Технология сварки низколегированных и углеродистых сталей

Критерии свариваемости сталей

При определении критериев свариваемости металлов и их сплавов ориентируются на следующие их свойства:

• чувствительность металла к тепловому воздействию, которое создается при сварке;
• склонность металла к росту зерна с сохранением пластических и прочностных свойств, структурным и фазовым изменениям в зоне термического воздействия;
• химическая активность металла, влияющая на его окисляемость при термическом воздействии сварочного процесса;
• сопротивляемость металла к образованию пор и трещин в холодном и горячем состоянии.

Большое влияние на качество сталей оказывает так называемая их раскисляемость, которая характеризуется содержанием марганца, кремния и некоторых других элементов и равномерностью их распределения. По этому параметру различают три вида стал ей: кипящая – «кп», полуспокойная – «пс» и спокойная – «сп».

Кипящая сталь отличается большой неравномерностью распределения вредных примесей (особенно серы и фосфора) по толщине проката и получается при неполном раскислении металла марганцем. Характерной особенностью этого вида сталей является склонность к старению и образование кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне, что приводит к переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при равномерном распределении примесей, поэтому она менее склонна к старению и меньше реагирует на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь занимает промежуточное значение между кипящей и спокойной.

Все эти свойства учитывают при выборе технологических приемов сварки, способов формирования сварочного шва, параметров теплового воздействия и т.д. В качестве примера приведем свариваемость сталей, как наиболее распространенных конструктивных материалов.

Для сварных конструкций лучше всего использовать низкоуглеродистые и низколегированные стали, обладающие высокой степенью свариваемости. Наибольшее влияние на качество сварного соединения оказывает углерод. Увеличение содержания углерода и ряда других легирующих элементов снижает свариваемость сталей, ухудшая качество шва. Сварные соединения высокоуглеродистых и высоколегированных сталей отличаются повышенным содержанием трещин и выполняются по специальной технологии.

Классификация сталей по свариваемости

Марка стали

Углеродистая

Конструкционная легированная

Группа по свариваемости
1 .Хорошая	Ст.1;Ст.2;Ст.З; Ст. 4;0, 8; сталь 10,15,20,25; 12кп, 15кп, 1бкп, 20кп	15Г,- 20Г; 15Х;1 5ХА; 20Х; 15ХМ; 14ХГС; 10ХСМД; 10ХГСМД ,15ХСМД
2. удовлетворительная	Ст5,- стальЗ0, 35	12ХМ2; 12ХНЗА;14Х2Ж; 10Г2МП; 20ХНЗА; 20ХН; 20ХГСА; 25ХГСА; З0Х, 30ХМ
3.Ограниченная	Стб; сталь40, 45, 50	35Г; 40Г; 45Г; 40Г2,- 35Х,- 40Х; 45Х; 40ХН; 40; 40ХМФЙ,” ЗОХГС; ЗОХГСА; зохгсм,- 35ХМ; 20Х2Н4А; 4ХС; 12Х2Н4МА
4 .Плохая	сталь65, 70, 75, 80, 85, У7, У8, У9, У10, У11, У12	50Г; 50Г2; 50Х; 50ХН; 45ХНЗМФА; 6Хс; 7X3,- 9ХС; 8X3; 5ХНТ; 5ХНВ

Примечание: Стали, относящиеся к хорошим, имеют содержание углерода менее 0,25%. Они хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.

Стали, относящиеся к удовлетворительным, имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильно подобранных режимах сварки дают качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. Плохо свариваемые стали содержат углерод в количестве более 0,45%. При их сварке требуются специальные технологические процессы.

Легирование стали одним или несколькими легирующими элементами придает ей определенные физико-механические свойства. Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости и первостепенная роль в этом принадлежит углероду.

Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами плавления. Получение же при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно у термоупрочненных сталей, вызывает определенные трудности. В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих швов эти зоны становятся участками деформационного старения. Это в конечном итоге приводит к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к появлению холодных трещин. В среднелегированных сталях увеличивается склонность к закалке, в связи с чем такие стали имеют высокую чувствительность к термическому циклу сварки. Их околошовная зона оказывается резко закаленной, а следовательно, и непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва. Поэтому с целью снижения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке этих сталей необходим предварительный подогрев свариваемого изделия.

При сварке высоколегированных хромистых 08X13, 08Х17Т и некоторых других сталей существуют отличительные особенности:

• высокий порог хладноломкости стали, находящийся обычно в области положительных температур;
• склонность к значительному охрупчиванию в околошовной зоне;
• низкая пластичность и вязкость металла шва, выполненного сварочными материалами аналогичного со сталью химического состава;
• невозможность устранить охрупчивание термообработкой.

Сварку таких сталей необходимо выполнять с минимальным тепловложением, так как с увеличением погонной энергии возрастает склонность зон сварного соединения к росту зерен, появлению микротрещин и падению пластичности. При этом снижается сопро-тивляемость сварного соединения локальным повреждениям и межкристаллической коррозии. В процессе сварки возникает опасность коробления и появляется повышенный уровень остаточных напряжений. После сварки в ряде случаев требуется термообработка.

Окисляемость металла под термическим действием сварочной дуги определяется его химической активностью. От этого напрямую зависит степень защиты сварочного шва, применяемого при сварке. Чем выше химическая активность металла, тем качественнее должна быть защита. Наибольшей химической активностью отличаются титан, ниобий, цирконий, вольфрам, молибден, тантал и некоторые другие. Поэтому при сварке этих металлов недостаточно применение флюсов и защитных покрытий, так как в защите нуждаются не только сварочный шов, но и прилегающая к нему область. Самой эффективной защитой в данном случае служит сварка в вакууме или в среде инертного газа высокой чистоты.

Основные критерии, устанавливающие свариваемость

Главным показателем свариваемости является углеродный эквивалент, который обозначается, как Сэкв. Данный условный коэффициент учитывает уровень воздействия на свойства сварного шва карбона, легирующих компонентов.

Факторы, влияющие на свариваемость сталей:

• Толщина металлического образца
• Объем вредных примесей
• Условия окружающей среды
• Вместимость углерода
• Уровень легирования
• Микроструктура

Основным параметром для информации является химический состав материала.

Влияние углерода на свариваемость стали

Говоря о свариваемости сталей, под этой характеристикой понимают способность материала в процессе сварки давать качественный сварной шов высокой прочности, не имеющий пор, каверн, трещин, посторонних включений и других дефектов.

Существует специальный марочник сталей и сплавов. Собранные в этом справочнике материалы соответствуют действующим стандартам и имеют определённую маркировку.

По этой маркировке можно точно определить их сорт и химический состав, узнать количественное содержание различных примесей.

Прямая зависимость

В процессе сварки в зоне наложения соединительного шва происходит нагрев металла выше критической температуре. В результате образуется аустенит – так называют высокотемпературную гранецентрированную модификацию железа и его сплавов.

Остывая, аустенит превращается в новую структуру, параметры которой зависят от скорости охлаждения и происходящих в материале термокинетических изменений. Непосредственное влияние на эти изменения оказывает химический состав стали.

Это означает, что для правильного выбора технологии и создания качественного сварного соединения необходимо заранее знать характеристики свариваемости. Ведь при использовании сталей марки 15Г или 20Н2М приходится использовать другие технологии, чем при работе со сталями марки 35 или 45.

Польза и вред

Входящие в состав стали вещества можно условно разделить на две основные группы.

• Полезные, улучшающие её конструктивные качества или усиливающие определённые свойства. На самом деле, их полезность достаточно условна, поскольку во многом зависит от процентного содержания.
• Вредные, снижающие прочностные характеристики материала и серьёзно усложняющие процесс его обработки. Их присутствие даже в незначительном количестве приводит только к ухудшению характеристик стали.

Наличие тех или иных веществ обуславливается как химическим составом, использованным в процессе плавки руды, так и применением легирующих добавок, сознательно добавляемых при изготовлении материала.

Влияние, оказываемое различными веществами на свариваемость стали

Действующими стандартами нормируется содержание следующих химических элементов:

• Углерода (C). Расположенное в периодической таблице химических элементов под номером 6, это вещество оказывает значимое влияние на такие характеристики стали, как вязкость, прочность и закаливаемость. Со сваркой не будет проблем, если содержание углерода не превышает 0,25%. В противном случае в зоне сварного соединения резко усиливаются термические влияния, приводящие к образованию различных дефектов, вроде горячих и холодных трещин, каверн и т. п.
• Серы (S). Шестнадцатый элемент периодической таблицы считается однозначно вредным. Она охотно образует с железом легкоплавкие соединения, располагающиеся по границам зёрен основного металла. Это приводит к ослаблению связи между ними. В горячем состоянии в материале образуются трещины. Подобное явление принято называть красноломкостью металла. Избежать его удаётся, если содержание серы ниже 0,045%.
• Фосфор (P). Расположенный в таблице под номером 15, этот элемент, как и его соседка, сера, вреден для стали. Он ответственен за образование внутри материала хрупких структур. Это качество принято называть хладноломкостью, поскольку особенно сильно оно даёт знать о себе при низких температурах.
• Марганец (Mn), №25. В определённых пределах повышает упругость и прочность стали. Находясь в пределах 0,3 – 0,8% от общего количественного состава, не оказывает влияния на процесс сварки. Но если его содержание превысит 1,8%, то материал начнёт закаливаться, и избежать образования трещин и излишней хрупкости шва не удастся.
• Кремний (Si), №14. Так же, как и марганец, несколько увеличивает характеристики упругости и прочности. Если его общее количество остаётся в пределах 0,2 – 0,3%, проблем не возникает. Но результатом значительного, свыше 0,8%, станет образование его тугоплавких сплавов, повысится жидкотекучесть стали. Это приведёт к проблемам при наложении сварных швов.
• Хром (Cr), №24. Он придаёт стали не только высокую коррозионную стойкость, но также делает её прочной, упругой и твёрдой. Тем не менее, его содержание свыше 0,3% создаёт проблемы, поскольку в этом случае активно способствует образованию тугоплавких окислов и трещин, образующихся в результате резкого увеличения твёрдости материала в зоне термического нагрева. Из-за образования карбидов хрома в околошовной зоне коррозионная стойкость металла резко снижается.
• Молибден (Mo) №42. Делает кристаллы стали (зёрна) мельче, существенно повышая её прочность, стойкость к высоким температурам и ударным нагрузкам. Но в процессе сварки молибден активно выгорает и окисляется, способствуя появлению трещин. Особенно заметно это становится, когда его содержание превышает 1%.
• Ванадий (V), №23. Даже в малых количествах повышает закаливаемость стали, но тем самым создаёт проблемы при наложении сварных швов. При нагреве этот металл окисляется и выгорает. Это означает, что его присутствие в количестве более 1% для ответственных свариваемых деталей недопустимо.
• Вольфрам (W), №74. Отвечает за такие качества, как износостойкость, особенно при высоких температурах – такое свойство принято называть красностойкостью – и твёрдость. Но поскольку при наложении шва сильно окисляется, в свариваемых сталях его присутствие вовсе не допустимо.
• Никель (Ni), №28. Это друг сварщика. Он измельчает кристаллы металла, в результате чего шов становится более прочным и пластичным. Даже при его добавлении порядка 2 – 3% от общего состава даёт ощутимый результат. Для деталей, работающих под высокими нагрузками, рекомендовано использовать материалы, в которые добавлен никель в количестве 8 – 10 %. Но при сварке таких сталей приходится использовать различные технологические ухищрения, ограничивая поступление в зону нагрева кислорода. К тому же никель дорог, а это значит, что его использование должно быть экономически оправданным.
• Титан (Ti), №22. Он улучшает те же, что и никель, характеристики, и столь же требователен к технологическим особенностям процесса. Однако, несмотря на значительную стоимость, в особо ответственные детали добавляют и тот и другой металл, стараясь довести содержание титана до 4 – 5%.

Выбор оборудования и электродов

Существуют следующие виды сварочных аппаратов:

1. Трансформаторы переменного тока.
2. Выпрямители.
3. Инверторы.

Трансформаторы обладают следующими достоинствами:

1. Низкая стоимость.
2. Простое устройство.
3. Надежность.
4. Долговечность.

Их используют в случаях, когда к качеству соединения не предъявляют высоких требований, поскольку на переменном токе дуга горит хуже и шов получается неровным.

Они тяжелы, дороже стоят и больше теряют в мощности, но обеспечивают высокое качество соединения. Снижаются потери металла, поскольку на постоянном токе он меньше разбрызгивается.

Инверторы наиболее практичны.

Их достоинства:

• малые размеры и вес (примерно 3 кг);
• высокое напряжение холостого хода – 90 В против 50 В у трансформатора;
• дополнительные функции, облегчающие розжиг и поддержание дуги.

По способу сварки аппараты делятся на виды:

1. Ручные. Используют плавящиеся расходники с покрытием.
2. Полуавтоматы и автоматы. Применяют тугоплавкий электрод из вольфрама или графита. Защиту шва от окисления обеспечивают подачей газа (аргона, углекислоты и пр.) или с помощью флюса.

Свариваемость различных марок стали

Рассмотрим свариваемость самых распространенных марок стали.

Свариваемость стали 09г2с и Ст3

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

Свариваемость Сталей 10 и 20

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

Свариваемость Стали 45

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

Апрель 28, 2017

Сталь – основной конструкционный материал, который представляет собой сплав железа с углеродом и разными примесями. Все элементы, которые входят в состав стальных изделий, оказывают влияние на ее характеристики (в частности, на свариваемость сталей).

Главным показателем свариваемости является углеродный эквивалент, который обозначается, как Сэкв. Данный условный коэффициент учитывает уровень воздействия на свойства сварного шва карбона, легирующих компонентов.

Факторы, влияющие на свариваемость сталей:

• Толщина металлического образца
• Объем вредных примесей
• Условия окружающей среды
• Вместимость углерода
• Уровень легирования
• Микроструктура

Основным параметром для информации является химический состав материала.

Группы свариваемости

Учитывая все, выше перечисленные критерии, свариваемость можно подразделить на группы с различными свойствами.

Классификация металлов по свариваемости:

• Хорошая – коэффициент Сэкв составляет не менее 0,25 %– для изделий из низкоуглеродистых сталей, независимо от условий погоды, толщины изделия, предварительной подготовки.

• Удовлетворительная – коэффициент Сэкв находится в пределах 0,25-0,35 %. Ограничения: по диаметру свариваемого изделия, условиям природной среды. Толщина материала допускается не более 2 см, температура воздуха должна быть не ниже минус 5 градусов, безветренную погоду.
• Ограниченная – коэффициент Сэкв в пределах 0,350-0,45%. Для формирования высококачественного сварного соединения требуется предварительный подогрев материала. Эта процедура нужна для «плавного» аустенитного преобразования, создания устойчивых структур (бейнитные, ферритно-перлитные).
• Плохая – коэффициент Сэкв порядка 45-ти % (стали 45). В данном случае невозможно обеспечить стабильность сварочного соединения без предварительного подогрева металлических кромок, термической обработки готовой конструкции. Для создания требуемой микроструктуры нужно дополнительно осуществлять подогревы, охлаждения.

Группы свариваемости предоставляют возможность понимать технологическую специфику сваривания железоуглеродистых сплавов конкретных марок.

Зависимо от категории, технологических параметров, свойства сварных соединений могут корректироваться последовательными температурными воздействиями. Термообработка может осуществляться несколькими способами: отпуск, закаливание, нормализация, отжиг. Наиболее востребованы закалка, отпуск. Подобные процедуры повышают твердость, соответственно прочность сварного соединения, предотвращают формирование трещин на материале, снимают напряжение. Показатель отпуска будет зависеть от желаемых характеристик материала.

Сварка низкоуглеродистых сталей

Свариваемость углеродистых сталей определяется количеством карбона и примесей. Они способны выгорать, превращаясь в газообразные формы и придавая низкокачественному шву пористости. Сера и фосфор могут концентрироваться по краям зерен, повышая хрупкость конструкции. Сварка наиболее упрощена, тем не менее, требует индивидуального подхода.

Углеродистая сталь обычного качества подразделяется на три группы: А, Б и В. Сварочные работы проводятся с металлом группы В.

Свариваемость марок стали ВСт1 — ВСт4, в соответствии с ГОСТ 380-94, характеризуется отсутствием ограничений и дополнительных требований. Сварка деталей диаметром до 40 мм происходит без подогрева. Возможные индикаторы в марках: Г – повышенное содержание марганца; кп, пс, сп – «кипящая», «полуспокойная», «спокойная» соответственно.

Низкоуглеродистая качественная сталь представлена марками с обозначением сотых долей углерода, указанием степени раскисления и содержания марганца (ГОСТ 1050-88): сталь 10 (также 10кп, 10пс, 10Г), 15 (также 15кп, 15пс, 15Г), 20 (также 20кп, 20пс, 20Г).

Для обеспечения качественного шва необходимо проводить процесс насыщения сварочной ванны углеродом C и марганцем Mn.

Способы сварочных работ:

1. Ручная дуговая с использованием специальных, изначально прокаленных электродов, диаметром от 2 до 5 мм. Типы: Э38 (для средней прочности), Э42, Э46 (для хорошей прочности до 420 МПа), Э42А, Э46А (для высокой прочности сложных конструкций и их работы в особых условиях). Сваривание стержнями ОММ-5 и УОНИ 13/45 совершается под действием постоянного тока. Работы с помощью электродов ЦМ-7, ОМА-2, СМ-11 проводятся током любой характеристики.
2. Газовая сварка. Чаще всего нежелательна, но возможна. Проводится с использованием присадочной проволоки Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-08ГС. Тонкий низкоуглеродистый металл (d 8мм) сваривается левым способом, толстый (d 8мм) – правым. Недостатки свойств шва возможно убрать посредством нормализации или отжига.

Сварку низкоуглеродистых сталей выполняют без дополнительного подогрева. Для деталей простой формы ограничения отсутствуют. Объемные и решетчатые конструкции важно защищать от ветра. Сложные объекты желательно сваривать в условиях цеха при температуре не ниже 5˚С.

Таким образом, для марок ВСт1 — ВСт4, сталь 10 — сталь 20 – свариваемость хорошая, практически без ограничений, требующая стандартного индивидуального подбора способа сварки, типа электрода и характеристик тока.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси?

Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали

• Фосфор, сера – вредоносные примеси. Содержание данных химических элементов для низкоуглеродистых сталей 0,4-0,5%.

• Углерод – важный компонент в составе сплавов, который определяет такие показатели, как закаливаемость, пластичность, прочность, другие свойства материала. Содержание углерода в пределах 0,25% не воздействует на качество сварки. Наличие более 0,25% данного хим. элемента способствует формированию закалочных соединений, зоны термического влияния, образуются трещины.

• Медь. Содержание меди как примеси не более 0,3%, как добавки для низколегированных сталей – пределах 0,15-0,50%, как легирующего компонента – не более одного процента. Медь улучшает коррозионную стойкость металла, при этом не ухудшает показатели качества сваривания.

• Марганец. Содержание марганца до одного процента не затрудняет сварочный процесс. Если марганца 1,8-2,5%, то не исключается образование закалочных структур, трещин, зоны термического влияния.

• Кремний. Этот химический элемент присутствует в металле как примесь — 0,30 процентов. Такое количество кремния не влияет на показатель качества соединения металлов. При наличии кремния в пределах 0,8-1,5%, он выступает легирующим компонентом. В данном случае существует вероятность формирования тугоплавких оксидов, ухудшающих качество соединения металлов.

• Никель, как и хром, присутствует в низкоуглеродистых сталях, его содержание составляет до 0,3%. В низколегированных металлах никеля может быть около 5%, высоколегированных – порядка 35 процентов. Химический компонент повышает пластичность, прочностные характеристики металла, повышает качество сварных соединений.

• Хром. Количество данного компонента в низкоуглеродистых сталях ограничено до 0,3 процентов, его содержание в низколегированных металлах может быть в пределах 0,7-3,5%, легированных – 12-18 процентов, высоколегированных примерно 35%. В момент сваривания хром способствует формированию карбидов, значительно ухудшающих коррозионную устойчивость металла. Хром способствует формированию тугоплавких оксидов, которые негативно влияют на качество сварки.

• Молибден. Наличие этого химического элемента в металле ограничено 0,8 процентами. Такое количество молибдена позитивно сказывается на прочностных характеристиках сплава, но в процессе сварки элемент выгорает, в результате чего на наплавленном участке изделия формируются трещины.

• Ванадий. Содержание этого элемент в легированных сталях может составлять от 0,2 до 0,8 процентов. Ванадий способствует повышению пластичности, вязкости металла, улучшает его структуру, повышает показатель прокаливаемости.

• Ниобий, титан. Данные химические компоненты содержатся в жаропрочных, коррозионно-стойких металлах, их концентрация составляет не более одного процента. Ниобий и титан понижают показатель чувствительности металлического сплава к межкристаллитной коррозии.

Свариваемость стали считается сравнительным показателем, зависящим от химического состава, физических характеристик, микроструктуры материала. При этом способность создавать высококачественные сварные соединения может корректироваться благодаря продуманному технологическому подходу, выполнения требований, предъявляемых к сварке, наличия современного спецоборудования.

Где применяют низколегированные стали

Применение низколегированных сталей зависит во многом от их состава.

Первыми рассмотрим магистральные газовые, нефтяные системы. Для их обустройства применяем электросварной прямошовный метод. Сырье для изготовления изделий – смеси с невысоким содержанием хрома, алюминия – предельно до 0.3 и 0.05% соответственно.

Стали 13Х используются для инструмента и спецоборудования. Прокаливание сплава не очень хорошее, термообработку больше 250 градусов не применяют.

Чтобы производить качественную арматуру для применения в строительной отрасли, применяют сплавы классов С, ГС, ХГАЮ, пр. Они подойдут для армирования ЖБ конструкций с разными несущими параметрами. Для создания надежных сварных соединений оптимально применять типы АФД, АФЮ, ГС, Сложные здания делают с применением сплавов вроде 12ХГН2МФБАЮ. Последний тип стали обязательно сначала закаливают, потом делают низкий отпуск.

В машиностроении

1. Марганцевый сплав 09Г2 для создания обвязки, двутавров, балок хребтового типа. Температурные режимы эксплуатации – +450°.
2. Марганцевые стали 10Г2С1 для сосудов, котлов, которые работают под давлением.
3. Сплавы с медью 10ХНДП незаменимы в создании сложных машиностроительных конструкций.
4. Марганцево-медные стальные низколегированные сплавы типы 12Г2СМФ выдерживают любые нагрузки, незаменимы при сооружении пролетных облегченных конструкций.

Отдельный вопрос – выбор сталей для эксплуатации в постоянно неблагоприятных условиях, то есть при осадках, низких температурах воздуха. Стойко такие воздействия выдерживают марки, произведенные согласно ГОСТ 19282. Такие стали не боятся коррозии, разрушений, не подвержены другим негативным изменениям.

Cварка высокоуглеродистой стали

• Виды стали и их сварка
• Сварка углеродистой стали
• Сварка инструментальной стали

Высокоуглеродистая сталь не имеет в своем составе легирующих элементов, среди которых находятся хром, ванадий и никель. Стоит отметить, что данный вид стали имеет в своем составе углерод свыше 0,6%. Содержание углерода определяет свойства сталей. Таким образом, с увеличением процентного содержания углерода в составе стали, возрастает предел ее прочности и повышается твердость, но, в тот же момент, снижаются ее пластические свойства.

Углеродистая сталь более устойчива к высоким температурам и сохраняет свои свойства при подогреве до 450 градусов по Цельсию. Она прекрасно воспринимает динамические нагрузки разной тяжести и способна не поддеваться коррозии. В этом случае углеродистая сталь очень легкая и устойчива к износу. Например углеродистой сталью является чугун и его изделия.

Разные виды углеродистых сталей применяются для производства инструментов, деталей для котлов, труб, турбин и других изделий, которые применяются для эксплуатации при высоких нагрузках.

Средне- и высокоуглеродистые стали имеют характерную особенность – образовывать закалочные структуры в сварочном шве и зоне термического влияния, которые могут создавать опасность хрупкого разрушения. Для получения надежных сварочных швов подбирается марка стали в соответствии возможности получения требуемых стабильных механических свойств сварочных соединений.

Высокоуглеродистые стали склонны к хрупкости после воздействия термического цикла сваривания и выражается значительно сильнее, в чем в среднеуглеродистых сталях. Стали данного вида чувствительны к горячим и холодным трещинам. Из-за этого следует обязательно подогревать свариваемый металл до температуры 350 – 400 градусов по Цельсию. После подогрева требует производить отжиг и проводить его до тех пор, пока свариваемое изделие не остынет до температуры 20 градусов по Цельсию.

Изготовление надежных сварочных соединений может затрудняться из-за нависшей опасности образования холодных трещин и повышенной чувствительности сталей данного вида к концентраторам напряжения при статических и динамических нагрузках.

Сварные конструкции проектируются с наименьшей концентрацией напряжений. Радиусы перехода от одного сечения в свариваемой детали к другой должны быть максимальными исходя из допустимых конструктивны соображений.

Для того чтобы повысить прочность сварочных швов высокоуглеродистой стали, следует создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла. Для стыкового сварочного соединения стоит удалять усиление сварочного шва.

Особое внимание в этом случае нужно уделять проплаву сварочного шва, который имеет более крутой переход от шва к металлу изделия. В случае, когда механическая обработка внутренней поверхности детали для зачистки и проплавления невозможна, то следует проводить комбинированное сваривание без остающейся подкладки.

В таком случае первый сварочный шов производится автоматической аргонодуговой сваркой с использованием неплавящегося электрода без присадки по всей длине сварочного шва, обеспечивая 100% равномерного проплавки металла.

• Сварка конструкционной стали
• Сварка высоколегированных сталей
• Сварка легированной стали
• Сварка низколегированной стали

Сварка чугуна аргоном Сварка меди с алюминием

Понятие свариваемости сталей, группы и классификации

При изготовлении самолетов, кораблей (космических, морских, речных), автомобилей, строительстве сооружений разного назначения, производстве продукции машиностроительной, пищевой, энергетической и других отраслей промышленности, в ЖКХ используют металлические конструкции, которые свариваются разными способами. Они изготавливаются из углеродистых и легированных марок сталей, чугуна, меди, титана, алюминиевых сплавов и т. д. Каждый раз способ сварки металла конкретной марки и технология проведения выбираются в индивидуальном порядке. В первую очередь смотрят на химический состав, который производитель металлопроката и сортамента обязательно указывает в сопроводительной документации к каждой партии товара. Это позволило отнести любую из почти 700 марок сталей к той или иной группе по свариваемости.

Определение свариваемости и ее категории

Свариваемость сталей – способность получать при выбранном оборудовании и технологии проведения процесса качественное соединение частей изделия, соответствующее требованиям эксплуатации конечного продукта. Проще говоря, место соединения должно максимально приближаться к прочностным характеристикам свариваемой марки стали. Различают два вида свариваемости: физическую и технологическую. В первом случае получают соединение с химической связью, что характерно для чистых металлов и технических сплавов. Технологический вид свариваемости заключается в характеристике места соединения стальных заготовок после выполнения сварочного процесса. Шов и околошовная зона должны соответствовать свойствам, которые предъявляются к изделию, и быть надежными в течение всего срока эксплуатации.

На свариваемость оказывают влияние такие факторы:

• количество углерода, легирующих элементов и вредных примесей, имеющихся в марке стали в %;
• чувствительность металла к нагреву;
• химическая активность;
• склонность к окислительным процессам.

Совокупность факторов позволила марки сталей по свариваемости разделить на 4 группы: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо подлежащие сварочному процессу. Влияние оказывает и квалификация сварщика. Если человек – дилетант, то качество соединения будет очень низким.

Вид качественно выполненного сварного шва при соединении труб из высоколегированной стали:

Характеристики групп некоторых марок сталей и нюансы проведения сварки указаны в таблице:

Группа по свариваемости	Содержание углерода в %,	Содержание легирующих элементов в %	ГОСТ	Марка стали	Особенности проведения сварочного процесса
I (хорошо)	не более 0,2	не более 2,5	380-94	Ст1 ÷ Ст4 (сп, кп, пс)	Выполняется по технологии, не требующей дополнительных мероприятий на соответствующих толщине металла режимах
803-81	10ЮА, 18 ЮА
977-88	15Л, 20Л, 25Л, 08ГДНФЛ, 2ДН2ФЛ, 13ХДНФТЛ
1050-88	08 ÷ 25 (пс, кп)
4041-71	25пс, 08Ю
4543-71	15Г ÷ 25Г, 10Г2, 16Х, 20Х, 12ХН, 15 ХА, 15 ХФ
II (удовлетвори- тельно)	0,2 ÷ 0,35	2,5 ÷ 10	380-94	Ст5 (пс, сп)	При сваривании необходимо: – готовить кромки; – придерживаться режима сварки; – применять соответствующие флюсы и присадочные материалы. В некоторых случаях осуществлять подогрев до температуры 100 ÷ 200 0С с последующей термообработкой
977-88	20ГЛ,20ГСЛ, 20ФЛ, 20Г1ФЛ, 20ДХЛ, 12ДХН1МФЛ
1050-88	30
10702-78	20Г2С
19281-89	15Г2АФДпс, 16Г2АФД, 15Г2СФ, 15Г2СФД
III (ограниченно)	0,35 ÷ 0, 45	2,5 ÷ 10	977-88	35Л 40Л, 45Л,35ГЛ, 32Х06Л, 45ФЛ, 40ХЛ, 35ХГСЛ, 35НГМЛ, 20ХГСНДМЛ, 30ХГСФЛ, 23ХГС2МФЛ	Качество обеспечивается предварительным нагревом заготовок до температуры не выше 250 0С и проведением термической обработки после соединения по режиму, соответствующему марке стали
1050-88	35, 40, 45
4543-71	25ХГСА, 29ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 20ХН4А, 25ХГМ, 35Г, 35Г2, 35Х, 40Х, 33ХС, 38ХС, 30ХГТ, 30ХРА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 25ХГНМТ, 30ХГНЗА, 20Х2Н4А
11268-76	12Х2НВФА
IV (плохо)	выше 0,45	выше 10	977-88	50Л, 55Л, 30ХНМЛ, 25Х2Г2ФЛ	Сварку выполняют с термообработкой до начала осуществления сварочного процесса, подогревом в процессе соединения и термообработкой после окончания сварки
1055-88	50, 55
1435-77	У7 ÷ У13А
4543-71	50Г, 45Г2, 50Г2, 45Х, 40ХС, 50ХГ, 50ХГА, 50ХН, 55С2, 55С2А, 30ХГСН2А и др.
5950-2000	9Х, 9X1
10702-78	38ХГНМ

Таблица свариваемости позволяет, если известна марка металла, сразу отнести его к конкретной группе и исходя из этого грамотно подобрать режим и способ осуществления соединения. Низкоуглеродистые и низколегированные стали свариваются любыми видами сварки без каких-либо ограничений, остальные марки требуют дополнительных мероприятий, которые позволят выполнить соединение соответствующего качества.

Внимание! Сварка при температуре ниже -5 °C не должна выполняться: качество соединения будет невысоким.

Факторы, оказывающие влияние на процесс сварки

Факторы, которые оказывают влияние на получение качественного соединения: химический состав и содержание вредных компонентов в воздухе.

Содержание углерода в марке стали – это очень важный фактор. Без проблем соединяются металлы с содержанием элемента не выше 0,2%, при более высоком показателе качество ухудшается. В околошовной зоне возникают трещины как горячие, так и холодные.

Содержание серы в количествах, превышающих 0,045%, ведет к такому явлению, как красноломкость, т. е. возникновение горячих трещин.

Вредной примесью является и фосфор. Если его количество превышает 0,4%, то не избежать такого дефекта, как хладноломкость, т. е. охрупчивание структуры.

Содержание марганца в стали в количествах более 1,8% затрудняет сварку. Место соединения становится хрупким, и в нем возникают трещины из-за закалочных процессов.

Хром в повышенных количествах ухудшает коррозионную стойкость шовного соединения, особенно у сталей, которые не содержат никеля. Количество хрома ограничивается верхним пределом – 0,3%.

Стали с количеством кремния до 0,8% свариваются хорошо, при превышении этой величины текучесть увеличивается и свариваемость ухудшается.

Сталь, особенно при сварке ответственных конструкций, необходимо защищать от вредных компонентов, находящихся в воздухе: кислорода и водорода. Они приводят к возникновению трещин и пор в сварном шве. Защитит место соединения от окисления при соединении слой флюса или защитный газ.

Режим и способ ведения также оказывают влияние на свариваемость металлов. Особенно когда марка стали неизвестна. В этом случае ее определяют экспериментально. Для этого сначала сваривают образцы из тех заготовок, из которых будет в дальнейшем изготавливаться конструкция или изделие, и отрабатывают режим проведения сварочного процесса.

Просим поделиться опытом тех, кто соединял высоколегированные и высокоуглеродистые стали, стали с высокой технологической пластичностью, а также алюминиевые сплавы и получал качественное соединение. Заранее благодарны за предоставление ценной информации, которая многим пригодится.