Способ сварки для конструкционных сталей

Как варить конструкционную сталь

Конструкционные стали являются особыми видами сплавов, которые используются для производства различных деталей, механизмов и конструкций, которые применяются при изготовлении станков, оборудования разного назначения и при возведении строительных объектов.

Химические и механические свойства конструкционных сталей содержат в себе всевозможные примеси. К таким примесям относятся сера и фосфор, которые в значительной мере влияют на прочностные характеристики сталей и придают металлу хрупкость и ломкость. В зависимости от объема содержания конструкционные стали разделяются на обыкновенные, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

При этом процент вредных примесей в сплаве колеблется от 0,05% до 0,015%. Обыкновенные конструкционные стали делятся на несколько подгрупп, которые классифицируются по наличию в своем составе различных химических элементов. Также их делят на подгруппы технических характеристик сплавов, которые получаются в результате.

Основным предназначением таких сталей является производство швеллеров, уголков, болтов, гвоздей, проволоки, заклепок, труб и т.д. Как видите, из таких сталей изготавливают предметы и материалы, которые при эксплуатации не подвергаются высокой физической и механической нагрузке.

Качественные конструкционные стали имеют в своем составе меньше добавок и различных механических вкраплений. Допустимой уровень вредных примесей при их производстве составляет не более 0,04% серы и фосфора.

Качественные конструкционные стали нашли широкую область применения. Например, для изготовления различных деталей, которые применяются в машиностроении, а также различные пружины и рессоры разных типов.

Обыкновенные качественные конструкционные стали являются углеродистыми, но содержание химического вещества является незначительным. Именно такая особенность объясняет мягкость и легкость при механической обработке.

Высококачественные конструкционные стали – это практически все легированные стали, которые отличаются от других повышенной прочностью. Данный вид сталей применяют в легком и тяжелом машиностроении, а также применяются для производства инструмента и возведения строительных конструкций. Также их нередко применяют для изготовления сельскохозяйственной техники и деталей для нее.

Высококачественные стали имеют около 10-и подгрупп, а классификация по ним происходит по физико-химических свойств и сфере применения.

Например, высококачественные стали могут быть строительными, арматурными или цементируемыми. Помимо этого существуют детали, которые предназначены только для холодной штамповки или обладают специальными свойствами улучшения прочностных характеристик и во время термической обработки.

Особовысококачественные конструкционные стали – это мартенисто-стареющие сплавы, которые имеют повышенный предел выносливости. Основной областью их применения является изготовление высоконагруженных деталей, тросов и различных крепежей.

Источник

Сварка конструкционных сталей

Низколегированная сталь широко используется в строительстве и при изготовлении различных металлоконструкций. Такой материал обладает повышенной прочностью, что в свою очередь позволяет изготавливать легкие и надежные металлоконструкции, которые имеют доступную стоимость. Если говорить о свариваемости таких низколегированных сталей, то можно сказать, что в данном случае необходимо учитывать различные показатели сплава, от чего напрямую зависит выбор той или иной технологии. Чем меньше показатель содержания углерода, тем проще металл сваривается друг с другом. В том же случае, если проводится работа со сплавами, в которых содержится 0,25% углерода, существует опасность образования трещин и разнообразных дефектов сварного шва.

К низколегированной стали относятся сплавы, в составе которых содержится не больше 0,25% углерода и не больше 3% легирующих элементов. Существует множество различных низколегированных марок стали, которые используются для изготовления гражданских и промышленных сооружений, нагруженных металлоконструкций. Также возможно использование таких специализированных марок стали для изготовления газопроводных труб.

Высококачественная сварка конструкционных сталей

Для сварного соединения таких металлических сплавов отлично подходит дуговая ручная сварка. При этом могут использоваться электроды Э44А и Э50А. Если же требуется выполнить максимально прочное качественное соединение, используют электроды марки ДСК-50 и УОНИ 13/55. Для повышения прочности соединения также рекомендуется выполнять работу на постоянном токе с обратной полярностью. Сварка проводится при пониженных показателях сварочного тока, когда на 1 миллиметр диаметра электрода приходится порядка 50 Ампер мощности. При использовании технологии дуговой сварки для соединения низколегированной стали используют соответствующую сварочную проволоку и дополнительный флюс.

Отметим, что выполнение сварочных работ может проводиться при температуре не ниже -10 градусов. В том же случае если возникает необходимость выполнения работ при более низких температурах, необходим качественный дополнительный подогрев. В данном случае ширина зоны подогрева по обе стороны соединительного шва составляет около 100 миллиметров. Оптимальная температура подогрева составляет 150 градусов. При температурах ниже минус 25 градусов сварка низколегированных сталей недопустима.

Сварка низколегированных конструкционных сталей

Необходимо сказать, что качество и легкость выполнения данной работы напрямую зависит от особенностей той или иной марки стали. Чем меньше в ее составе содержится углерода, тем проще и прочнее выполняется соединение. В особенности качественно свариваются марки стали, которые не подвержены закаливанию и устойчивы к образованию трещин в соединительном шве. Низколегированные конструкторские марки стали могут свариваться автоматической или ручной сваркой.

При использовании ручной технологии сварка углеродистых конструкционных сталей выполняется соответствующими электродами Э50А и Э55А. С автоматическими инверторами допускается использование сварочной проволоки. Также необходимо использовать дополнительный флюс, что позволит защитить зону температурной обработки. При соединении листов стали, толщина которых меньше 4 сантиметров, можно проводить работы без разделки кромок. В том случае, если при выполнении данной работы соблюдалась технология и были правильно выбраны электроды, по своим показателям прочности соединительные швы не уступают основному металлу.

Особенности работы с низколегированными хромкремниймарганцевыми марками

Необходимо отметить, что работа с таким сплавом осложняется тем, что во время выполнения сварки отмечается склонность к появлению закалочной структуры и трещин шва. Чем меньше толщина обрабатываемых кромок, тем соответственно выше риск появления закалочных зон. Соответствующим образом в зависимости от конкретного сплава должны выбираться электроды для сварки конструкционных сталей.

Электроды для сварки конструкционных сталей

Подобная склонность к образованию дефектов сварки объясняется повышенным содержанием углерода, поэтому существенно усложняются работы по соединению таких металлических сплавов. В данном случае можно использовать электроды, которые по своим характеристикам максимально приближены к основному сплаву. Также возможно использование сварочной проволоки.

Выбор диаметра электрода в данном случае зависит от толщины металлического сплава. При этом можно использовать электроды с толщиной от 1,5 до 6 миллиметров. Соответственно показатели сварочного тока колеблются от 20 до 240 Ампер.

В том случае, если проводится работа с толстыми листами, возможно выполнение многослойной сварки, когда каждый последующий слой выполняется через небольшой промежуток времени. Для устранения так называемых закалочных структур рекомендуется проводить дополнительную термообработку. Для этого необходимо нагреть изделия до температуры более 600 градусов и выдерживать такую температуру в течение нескольких часов, после чего охлаждать на открытом воздухе или в воде.

Обработка низколегированной конструкционной стали может выполняться в защитном газе полуавтоматической и автоматической сваркой. При использовании технологии электрошлаковой сварки можно использовать проволоку марки Св-о8Г2С. Для защиты используют дополнительный флюс АН8.

Источник

4.5. Технология сварки конструкционных материалов

4.5.1. Особенности сварки углеродистых сталей.

Дуговая сварка низкоуглеродистых сталей не создает проблем технологического характера. Эти стали, содержание углерода в которых не превышает 0,2%,хорошо свариваются независимо от толщины свариваемых элементов, температуры окружающего воздуха, жесткости конструкции в широком диапазоне режимов сварки.

Вместе с тем при выборе сварочных материалов (электродов, проволок, флюсов) учитывают назначение сварного изделия, степень его ответственности. В частности, при ручной сварке электроды типа Э38 применяют для сварки неответственных изделий, а электроды типов Э42 и Э42А — при изготовлении ответственных и особо ответственных изделий. С этой же целью (повышение прочности наплавленного металла и сварных соединений) при сварке изделий из толстых листов (10 мм и более) в неудобных длясварщика положениях, в монтажных условиях, на строительстве применяют электроды типов Э46 и Э46А.

В среднеуглеродистых сталях содержание углерода находится в пределах 0,2 … 0,45%. Эти стали чувствительны к концентрации напряжений, склонны к образованию трещин в угловых швах, в изделиях с большой жесткостью, в первых многослойных швах, при неправильно выбранном тепловом режиме сварки и т. д. В связи с этими особенностями возникает необходимость в дополнительном подогреве среднеуглеродистых сталей при сварке (для листов толщиной до 15 мм достаточна температура подогрева 100 °С, для листов большей толщины — 200°С), в применении электродов, обеспечивающих высокую стойкость металла шва против образования трещин и высокие механические свойства.

В высокоуглеродистой стали содержание углерода составляет 0,46 … 0,7%. Эти стали не применяют всварных конструкциях. Необходимость применения сварки обычно возникает при ремонте и наплавке литых деталей из этого материала. В таких случаях применяют предварительный и сопутствующий подогрев деталей и термическую обработку после сварки.

Процесс сварки металлов не ограничивается расплавлением электрода и оплавлением свариваемых кромок изделия. При сварке также нагревается прилегающая к сварному шву часть свариваемого металла.

Нагрев и охлаждение свариваемого металла вызывают в нем различные превращения, что может проявляться в изменении механических свойств металла (прочности, пластичности и т. п.). При сварке углеродистых сталей эти изменения несущественны. Большое значение эти изменения приобретают при сварке легированных сталей.

Технология сварки легированных сталей должна предусматривать режимы сварки, сварочные материалы и технологические приемы, обеспечивающие получение сварных соединений с заданными свойствами.

4.5.2. Особенности сварки легированных сталей.

Содержание легирующих элементов в низколегированных незакаливающихся сталях не превышают 2,5%, а содержание углерода не превышает 0,22%. В зависимости от легирующих элементов низколегированныестали подразделяют на марганцовистые (09Г2, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 17ГС и др.), хромокремнемарганцовистые (14ХГС и др.), марганцовоазотнованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФпс и др.).

Низколегированные конструкционные незакаливающиеся стали применяют для изготовления сварных судов, корпусов пассажирских вагонов, в гидротехническом строительстве, производстве труб и т. д.

Сварку низколегированных сталей можно выполнять автоматически и полуавтоматически под флюсом, ручным способом, плавящимися электродами.

Ручную сварку таких сталей можно выполнять электродами типов Э42А, Э46А, Э50А. Они обеспечивают временное сопротивление наплавленного металла не ниже, чем у основного металла.

При сварке сталей под флюсом применяют кислые и марганцовистые флюсы ОСЦ-45 и АН-348 и сварочную проволоку Св-08ГА и Св-10Г2.

Режимы сварки незакаливающихся низколегированных конструкционных сталей не отличаются от режимов применяемых при сварке обычных углеродистых сталей.

Ручную сварку элементов значительной толщины выполняют короткими участками каскадным методом.

В сварных конструкциях среди других закаливающихся сталей довольно часто применяют хромистую сталь 40Х, хромомолибденовую сталь ЗОХМА, хромомарганцовистые стали марок 20ХГСА, ЗОХГСА и др.

Ручную сварку этих сталей можно выполнять электродами с покрытием УОНИ-13. При этом, если необходимо, чтобы состав металла сварного шва не отличался от состава основного металла, в качестве стержня выбирают проволоку, содержащую элементы стали основного металла.

Закаливающиеся стали при сварке подкаливаются в околошовной зоне, что может сопровождаться образованием трещин. Поэтому при сварке этих сталей их предварительно подогревают.

Сталь хромансиль в отдельных случаях сваривают с помощью специальных аустенитных электродов.

Хромистые стали используют в сварных изделиях, к которым предъявляются требования высокой прочности и хорошей сопротивляемости коррозии. Если необходимо получить однородные свойства металла шва и околошовной зоны, то стержень электрода (или сварочную проволоку при сварке в среде защитного газа) применяют такого же состава, что и основной металл. После сварки изделия термически обрабатывают (закалка и отпуск).

Если допустима разница в прочности металла шва и околошовной зоны, а основным требованием является антикоррозионная стойкость металла шва, сварку выполняют аустенитными электродами (проволокой) различных марок. После сварки термическая обработка в таких случаях ограничивается высоким отпуском.

Сварку изделий из стали ЗОХГСА в закаленном состоянии выполняют в тех случаях, когда термическая обработка изделия после сварки затруднительна. Прочность таких сварных соединений составляет 85 … 100% прочности основного металла.

Тонколистовую сталь (1,5 … 3 мм) сваривают автома­тически в закаленном состоянии электродной проволокой 20ХМА диаметром 1,5 … 3 мм под флюсом АН-348А намедной или стальной подкладке.

При сварке сосудов внутреннюю поверхность предохраняют от образования окалины поддувом аргона. Сварку выполняют постоянным током при обратной полярности.

Низкоуглеродистые высоколегированные хромоникелевые стали сваривают в среде защитных газов, автоматически под флюсом и ручной дуговой сваркой электродами с покрытием.

При сварке этих сталей применяют сварочную проволоку или стержень электрода с покрытием, по своему составу приближающийся к химическому составу основного металла, но с меньшим содержанием углерода.

Источник