Виды углеродистых сталей и их сварка

Виды углеродистых сталей и их сварка

Самый потребляемый в мире металл – сталь, фактически сталь – это не металл, а сплав железа с углеродом. На данный момент общее количество производимой стали в мире превышает полтора миллиарда тонн в год. Стали подразделяются на углеродистые и легированные, легированные отличаются тем, что в процессе производства в сталь добавляют различные элементы (например никель, для увеличения сопротивления коррозии, марганец для увеличения прочностных характеристик и так далее), придающие ей особые свойства. Углеродистые стали используются чаще всего для сваривания, существуют низкоуглеродистые стали, содержащие менее 0,3 % углерода, они хорошо поддаются любой сварке, среднеуглеродистые с содержанием от 0,3 до 0,6 % поддаются сварочному процессу хуже, зато прочнее, но менее пластичнее, высокоуглеродистые стали самые прочные, но имеют небольшое относительное удлинение, поддаются сварочному процессу хуже всех. Отличаются они по содержанию углерода, а, следовательно, по химическим и физическим свойствам.

Процесс осуществляется по каждой представленной сварочной технологии. Шов получают таким методом, который позволяет соблюсти требуемые параметры соединяемых заготовок. Соединяют стальные детали с низким содержанием углерода и легирующими добавками с учетом некоторых нюансов. Дело в том, что металл соединения и превалирующий металл изделия существенно отличаются. Это касается многих аспектов.

Во-первых, металлический материал для получения сварного шва содержит меньше углерода, а больше кремния и марганца. Во-вторых, зона соединяемых заготовок возле шва перегревается и незначительно упрочняется. В-третьих, многослойный способ соединения деталей не гарантирует, что металл шва не будет очень хрупким.

Без проблем работают с заготовками газовой сваркой. Отличительные характеристики – флюсовый материал не нужен и правый способ нуждается в большем количестве горючего газового элемента. Для сталей, в которых мало углерода, подходит и электродуговой сварочный процесс. Преимущество на стороне таких электродов, покрытие которых содержит железный порошок. Соединения низкоуглеродистых сталей, полученные в соответствии с правилами, высококачественны и надежны.

3 Тонкости сварки среднеуглеродистых сталей

Свариваемость данных сплавов не так хороша, как низкоуглеродистых легированных сталей, так как в них углерод содержится в больших объемах. Отмечаются следующие трудности при сварке среднеуглеродистых материалов: отсутствие равной прочности основного металла и металла шва; высокий риск формирования больших трещин и закалочных непластичных структур в зоне около сварного шва; малый показатель стойкости против появления кристаллизационных дефектов.

Впрочем, все эти проблемы при сварке среднеуглеродистых сплавов разрешить не так уж и сложно. Можно применять сварочные стержни с повышенным коэффициентом наплавки, наплавочную проволоку и особые электроды для углеродистой стали с малым содержанием в них углерода. В этом случае ручная дуговая сварка проходит без затруднений. Также рекомендуется повышать свариваемость деталей посредством:

  • реализации раздельного (в несколько ванн) двухдугового сварочного процесса;
  • изменения структуры металла шва (применение особых режимов разделки кромок, обеспечивающих наименьшую степень проплавления основного металла);
  • подогрева (как сопутствующего, так и предварительного) соединяемых заготовок.

Электродуговая сварка конструкций из среднеуглеродистых легированных сталей в большинстве случаев осуществляется стержнями УОНИ (13/45 и 13/55). Они имеют особое покрытие (фтористо-кальциевое), гарантирующее увеличение стойкости металла шва к появлению трещин (кристаллизационных) и отличную прочность получаемого сварного шва.

Технология дуговой сварки среднеуглеродистых изделий предусматривает такие особенности:

  • из-за риска формирования трещин желательно производить заваривание кратеров, а также выполнять продольные перемещения электрода вместо поперечных;
  • следует накладывать неширокие валики, используя короткую электродугу;
  • рекомендуется выполнять термическую обработку шва после сварки (особенно, когда он по техническому заданию должен иметь повышенную пластичность).

Газовое соединение легированных среднеуглеродистых сплавов осуществляется незначительно науглероживающим или же стандартным пламенем. При этом используется исключительно левый способ, а мощность пламени варьируется в пределах от 75 до 100 кубических дециметров в час. После сварки можно выполнить термообработку либо проковку металла. Эти операции существенно улучшат свойства стали. Если свариваются детали, чья толщина превышает три миллиметра, технология газовой сварки предусматривает необходимость их подогрева примерно до 650 (местный нагрев) или до 350 (общий нагрев) градусов.

Отдельно скажем о том, что возможна сварка среднеуглеродистых конструкций и в условиях пониженной температуры (-30 и менее градусов). В подобных ситуациях применяется особая сварочная технология, которая требует обязательной термообработки изделий после сварки и постоянного подогрева металла (сначала его нагревают предварительно до указанных выше температур, а затем греют в течение всей операции). При соблюдении изложенных требований качество шва будет безупречным.

Чем объясняется сложность процесса сварки углеродистых сталей?

Высокоуглеродистые стали используются для изготовления станин, валов, зубчатых колес и прочих деталей или узлов, работающих в очень сложных условиях. Причем, основной способ производства таких деталей это литье, а основной способ монтажа – сварка.

И если с первой технологической операцией (литьем) нет никаких проблем, то реализация второй (сварки) связана с серьезными затруднениями. Причем, основным источником трудностей является сам конструкционный материал, сопротивляющийся сварочной технологии изо всех сил.

И если не принять особых мер, то сварка углеродистых и низколегированных сталей закончится образованием трещин, как в структуре шва, так и в теле заготовки. Причем трещины, могут появиться и в «горячем» металл и в уже остывшем полуфабрикате.

Склонность к образованию трещин объясняется изменением (под влиянием высокой температуры) формы зерна в поверхностных слоях стыкуемого и присадочного металла, что провоцирует разрушение этих непластичных материалов.

Кроме того, появление трещин провоцирует вредное влияние углерода (усиливаемое присутствием в структуре металла серы и фосфора), препятствующего образованию надежных межкристаллических связей и не позволяющего сформировать прочный шов.

Но если «победить» эти негативные стороны углеродистых сталей, то сварка пройдет безо всяких затруднений.

Классификация углеродистых сталей

Диаграмма — Классификация сталей

Содержание углерода в стали определяет эксплуатационные свойства и характеристики сплава. С увеличением количества углерода повышается прочность и твердость сплава за счет снижения вязкости и пластичности. По данному признаку углеродистые стали делят на три группы:

  • Низкоуглеродистые стали – содержание углерода в сплаве не превышает 0,25 %, что обеспечивает пластичность и простоту обработки материала.
  • Среднеуглеродистые стали – содержание углерода не превышает 0,6 %. Подобные сплавы характеризуются высокой прочностью и достаточно хорошими показателями пластичности и текучести.
  • Высокоуглеродистые стали – содержание углерода не превышает 2,14 %, что обеспечивает высокую прочность сплава. Степень свариваемости углеродистых сталей зависит от количества углерода в сплаве. С ростом количества углерода повышается склонность к образованию закалочных структур и появлению трещин в зоне термического воздействия.

Подготовительные процедуры

Способ подготовке к сварочным работам зависит от типа углеродистой стали. Марки с низким содержанием углерода не требуют предварительного прогрева поверхности. Единственное исключение составляет сварка угловых швов толстолистового металла, а также выполнение многопроходных стыковых соединений при проведении работ в условиях низких температур. Для подготовки кромок можно использовать газовую или плазменную резку с последующей абразивной обработкой поверхностей для удаления следов термической обработки.

Сварку средне- и высокоуглеродистых сталей рекомендуется проводить с предварительным подогревом поверхности. Степень термического воздействия подбирается исходя из требований нормативных документов. При необходимости рабочую температуру можно вычислить самостоятельно, основываясь на углеродном эквиваленте стали и толщине свариваемых заготовок. В отдельных случаях может потребоваться сопутствующий нагрев для замедления скорости остывания сварочного соединения.

Читайте также  Как снять хром с пластика

Способы сварки углеродистых сталей

Ввиду широкого распространения углеродистой стали специалистами было разработано множество способ сварки данного сплава. Для получения неразъемного сварного соединения можно использовать следующие технологии:

  1. Ручную дуговую сварку углеродистых сталей штучными электродами. Наиболее часто используемая технология. При работе с низкоуглеродистыми сортами, благодаря высокой практичности, допускается вести работу на максимально допустимых режимах. Марку электрода и тип покрытия подбирают исходя из химического состава материала и условий эксплуатации свариваемых изделий. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода необходимо ограничивать количество основного материала в металле шва путем снижения сварочного тока. В качестве присадочного материала используют электроды с легирующими добавками и пониженным содержанием углерода, отличающиеся высоким коэффициентом наплавки.
  2. Газовую сварку углеродистой стали. При работе с низкоуглеродистыми сортами стали используют нормальное пламя. Потребность в подготовке кромок определяется толщиной заготовки. При сварке тонколистовых конструкций использование флюсов не требуется. Для работы со среднеуглеродистыми сортами стали используют присадочные материалы с пониженным содержанием углерода. Применение пламени с избытком ацетилена поможет снизить окислительные процессы в сварочной ванне. Во избежание образования хрупких структур в зоне термического воздействия производят замедление охлаждения или последующий отпуск.
  3. Автоматическую сварку под флюсом – применяют преимущественно при работе с низкоуглеродистыми материалами. Использование плавленых оксидных флюсов, а также марганцовой или малоуглеродистой электродной проволоки обеспечивает хорошее раскисление металла зоны расплава, что позволяет получать надежные сварные соединения. Сварку сталей с высоким содержанием углерода не получила широкого распространения ввиду низкой производительности работ.
  4. Полуавтоматическую сварку углеродистых сталей в среде защитного газа – проводят с предварительной подготовкой и зачисткой кромок. Работы выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для защиты зоны расплава от негативного воздействия окружающей среды обычно используют углекислый газ. При сварке тонколистовых конструкций необходимо использовать медные или керамические подкладки – они позволяют получить качественный обратный валик без дополнительной абразивной обработки поверхности.
  5. Аргонодуговую сварку углеродистой стали неплавящимся электродам. Данную технологию широко применяют для сварных соединений, к качеству которых предъявляют строгие требования. Соединение заготовок осуществляется с использованием присадочных прутков с повышенным содержанием кремния, который снижает коэффициент поверхностного натяжения сварочной ванны, снижая вероятность образования пор. Кроме того, при комбинированном многопроходном соединении толстостенных конструкций аргонодуговую сварку используют для получения корневого слоя.

Материалы для сварки углеродистых сталей

Выбор присадочного материала, независимо от режима сварки, напрямую влияет на качество будущего соединения. Для достижения хороших результатов рекомендуется использовать материалы с низким содержанием углерода – это позволит снизить вероятность образования дефектов сварочного соединения. Рассмотрим особенности наиболее популярных электродов, прутков и сварочных проволок, используемых для сварки углеродистых сталей:

  • OK 46.00 – уникальные электроды с рутилово-целлюлозным покрытием, которые можно использовать при работе во всех пространственных положениях. Они демонстрируют отличные технологические характеристики как на постоянном, так и на переменном токе. Электроды не требовательны к качеству подготовки поверхности, что делает их идеальным присадочным материалом для сварки металлоконструкций промышленных предприятий.
  • МР-3 – универсальные электроды с рутиловым покрытием, которые можно использовать при сварке на постоянном и переменном токе. В отличие от других электродов с рутиловым покрытием, МР-3 подходит для сварки на форсированных режимах, что увеличивает производительность работ.
  • АНО-21 – электроды с рутилово-целлюлозным покрытием, которые характеризуются легким розжигом дуги и хорошей отделимостью шлаковой корки. Работы осуществляются на постоянном токе любой полярности.
  • АНО-4 – универсальные рутиловые электроды, предназначенные для сварки конструкций из низкоуглеродистой стали в любом пространственном положении. Флюсовое покрытие обеспечивает хорошее формирование сварочного шва, а также предотвращают образование пор и горячих трещин.
  • УОНИ 13/55 – электроды с основным покрытием, предназначенные для сварки ответственных конструкций из углеродистой стали. Сварочное соединение характеризуется хорошими показателями пластичности и ударной вязкости даже при эксплуатации в условиях низких температур.
  • Св-08Г2С – омедненная проволока, предназначенная для сварки углеродистых сталей в режиме MIG/MAG. Наплавленный материал характеризуется высокой устойчивостью к образованию пор и подходит для выполнения многопроходных сварочных соединений.
  • OK Tigrod 12.60 – прутки с омедненным покрытием, предназначенные для аргонодуговой сварки углеродистых сталей. В качестве легирующих материалов используют марганец и кремний, которые обеспечивают высокую устойчивость сварочного соединения к образованию пор, трещин и других дефектов.

Где заказать оборудование для сварки углеродистой стали

Если вам необходимо приобрести оборудование для сварки углеродистой стали или других материалов, обращайтесь в компанию ООО «Сварка ЭС». Партнерские отношения с ведущими производителями сварочного оборудования и расходных материалов позволяют предлагать продукцию на самых выгодных условиях. При необходимости технические специалисты помогут с подбором товара, исходя из запросов клиента и особенностей планируемых работ. Чтобы получить бесплатную консультацию, позвоните на номер 8-800-777-00-45 или заполните форму обратной связи.

Спокойные стали содержат не менее 0,12% кремния (Si). Получают раскислением стали кремнием, марганцем, алюминием. Имеют равномерное распределение серы и фосфора. Спокойные стали менее отзывчивы на нагрев и менее склонны к старению.

Этот тип стали имеет средние характеристики между спокойными и кипящими. Производят углеродистые стали обыкновенного качества трех групп.

Стали группы А не используют для сварки, поставляют по их механическим свойствам. Букву «А» в обозначение стали не ставят, например «Ст2».

Стали группы Б и В поставляют по их химическим свойствам, химическим и механическим соответственно. В начало обозначения стали ставят букву группы, например БСт2, ВСт3.

Полуспокойные стали марок 3 и 5 могут поставляться с повышенным содержанием марганца. В таких сталях после обозначения марки ставят букву Г (например, БСт3Гпс).

Для изготовления ответственных конструкций следует использовать обыкновенные стали группы В. Изготовление сварочных конструкций из низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества не требует применения термической обработки.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали — достаточно хорошей, при этом всеми видами сварки. Главное чтобы было высокое качество всего шва по всей длине соединения. Хорошо свариваются разными методами дуговой сварки, но при этом увеличивается металлоемкость и масса детали. Поэтому нужно повысить прочностные свойства, в сталь добавляют легирующие элементы, укрепляющие расплав и повышающие химические соединения.

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали когда шов быстро охлаждается, это увеличивает его прочность, но снижаются пластичные свойства. Значимость скорости охлаждения в основном бывает при дуговой сварке. Качества сварного соединения зависят как от свойств металла шва, так и свойств металла зоне сварного шва.

ytrssenabled_meta_value: no

  • ytremove_meta_value: no
  • ytad1meta: enabled
  • ytad2meta: enabled
  • ytad3meta: enabled
  • ytad4meta: enabled
  • ytad5meta: enabled
  • template_meta: no
  • post_views_count: 1187
  • vote-total: 2
  • vote-rating: 8
  • custom_post_template: single.php
  • —>

    Оставьте свой комментарий Отменить ответ

    Газопрессовая сварка относится к типу сварки давлением, при которой соединяемые…

    Сварка конструкционной стали

    Конструкционная сталь используется куда чаще, чем инструментальная. Из нее изготавливают все: от мелких деталей до заводских станков. Именно к данной категории относится сварка 40х стали, стали 30хгса, стали 35хгса и прочих других марок.

    Читайте также  Закалка топора

    Что из себя представляет конструкционная сталь? По составу это очень интересный металл. Он состоит из различных примесей, в частности фосфора и серы. Чем этих компонентов больше в составе, тем ненадежнее будет сталь, так что нужно следить за этим показателем. Конструкционная сталь может быть обыкновенной, качественной, высококачественной и особо высококачественной.

    Как вы понимаете, последний тип конструкционной стали содержит минимум примесей, за счет чего удается получить по-настоящему качественный и прочный металл. Ну а в обычной конструкционной стали примесей больше всего, она считается самой недолговечной. Кстати, у этой классификации есть еще отдельные подгруппы (они отличаются по наличию в составе некоторых дополнительных химических компонентов). Но мы не будем подробно расписывать классификацию, чтобы не запутать вас.

    Именно из-за возможной хрупкости конструкционной стали из нее чаще всего изготавливают изделия, которые не будут подвергаться серьезным механическим нагрузкам в процессе работы. Теперь перейдем к теме, как выполняется сварка изделий из конструкционной стали, например, сварка стальных труб.

    Для начала нужно прокалить заготовку в печи. Так вы добьетесь большей пластичности металла и устраните его чрезмерное напряжение. Как и в предыдущем случае, рекомендуем использовать инвертор и электроды с покрытием. Для наших целей отлично подойдут стержни марки УОНИ 13/55. Их можно легко найти в любом магазине, они стоят недорого и с их помощью возможна даже сварка стальных трубопроводов, не говоря о более мелких изделиях.

    Использование

    Высокоуглеродистая сталь марок 55, 60, 70 характеризуются высокой твердостью, прочностью, поэтому пригодны для изготовления:

    • Высокопрочной проволоки.
    • Стальной дроби, использующейся для абразивной обработки материалов (рубленой, литой, колотой).
    • Тросов.
    • Штоков.
    • Пружин.
    • Режущих инструментов.
    • Деталей землеройных и сельскохозяйственных машин.

    Углеродистая качественная конструкционная сталь 15, 35, 45, 50 используется для деталей с последующей цементацией, чтобы повысить твердость, износоустойчивость деталей:

    • Валов.
    • Зубчатых колес.
    • Осей.
    • Гаек.
    • Болтов.
    • Напильников.

    Прочие детали, в процессе эксплуатации испытывающие трение.

    Марки ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ, имеющие легирующую добавку хрома, используют для изготовления подшипников.

    Инструментальную сталь повышенного качества широко применяют при производстве металлообрабатывающих инструментов особой твердости: резцов, зенковок, сверл.

    Информацию по всем углеродистым металлам можно найти в различных ГОСТ. Как правило, в первую очередь специалисты обращаются к стандартам № 1050 от 1988 и № 380 от 2005 годов, в которых по отдельным позициям есть сноски на иные нормативные документы.

    Практические советы.

    Для достижения наиболее оптимального результата и получения качественного соединения нужно использовать специальные методы в сварочной технологии, к примеру, специальную термообработку, основанную на отжиге и нормализации. Перед самим процессом сварки требуется зачистить от загрязнений торцы кромок и околошовную область. Очистка может выполняться различными способами и материалами. Чаще всего используется механический вид очистки — напильниками, твердыми абразивами, ручными машинками, щетками с металлической основой. Все более широкое применение сейчас получают шлифовальные круги, выполненные из армированных материалов.