0,25%. Обеспечивают легкое отделение шлаковой корки. Могут работать на повышенных режимах, обеспечивают шов без кристаллизационных трещин. Коэффициент наплавки — 10 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,6 кг. Марка АНО-6 рекомендуется для сварки в монтажных условиях.
АНО-21 (Э46)	Электроды с рутиловым покрытием для сварки переменным и постоянным током прямой и обратной полярности ответственных и рядовых конструкций из углеродистых сталей по ГОСТ 380-71 Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 (групп А, Б, В, спокойных, полуспокойных, кипящих); по ГОСТ 1030-74 (10, 15кп, 20кп, 20пс, 20). Способны работать по окисленным, гальваническим поверхностям, по неподготовленным кромкам. Легкий поджиг и стабильность дуги, отличное качество сварного шва. Коэффициент наплавки — 9 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
МР-3 (Э46)	Электроды с рутилово-основным покрытием марки МР-3 предназначены для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву не более 500 МПа., доля углерода в них не превышает 0,25%. Сварка выполняется переменным и постоянным током обратной полярности. Обеспечивают стабильность дуги, легкий повторный поджиг. Сварка — только по очищенной от окалины поверхности. Коэффициент наплавки — 8,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва -1,7 кг.
МР-3С (Э46)	Электроды с рутилово-основным покрытием используются для сварки переменным и постоянным током обратной полярности конструкций из углеродистых сталей, когда к качеству получаемого шва предъявляются повышенные требования. Сварка возможна во всех без исключения пространственных положениях. Временное сопротивление разрыву — не более 500 МПа. Коэффициент наплавки — 8,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
ОЗС-4 (Э46)	Электроды с рутиловой обмазкой применяются для сварки переменным и постоянным током обратной полярности ответственных конструкций из углеродистых сталей (временное сопротивление разрыву до 490 МПа). В равной степени качественно сваривают детали больших и малых толщин. Возможна сварка по ржавой и влажной поверхности. Коэффициент наплавки — 8,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
ОЗС-6 (Э46)	Для сварки переменным и постоянным током обратной полярности конструкций из углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву не более 451 МПа. Имеют рутиловое (с железным порошком) покрытие. Демонстрируют высокую производительность. Возможна сварка удлиненной дугой и по ржавчине. Коэффициент наплавки — 10 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,5 кг.
ОЗС-12 (Э46)	Электроды с рутиловым покрытием для сварки переменным и постоянным током обратной полярности углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву не более 500 МПа. Оптимально подходят для сварки соединений таврового профиля с получением вогнутых мелкочешуйчатых швов. Возможна сварка удлиненной дугой и по окисленной поверхности без образования пор. Также допускается сварка на предельно низком напряжении. Коэффициент наплавки — 8,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
МК-46.00 (Э50А)	Универсальные рутиловые электроды для сварки переменным и постоянным током любой полярности углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением до 450 МПа. Широко применяются для сварки листовых и трубных конструкций. Создают пониженное тепловложение. Хорошо подходят для прихваток, сварки коротких и корневых швов. Не чувствительны к ржавчине и загрязнениям поверхности. Сварка возможна во всех пространственных положениях. Коэффициент наплавки — 8,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
ОК-48.00 (Э50А)	Универсальные сварочные электроды с основным покрытием для сварки судовых сталей, ответственных конструкций с условиями работы при отрицательных температурах и высоких знакопеременных нагрузках. Обеспечивают минимальное содержание водорода в наплавленном металле. Сварка возможна на постоянном и переменном токе обратной полярности. Отлично подходят для сварки износостойких сталей типа Hardox.
УОНИ-13/45 (Э42А)	Электроды с основным типом обмазки для сварки постоянным током обратной полярности особо ответственных конструкций с повышенными требованиями к металлу по пластичности и ударной вязкости. Временное сопротивление сталей на разрыв — до 490 МПа. Рекомендуется для сварки конструкций, эксплуатируемых в низкотемпературных условиях, а также для сварки стыков труб в местах месторождений с высоким содержанием сероводорода. Коэффициент наплавки — 9 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,6 кг.
УОНИ-13/55 (Э50А)	Электроды с основным покрытием для сварки постоянным током обратной полярности особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Позволяют получить металл шва, стойкий к образованию кристаллизационных трещин. Благодаря этому используются для сварки конструкций, работающих при отрицательных температурах и знакопеременных нагрузках. Коэффициент наплавки — 9,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,65 кг.
УОНИ-13/55У (Э55)	Электроды с основным покрытием для ручной дуговой сварки переменным и постоянным током обратной полярности ответственных конструкций, а также сварки ванным способом рельсов и арматуры ЖБ конструкций из сталей марок: СТ5, 18Г2С, 15ГС и других. Коэффициент наплавки — 10 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,6 кг.
УОНИ-13/55Р (Э50А)	Электроды с основным покрытием для сварки постоянным током обратной полярности судовых сталей с пределом текучести до 390H/мм2 (категории А, B, D, A32, A36, D32, D36, D40, E40 по ГОСТ Р 52927-2008 и Правилам Российского морского регистра судоходства). Используются для сварки тавровых и стыковых соединений. Изготавливаются под надзором Российского морского регистра судоходства. Коэффициент наплавки — 9 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.
УОНИ-13/65 (Э60)	Электроды с основным покрытием для сварки постоянным током обратной полярности машиностроительных конструкций, рассчитанных на тяжелые нагрузки. Временное сопротивление сталей на разрыв до 588 МПа. Коэффициент наплавки — 9 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,6 кг.
ТМУ-21У (Э50А)	Электроды с основным покрытием для сварки постоянным током обратной полярности ответственных конструкций и трубопроводов, используемых в атомной, электро- и тепловой энергетике. Коэффициент наплавки — 9 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,6 кг.
ЦУ-5 (Э50А)	Электроды с основным покрытием для сварки постоянным током элементов емкостей, трубного оборудования, котлоагрегатов. Позволяют сваривать корневые швы толстостенных трубопроводов, используемых на объектах энергетики. Максимальная температура эксплуатации сварных соединений до 400°С. Коэффициент наплавки — 9,5 г/А ч, расход на 1 кг наплавленного шва — 1,7 кг.

Продукция производства Магнитогорского электродного завода

Магнитогорский электродный завод выпускает электроды для сварки высокоуглеродистых, средне- и низкоуглеродистых сталей. Электроды позволяют варить любые конструкции из этих материалов – от неответственных при ремонте или для бытового использования до особо ответственных из сталей повышенной прочности, рассчитанных на высокие нагрузки.

Купить электроды по углеродистым сталям вы можете на нашем сайте. Мы предлагаем собственную продукцию, поэтому цены на нее – одни из самых низких в регионе. Весь товар сертифицирован в системе ГОСТ Р, что подтверждается сопроводительными документами.

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.

Легированные стали и особенности их сварки

Легированными называются стали, которые в своем составе содержат легирующие элементы, придающие сталям специальные свойства. Основные легирующие элементы — это хром, марганец, никель, кремний, молибден, вольфрам и другие. Легирование делается с целью изменения строения металла и придания ему определенных физико-механических свойств. Легированием можно повысить коррозионностойкость материала, его твердость, износостойкость и так далее. Ниже будут рассмотрены особенности сварки легированных сталей.

Легированные стали бывают трех видов. Это низколегированные, в которых содержание легирующих элементов не более 2,5% , среднелегированные — с содержанием 2,5% — 10% и высоколегированные — более 10%. В зависимости от присутствующих в составе материала легирующих элементов они называются хромистыми, ванадиевыми, хромоникелевыми и так далее. Каждый такой элемент в маркировке стали обозначается специальными буквами: Х — хром, М -молибден, В — вольфрам, Г — марганец, К — кобальт, Ю — алюминий, С — кремний, Н — никель, Т — титан, Ф — ванадий, Б — ниобий, А — азот, Р — бор. Легированные стали подразделяются на следующие типы: нержавеющие, жаростойкие, кислотостойкие и окалиностойкие, которые и определяют сферу применения каждой конкретной стали.

Низколегированные стали

Низколегированные стали должны обладать хорошей пластичностью, удовлетворительной свариваемостью и высокой сопротивляемостью хрупкому разрушению. Оптимальные механические свойства они приобретают после закалки или нормализации и последующего высокого отпуска. Примеры низколегированных сталей — 14Г2, 14ХГС, 15ГС и другие. Они характеризуются малым содержанием углерода (<0,18%). Высокие механические свойства низколегированных и малоуглеродистых сталей достигаются применением других присадок (марганца, хрома, никеля, кремния и других).

Данные виды металла отличаются хорошей свариваемостью и хорошей ударной вязкостью с низким пределом хладноломкости (- 40С° — — 60С°). Они имеют мелкозернистую структуру, так как изготовляются спокойными. Наличие никели, хрома, меди увеличивает коррозионностойкость многих марок сталей. Однако низколегированные имеют повышенную чувствительность к концентрации напряжений и поэтому у них более низкая вибрационная прочность.

Технология сварки низколегированных металлов

Основными показателями свариваемости низколегированных сталей являются сопротивляемость сварных соединений холодным трещинам и хрупкому разрушению. Такие металлы обычно имеют ограниченное содержание C, Ni, Si, S и P, поэтому при соблюдении режимов сварки и правильном применении присадочных материалов горячие трещины отсутствуют. Критериями при определении диапазона режимов выполнения сварочных работ и температур предварительного подогрева служат допустимые максимальная и минимальная скорости охлаждения металла околошовной зоны. Максимально допустимые скорости охлаждения принимаются таким образом, чтобы предотвратить образование холодных трещин в металле околошовной зоны.

Химический состав сплавов

Электроды для сварки низколегированных сталей ручной дуговой сваркой имеют низководородное фтористо-кальциевое покрытие. Широко применяют электроды типа Э70 по ГОСТ 9467-75. Сварку выполняют постоянным током при обратной полярности. Металл, наплавленный электродами, должен соответствовать следующему химическому составу, %: С до 0,10 ; Mn 0.8…1,2 ; Si 0,2…0.4 ; Cr 0,6…1,0 ; Mo 0,2…0.4 ; Ni 1,3…1,8 ; S до 0,03 ; Р до 0,03. Сварочный ток выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода, при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения и толщину свариваемого металла. Сварку технологических участков нужно производить без перерывов, не допуская охлаждения сварного соединения ниже температуры предварительного подогрева и нагрева его перед выполнением следующего прохода выше 200С°.

Особенности сварки низколегированных сталей под флюсом заключаются в её проведении на постоянном токе обратной полярности. Сила тока при этом не должна превышать 800 А, напряжение дуги — не более 40 В, скорость сварки изменяют в пределах 13…30 м/ч. Одностороннюю однопроходную сварку применяют для соединений толщиной до 8 мм и выполняют на остающейся стальной подкладке или флюсовой подушке. Максимальная толщина соединений без разделки кромок, свариваемых двусторонними швами, не должна превышать 20 мм. Для стыковых соединений без скоса кромок (односторонних или двусторонних) используют проволоку марки Св-08ХН2М, так как швы в этом случае имеют излишне высокую прочность и применение более легированной проволоки для таких соединений нецелесообразно.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства металлов

Если сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей осуществляется в углекислом газе, то в качестве электрода применяют проволоку марок Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ (ГОСТ 2246-70) или порошковую проволоку. При сварочных работах в смесях на основе аргона используют проволоку марки Св-08ХН2ГМЮ, которая обеспечивает высокий уровень механических свойств и хладостойкость металлических швов при сварке сталей с прочностью до 700 МПа. Проволоки указанных марок рекомендуются и для сварки угловых швов с катетом свыше 15 мм. Для угловых швов с меньшим катетом в большинстве случаев используют проволоку марки Св-08Г2С. Эту проволоку также применяют при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной прочности 09Г2, 10Г2С1, 14Г2, 10ХСНД и 15ХСНД.

Газовая сварка низколегированных сталей характеризуется повышенным разогревом свариваемых кромок, пониженной коррозионностойкостью и усиленным выгоранием легирующих примесей. Это приводит к ухудшению качества сварных соединений по сравнению с другими способами сварки. При газовой сварке в качестве присадочного материала используют проволоку марок СВ-10Г2, Св-08, Св-08А, а для ответственных швов — Св-18ХГС и Св-18ХМА. Механические свойства шва можно повысить проковкой при температуре 800 °С — 850°С с последующей нормализацией.

Среднелегированные стали

Среднелегированные стали содержат углерод в количестве от 0,4% и более. Они легированы в основном Ni, Mo, Cr, V, W. Оптимальное сочетание прочности, вязкости и пластичности достигается после закалки и низкого отпуска. Такие среднелегированные стали, как ХВГ, ХВСГ, 9ХС, пользуются большим спросом за счет своих легирующих добавок при изготовлении сверл, разверток и протяжек.

Эти стали выплавляют из чистых шихтовых материалов для повышения пластичности и вязкости. Также их тщательным образом очищают от фосфора, серы, газов и различных неметаллических включений. В этом случае стали могут подвергаться электрошлаковому или вакуумно-дуговому переплаву, рафинированию в ковше жидкими синтетическими шлаками. Хорошее сочетание прочности, вязкости и пластичности среднелегированных сталей достигается термомеханической обработкой.

Технология сварки среднелегированных металлов

Чтобы обеспечить эксплуатационную надежность сварных соединений, нужно при выборе сварочных материалов стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы требуемые значения. Степень изменения этих свойств зависит от доли участия основного металла в формировании шва. Поэтому следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержат легирующих элементов меньше, чем основной металл. Легирование металла шва за счет основного металла позволяет повысить свойства шва до необходимого уровня.

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно выбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов, обладающих высокой деформационной способностью при минимально возможном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, не содержащих в покрытии органических веществ и подвергнутых высокотемпературной прокалке. Одновременно при выполнении сварочных работ следует исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом (влага, ржавчина и другие).

Для сварки среднелегированных сталей широко применяются аустенитные сварочные материалы. Для механизированной сварки и изготовления стержней электродов в ГОСТ 2246-70 предусмотрены проволоки марок Св-08Х20Н9Г7Т и Св-08Х21Н10Г6, а в ГОСТ 10052-75 — электроды типа ЭА-1Г6 и др. Электродные покрытия применяются вида Ф, а для механизированной сварки — основные флюсы. Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и другие по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75.

Высокое качество сварных соединений толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. При этом для увеличения проплавляющей способности дуги применяют активирующие флюсы (АФ). Сварка с АФ эффективна при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при сварке с АФ выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок активированного вольфрама.

Газовая сварка легированных сталей осуществляется ацетиленокислородом, который обеспечивает качественный сварной шов. Газы-заменители в данном случае применять не рекомендуется. Но даже ацетиленокислород не может стопроцентно гарантировать получение качественного шва. Этого можно достичь только путем применения дуговой сварки.

Закалка стали — обязательный этап в машиностроении, так как от правильности его выполнения зависит качество продукции. Подробнее читайте в этой статье.

Высоколегированные стали

Высоколегированные стали имеют повышенно содержание легирующих элементов — Cr и Ni (обычно не ниже 16% и 7% соответственно). Они придают таким металлам соответствующую структуру и необходимые свойства. Высоколегированные стали по сравнению с менее легированными обладают высокой хладостойкостью, коррозионностойкостью, жаропрочностью и жаростойкостью. Несмотря на высокие свойства этих сталей, их основное служебное назначение определяет соответствующий подбор состава легирования. В соответствии с этим их можно разделить на три группы: жаростойкие, жаропрочные и коррозионностойкие.

После соответствующей термообработки высоколегированные стали обладают высокими прочностными и пластическими свойствами. В отличие от углеродистых при закалке эти материалы приобретают повышенные пластические свойства.

Структуры высоколегированных сталей очень разнообразны и зависят в основном от их химического состава, то есть от содержания основных элементов: хрома (ферритизатора) и никеля (аустенитизатора). Также на структуру влияет содержание других легирующих элементов-ферритизаторов (Mo, Ti, Si, Al, W, V) и аустенизаторов (Co, Cu, C, B).

Технология сварки высоколегированных металлов

Высоколегированные стали обладают комплексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения. В связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут индивидуальными. Это определит и различную технологию выполнения сварочных работ, направленную на получение сварного соединения с необходимыми свойствами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Легирующие элементы – обозначение

Особенности сварки высоколегированных сталей определяются наличием у них характерных теплофизических свойств. Пониженный коэффициент теплопроводности сильно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне. Это увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий. Поэтому для уменьшения коробления нужно применять способы и режимы, отличающиеся максимальной концентрацией тепловой энергии.

При ручной дуговой сварке высоколегированных сталей сварочные проволоки одной по ГОСТу марки имеют широкий допуск по химическому составу. Применением электродов с фтористокальциевым покрытием достигается получение металла шва с нужным химическим составом. Тип покрытия электродов для данной сварки диктует необходимость применения тока обратной полярности. Тщательная прокалка электродов способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и вызываемых водородом трещин.

Газовая сварка высоколегированных сталей наименее благоприятна, для соединения этих кислотостойких сталей, которые подвержены значительной межкристаллитной коррозии. Такая сварка может использоваться для сваривания жаропрочных и жаростойких сталей толщиной 1…2 мм. Сварка ведется нормальным пламенем мощностью 70…75 л/ч на 1 мм толщины. В сварных соединениях могут образовываться большие коробления.

Сварка под флюсом высоколегированных сталей толщиной 3…50 мм имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой ввиду стабильности состава и свойств металла по всей длине шва. Это достигается отсутствием частых кратеров, образующихся при смене электродов, равномерностью плавления электродной проволоки и основного металла по длине шва, а также более надежной защитой зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха.

При сварке под флюсом уменьшается трудоемкость подготовительных работ, так как разделку кромок выполняют на металле толщиной свыше 12 мм (при ручной сварке — свыше 3…5 мм). Типы флюсов предопределяют их использование для сварки постоянным током обратной полярности.

Чем варят высокопрочные стали

Высокопрочными называют коррозионностойкие теплоустойчивые и другие категории и сорта сталей с временной стойкостью к разрыву до 2000 МПа. Их использование позволяет значительно уменьшить металлоемкость и массу ответственных и особо ответственных конструкций, повысить эффективность и технические возможности механизмов при сохранении высоких нагрузок. Для сварки сталей такого типа, как правило, применяются высокопрочные электроды различных марок.

Виды высокопрочных сталей

В группу высокопрочных входят легированные стали. При этом к ней не относят углеродистые и низколегированные – данные материалы также могут иметь прочность до 2000 МПа, однако у них высокий порог хладноломкости: уже при температуре свыше 20 °С может происходить хрупкое разрушение металла. Такой недостаток отсутствует у собственно высокопрочных сталей, поэтому именно они могут использоваться в нагруженных конструкциях. Это стали:

комплексно-легированные среднеуглеродистые (доля С – 0,35. 0,45%) с комплексным содержанием никеля, хрома, других легирующих добавок;
аустенитные метастабильные – их высокая прочность достигается комплексной обработкой (закалка и деформация давлением);
мартенситно-стареющие – закаленные с последующим старением (отпуском при более низкой температуре), с долей Ni до 25%.

Помимо высокой прочности, все стали перечисленных групп обладают трещиностойкостью и высоким сопротивлением к хрупкому разрушению.

Особенности сварки высокопрочных сталей

Сталь повышенной прочности имеет одну важную особенность – она очень восприимчива к закалке. В результате закаливания в зоне кромок резко повышается твердость металла. Это требует при сварке интенсивного нагрева околошовной зоны до высоких температур. Но при последующем охлаждении возникают большие риски образования остаточных напряжений и трещин, что напрямую влияет на качество шва.

Cварка такого металла осуществляется в соответствии со специальными требованиями к свойствам электродов и технологии сваривания, в частности, – с необходимостью подогрева свариваемого сплава.

Технология сварки ММА

Для соединения деталей из высокопрочных сталей используются различные технологии: автоматическая, аргонодуговая сварка, сварочные работы под флюсом. Широкое применение, в частности, в монтажных условиях, находит ручная дуговая сварка. Для получения шва необходимого качества в конструкциях из высокопрочных сталей следует соблюдать ключевые требования технологии ММА.

Для соединения деталей из комплексно-легированных сталей применяются низководородистые низколегированные электроды, которые прокаливаются при высокой температуре.
Покрытие не должно содержать органических веществ. Таким образом обеспечивается пластичность металла шва и его высокая деформационная способность.
Исключены любые внешние факторы, которые могли бы способствовать насыщению сварочной ванны водородом, – влага, ржавчина, загрязнения в районе кромок.
Легирование при сваривании выполняется за счет основного металла. В получаемом металле шва содержание никеля не должно превышать 2,5%, хрома и марганца – 1,5%, молибдена – 1%, ванадия – 0,5%, углерода – 0,15%. Повышение их содержания снижает пластичность металла шва.

Во избежание появления кристаллизационных трещин необходима термическая обработка соединенных деталей в зоне шва и кромок. Она выполняется непосредственно после сварки и может занять от нескольких минут до нескольких часов. Температурный режим и длительность отпуска зависит от группы стали и толщины деталей. В ряде случаев отпуск можно заменить другой технологией: на основной слой шва накладывается дополнительный – отжигающий. Метод особенно эффективен при сварке толстых деталей.

Другой способ избежать появления холодных трещин в металле шва – подогрев зоны кромок до и в процессе сварки. Металл нагревается до 200–300 °С. Сварка выполняется с низкой погонной энергией – во избежание снижения твердости металла при сохранении его пластичности.

Особенности ММА сварки

Ручная дуговая сварка деталей из сталей высокой прочности выполняется на короткой дуге постоянным током обратной полярности, в ряде случаев допустим переменный ток.
Прокалка стержня обязательна. В зависимости от марки стали и электрода температура прокаливания может достигать 420–450°С.
Работы выполняются только по тщательно зачищенным (до металлического блеска) кромкам.
При средней и большой толщине деталей (от 20 мм) рекомендуется их предварительный прогрев в месте соединения при температуре 60–150°С.

Марки электродов для высокопрочных сталей

Н-48 – используются для высоколегированных и коррозионностойких сталей марок 08Х21Н6М2Т, 10Х25Н6АТМФ, 12Х21Н5Т, 12Х25Н5ТМФЛ. Позволяют получить равнопрочный металл шва при соединении деталей толщиной до 200 мм. Перед сваркой рекомендуется подогрев кромок до t 850 °С во избежание появления межкристаллитной коррозии. Конструкции рассчитаны на работу в неокислительных средах при t до 300 °С.
ОЗЛ-7 – позволяют варить высокопрочные нержавеющие стали аустенитного класса марок 08Х18Н12Б, 08Х18Н10Т, 08Х18Н10 и им подобных. Оборудование рассчитано на работу в агрессивных средах при высоких температурах (до 1000 °С).
НИАТ-3М – применяются в работе с конструкциями из легированных сталей с высокой и повышенной прочностью (до 980 МПа). Обеспечивают отсутствие в металле шва кристаллизационных трещин и минимальное содержание водорода.

Электроды для сварки сталей повышенной и высокой прочности представлены в каталоге МЭЗ. В частности, это изделия марки УОНИ-13/85 – продукция собственного производства Магнитогорского электродного завода. Весь товар сертифицирован.

Читайте также: