Главная > Стены > Особенности сварки среднеуглеродистых сталей покрытыми электродами. Особенности сварки различных видов сталей

Особенности сварки среднеуглеродистых сталей покрытыми электродами. Особенности сварки различных видов сталей

Сварка углеродистой стали 45 обладает некоторыми особенностями, сопровождается с определенными трудностями, обусловленными тем, что главным легирующим компонентом в ней является углерод.

Стали, в составе которых углерод составляет 0,1-2,07 процента, относятся к углеродистым. Сплавы с содержанием этого химического элемента в пределах 0,6-2,07 процента считаются высокоуглеродистыми, с вместимостью углерода от 0,25 до 0,6 процентов – среднеуглеродистыми, если же в сплаве углерода меньше, чем 0,25 процентов – низкоуглеродистые.

Сварка углеродистых сталей для каждой из выше перечисленных категорий отличается по технологии ее выполнения. Но присутствуют и общие требования, которые необходимо соблюдать в процессе проведения сварочных работ:

При использовании полуавтоматической сварки с порошковой проволокой, газосварки, сварки в защитной среде и сваривании заготовок вручную покрытыми электродами сварные швы чаще всего выполняются на весу.
При использовании автоматической сварки нужно выбирать методики сваривания, обеспечивающие необходимый провар корня шва, а также исключающие прожог материала.
Свариваемые конструкции для надежной фиксации входящих в них элементов, рекомендуется собирать при помощи специализированных прихваток, разных приспособлений для сборки. Прихватки обычно используются для полуавтоматической сварки в углекислой защитной среде, а для углеродистых легированных сталей с применением покрытых электродов.

Для различных технологий сварки присутствуют индивидуальные стандарты, обозначающие требования к размерам сварных швов, процедуре подготовки кромок свариваемых изделий.

Особенности сваривания изделий из высоколегированных сталей

Сварка высоколегированных сталей отличается от сварки низкоуглеродистых сталей более высоким коэффициентом линейного расширения (превышает в 1,5 раза), и более низким коэффициентом теплопроводности (при высоких температурах меньше практически в 2 раза).

Повышенный коэффициент расширения в процессе выполнения сварочных работ приводит к значительным деформациям свариваемых образцов, при большой жесткости изделий к образованию трещин (крупные заготовки, большая толщина металла, жесткое закрепление свариваемых элементов, отсутствие между ними зазоров).

Низкий коэффициент теплопроводности в процессе сварочных работ приводит к концентрации тепла, соответственно увеличивается глубина проплавления металла. Чтобы этого избежать, необходимо уменьшать значение сварочного тока приблизительно на 15 процентов (+/-5%).

Образование трещин

Стали, легированные алюминием в отличие от низкоуглеродистых больше склонны к трещинообразованию. Чаще всего горячие трещины образуются в аустенитных сталях, холодные трещины – в закаленных мартенситных, мартенситно-ферритных сталях. Присутствие по границам зерен сетки эвтектики делает сварные швы хрупкими.

Материалы устойчивые к коррозии, легированные ванадием, не имеющие в составе ниобий, титан, в случае их нагревания более 500° теряют свои антикоррозионные качества. Это происходит в результате выпадения железа, карбидов хрома.

Термообработка

При помощи термической обработки (обычно осуществляется закаливание) антикоррозионные характеристики металла можно возобновить. При нагревании изделия до температуры 850 градусов, выпавшие карбиды хрома снова растворяются в аустените, при мгновенном охлаждении они уже не выделяются. Подобная термообработка называется стабилизацией, но она приводит к снижению значения вязкости, пластичности стали.

Для обеспечения высокой вязкости, коррозионной стойкости, пластичности материала, нужно его разогреть до 1000-1150 градусов, мгновенно закалить (охладить в воде).

Особенности технологии сварки трением с применением перемешивания

Технологический процесс сварки трением с перемешиванием подразумевает нагревание соединяемых деталей трением (один из свариваемых элементов находится в движении).

Принцип действия

Сваривание деталей из арматурной стали трением предполагает сварочные работы, в процессе которых механическая энергия одного из свариваемых элементов, который постоянно перемещается (вращается), преобразуется в тепловую. Обычно вращается или одна из свариваемых деталей, или вставка между ними. Соединяемые таким образом металлические заготовки одновременно между собой прижимаются под установленным или постепенно повышающимся давлением. Нагревание в данном случае осуществляется непосредственно на участке сваривания.

Основные стадии процесса сварки трением

Разрушение при помощи трения окисных пленок, их удаление.
Нагрев кромок свариваемых деталей до пластичного состояния, разрушение временного контакта.
Выдавливание самых пластичных объемов стали из стыка.
Остановка движения (вращения) свариваемого элемента, формирование монолитного соединения.

По завершению процедуры сваривания заготовок из арматурной стали происходит осадка, мгновенное прекращение движения (вращения) соединяемого изделия. Контактные поверхности деталей в сварочной зоне в процессе увеличения частоты вращения, под сжимающим давлением между собой притираются.

Контактные, жировые пленки на соединяемых изделиях разрушаются. После этого граничное трение преобразуется в сухое. Начинают контактировать между собой отдельные микровыступы, соответственно происходит из деформация. Образуются ювенильные зоны, в которых поверхностные атомы не имеют насыщенной связи – между ними мгновенно формируются металлические связи, которые мгновенно разрушаются благодаря относительному движению поверхностей.

Вывод

Учитывая сложность технологического процесса сваривания конструкций из высоколегированных сталей, сварочные работы должны производить только профессиональные сварщики.

Наличие углерода в составе сталей этого вида увеличивает возможности отпуска и закалки, отчего материал приобретает лучшую износостойкость и твердость. Такие свойства позволяют изготавливать осевые валы, звездочки, станины оборудования, зубчатые колеса и другие элементы, в которых важны такие параметры. Но часто сварка является единственным методом производства деталей и их ремонта.

Эта технология в отношении углеродистых сталей имеет некоторые проблемы, поскольку в материале есть углерод. Он обуславливает возможность появления трещин как в самом шве, так и в околошовной зоне, а также непластичных образований. Углерод отрицательно влияет на устойчивость шва, этому же способствует вредные примеси материала – сера и фосфор. Сегодня принято рассматривать эту процедуру отдельно для каждой группы материала: технология сварки среднеуглеродистых сталей, высокоуглеродистых и низкоуглеродистых.

Основные проблемы и методы их решения

Сформировано понятие «критическое содержание углерода в сварном шве». Количественные показатели зависят от следующих параметров:

особенности узловой конструкции;
конфигурация сварного шва;
наличие в сварном шве химических элементов;
предварительное прогревание зоны будущего сварного шва.

Методики купирования рисков образования трещин рассматривают следующие действия:

лимитирование химических элементов, которые увеличивают риски образования трещин;
уменьшение напряжений, которые способствуют образованию дефектов;
в процессе сварки формируют максимально однородный шов оптимизированной формы с нормальным составом.

Непластичные структуры, которым также свойственно образование в процессе сварки углеродистых сталей, увеличивают риски образования трещин при нагрузках. Риски их появления решаются с помощью исключения факторов, которые способствуют их образованию.

Обязательно следует очищать перед проведением сварочных работ изделия из углеродистой стали от ржавчины, окалины, грязи, масляных включений и других посторонних веществ. Очистке подлежит зона работ и не менее 10 миллиметров околошовного участка. Эти элементы могут быть источниками водорода, что станет причиной образования трещин и пор в шве. Так формируется плавный переход и прочность конструкции к нагрузкам.

Особенности сварки сталей

Особенности сварки углеродистых сталей принято рассматривать по группам материала:

Подбор электродов

При выполнении сварки углеродистых сталей необходимо учитывать не только характеристики того или иного материала, но и его взаимодействие с электродами различных типов. Последние имеют самые различные свойства, и работа с ними регламентирована различными требованиями. Важно правильно подобрать электрод, адекватный марке стали. Поскольку углеродистых сталей существует более 2 тысяч марок, то и электродов для них производится большое количество. Есть электроды для сварки низкоуглеродистых сталей и высокоуглеродистых железных сплавов и так далее. Делая выбор, следует пользоваться такими критериями:

выбирать электроды, предназначенные только для углеродистых сталей;
выбирать изделия, способствующие снижению содержания водорода;
лучше, если изделие характеризует хорошее повторное зажигание дуги;
электрод должен обеспечивать минимальное разбрызгивание жидкого металла.

Соблюдая эти правила, вы формируете гарантировано оптимальный результат сварочных работ на углеродистых сталях.

Введение

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Свариваются корпуса гигантских супертанкеров и сетчатка человеческого глаза, миниатюрные детали полупроводниковых приборов и кости человека при хирургических операциях. Многие конструкции современных машин и сооружений, например, космические ракеты, подводные лодки, газопроводы и нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сегодня сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Это титановые, ниобиевые и бериллиевые сплавы, молибден, вольфрам, композиционные высокопрочные материалы, керамика, а также всевозможные сочетания разнородных материалов. Свариваются детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме, при повышенной радиации, в невесомости. Недаром сварка стала вторым после сборки технологическим процессом, впервые в мире опробованным нашими космонавтами в космосе.

Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка, как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений, находит широкое применение при изготовлении металлургического, кузнечнопрессового, химического и энергетического оборудования, различных трубопроводов, в сельскохозяйственном и тракторном машиностроении, в производстве строительных и других конструкций.

Краткие сведения об углеродистых сталях

Углеродистые стали - это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода (С) при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются. Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Углеродистые стали можно классифицировать по нескольким параметрам:

1) По качеству.

2) По способу раскисления.

По качеству

Стали обыкновенного качества

Изготавливаются по ГОСТ 380-71. Обозначают буквами Ст и условными номерами от 0 до 6, например: Ст 0, Ст 1, ..., Ст 6. Степень раскисления обозначают буквами сп (спокойная сталь), пс (полуспокойная), кп (кипящая), которые ставят в конце обозначения марки стали.

В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А, Б и В. В марках указывают только группы Б и В, группу А не указывают.

Группа А поставляются только по механическим свойствам, химический состав сталей этой группы не регламентируется, он только указывается в сертификатах завода-изготовителя. Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше ее прочность и меньше пластичность.

Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше содержание углерода. Эти стали в дальнейшем могут подвергаться деформации (ковке, штамповке и др.), а в отдельных случаях и термической обработке. При этом их первоначальная структура и механические свойства не сохраняются. Знание химического состава стали позволяет определить температурный режим горячей обработки давлением и термообработки.

Группа В могут подвергаться сварке. Их поставляют с гарантированным химическим составом и гарантированными свойствами. Стали этой группы маркируются буквой В и цифрой, например - В СтЗпс. Эта сталь имеет механические свойства, соответствующие ее номеру по группе А, а химический состав - номеру по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

Качественные углеродистые стали

Этот класс углеродистых сталей изготавливается по ГОСТ 1050-74. Качественные стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %).

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15, ..., 85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента с указанием степени раскисленности (кп, пс).

Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). При обозначении последних в конце марки ставится буква Г, например, 60 Г. Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисленности: кп, пс. В случае спокойной стали степень раскисленности не указывается.

низкоуглеродистые (до 0,25 % С).

среднеуглеродистые (0,3-0,55 % С).

высокоуглеродистые (0,6-0,85 % С).

Для изделий ответственного назначения применяют высококачественные стали с еще более низким содержанием серы и фосфора. Низкое содержание вредных примесей в высококачественных сталях дополнительно удорожает и усложняет их производство. Поэтому обычно высококачественными сталями бывают не углеродистые, а легированные стали. При обозначении высококачественных сталей в конце марки добавляется буква А, например сталь У10А.

Углеродистые стали, содержащие 0,7-1,3 % С, используют для изготовления ударного и режущего инструмента. Их маркируют У7, У13, где У означает углеродистую сталь, а цифра - содержание углерода в десятых долях процента.

По способу раскисления

Полуспокойные

Спокойные

Содержит 0,15-0,35% кремния, раскисляется кремнием, марганцем.

Свариваемость углеродистых сталей

Малоуглеродистые стали отличаются хорошей свариваемостью. Снижать свариваемость могут вредные примеси, если содержание их превышает норму.

Вредные примеси могут ухудшать свариваемость даже и при среднем содержании, не выходящем из нормы, если они образуют местные скопления, например, вследствие ликвации. Вредными для сварки элементами в малоуглеродистой стали могут являться углерод, фосфор и сера, причём последняя особенно склонна к ликвации с образованием местных скоплений.

Отрицательное влияние на свариваемость может оказывать также засорённость металла газами и неметаллическими включениями. Засорённость металла вредными примесями зависит от способа его производства и о ней частично можно судить по маркировке металла. Сталь повышенного качества сваривается лучше, чем сталь обычного качества соответствующей марки; сталь мартеновская лучше, чем сталь бессемеровская, а сталь мартеновская спокойная лучше, чем кипящая. При изготовлении ответственных сварных изделий указанные отличия в свариваемости малоуглеродистых сталей должны обязательно приниматься во внимание и учитываться при выборе марки основного металла.

Углеродистые стали, содержащие углерода более 0,25%, обладают пониженной свариваемостью по сравнению с малоуглеродистыми, причём свариваемость постепенно снижается по мере повышения содержания углерода. Стали с повышенным содержанием углерода легко закаливаются, что ведёт к получению твёрдых хрупких закалочных структур в зоне сварки и может сопровождаться образованием трещин. С повышением содержания углерода растёт склонность металла к перегреву в зоне сварки. Увеличенное содержание углерода усиливает процесс его выгорания с образованием газообразной окиси углерода, вызывающей вскипание ванны и могущей приводить к значительной пористости наплавленного металла.

При содержании углерода свыше 0,4-0,5% сварка стали становится одной из сложнейших задач сварочной техники. Углеродистые стали вообще обладают пониженной свариваемостью и, если это возможно, рекомендуется заменять их низколегированными конструкционными сталями, которые дают ту же прочность при значительно меньшем содержании углерода за счёт других легирующих элементов. При сварке углеродистых сталей плавлением обычно не придерживаются соответствия химического состава присадочного и основного металла, стремясь получить наплавленный металл равнопрочным с основным за счёт легирования марганцем, кремнием и др. при сниженном содержании углерода.

Сварка углеродистых сталей часто выполняется с предварительным подогревом и последующей термообработкой, причём, если возможно, во многих случаях стремятся совместить термообработку с процессом сварки, например, при газовой сварке мелких деталей, при газопрессовой сварке, при точечной и стыковой контактной сварке и т. д.

Большинство низколегированных конструкционных сталей обладает удовлетворительной свариваемостью. Ввиду возросшего значения сварки новые марки конструкционных низколегированных сталей, как правило, выпускаются с удовлетворительной свариваемостью.

Выполнение такого технологического процесса, как , связано с определенными сложностями и отличается рядом особенностей. Главная причина подобной ситуации состоит в том, что основным элементом, формирующим характеристики углеродистых сталей и, соответственно, оказывающим влияние на их свариваемость, является углерод.

Особенности сварки изделий из углеродистых стальных сплавов

Углеродистыми, как известно, называют такие стальные сплавы, содержание углерода в которых может варьироваться в пределах 0,1–2,07%. В зависимости от того, сколько углерода в своем составе содержат такие сплавы, они подразделяются на низко- (до 0,25%), средне- (0,25–0,6%), а также высокоуглеродистые (0,6–2,07%). Сварка низкоуглеродистых сталей, также как среднеуглеродистых и высокоуглеродистых, отличается определенными особенностями. Однако есть и общие правила осуществления такого процесса, которые позволяют получать качественные и надежные соединения изделий из углеродистых сталей.

Чтобы обеспечить хорошую провариваемость корня шва при выполнении стыковых сварных соединений деталей, изготовленных из углеродистых сталей, данный процесс выполняют, держа соединяемые изделия на весу. Этой рекомендации стараются придерживаться при выполнении порошковой и обычной проволокой, а также при осуществлении газовой и ручной дуговой сварки, осуществляемой при помощи покрытых углеродов. При использовании для выполнения сварки углеродистых сталей автоматического оборудования стараются создать условия для обеспечения провариваемости корня шва и исключения такого явления, как прожоги металла.

Перед началом сварки изделий, изготовленных из углеродистых сталей, их необходимо точно расположить относительно друг друга и надежно зафиксировать, для чего лучше всего использовать специальные сборочные приспособления. При отсутствии такого приспособления обеспечить фиксацию можно при помощи прихваток. Прихватки, суммарная длина которых может доходить до трети длины самого сварного шва, желательно накладывать со стороны соединения деталей, являющейся противоположной по отношению к шву. Если же предстоит выполнение многопроходного сварного шва, то прихватки накладывают с той стороны соединения, которая является противоположной по отношению к его первому слою.

После выполнения прихваток их тщательно зачищают, осматривают и исправляют их дефекты, если они обнаружены. При выполнении сварки углеродистых сталей необходимо добиваться полной переплавки прихваток, которые в противном случае могут стать очагом возникновения трещин в месте сваривания.

Технологию многослойной или двухсторонней сварки углеродистых сталей выбирают, если формируемое соединение должно соответствовать повышенным требованиям по своей прочности и надежности, или соединить необходимо детали значительной толщины. Если при осмотре сформированного сварного шва обнаруживаются дефекты (трещины, поры, подрезы, плохо проваренные участки и др.), то для их устранения необходимо предпринять следующие действия:

удалить наплавленный металл в области обнаружения дефекта;
зачистить область дефекта;
подварить шов в зачищенной зоне.

Особенность выполнения электрошлаковой и автоматической сварки деталей из углеродистых сталей заключается в том, что соединяемые изделия фиксируют с зазором, который должен иметь некоторое расширение к концу. Для осуществления такой фиксации используют сборочные приспособления или специальные скобы. Для того чтобы обеспечить высокое качество начальной и конечной области сварного шва при использовании вышеуказанных технологий, сварочный процесс начинают не на самих деталях, а на специальных планках, фиксируемых вместе с ними.

Сварка изделий из низкоуглеродистых стальных сплавов

Сварка сталей, относящихся к категории низкоуглеродистых, не составляет больших сложностей для специалиста; для этого может быть использована любая из традиционных технологий. Выбор конкретной методики получения сварного соединения осуществляют, ориентируясь на параметры свариваемых деталей и требования, которые предъявляются к готовому соединению.

Особенность сварки низкоуглеродистых сталей, в составе которых дополнительно имеются легирующие добавки, состоит в том, что основной металл и металл соединения имеют ряд отличий, к которым относятся следующие:

металл сварного шва характеризуется уменьшенным содержанием углерода, а вот доля марганца и кремния в нем повышена;
металл соединяемых деталей в области, расположенной рядом со сварным швом, подвергается перегреву, что сопровождается его незначительным упрочнением; такая ситуация особенно характерна для тех случаев, когда используется сварка по ручной дуговой технологии;
при сварке деталей, которые выполнены из нестареющих легированных сталей, наблюдается снижение ударной вязкости основного металла в области, расположенной в непосредственной близости со сварным швом;
при выполнении сварки многослойным методом металл шва может отличаться повышенной хрупкостью.

Сварные соединения изделий, изготовленных из углеродистых сталей с небольшим содержанием углерода, если они выполнены с соблюдением всех необходимых требований, отличаются высоким качеством и надежностью.

Изделий из углеродистых сталей, в составе которых содержится до 0,25% углерода, также не вызывает особых сложностей. При выполнении сварки по данной технологии не требуется использование флюса, а ее особенностью является то, что при ее осуществлении правым способом расходуется большее количество горючего газа.

Изделия из углеродистых сталей, в составе которых содержится небольшое количество углерода, отлично свариваются и при использовании электродуговой технологии. Типами , которые оптимально подходят для практической реализации данного метода, являются рутиловое (Э46Т) и кальциево-фтористорутиловое (Э42А). Кроме этого, многие специалисты-сварщики используют для сварки деталей из углеродистых стальных сплавов такой категории электроды, в покрытие которых добавлено некоторое количество железного порошка.

Для сваривания деталей из низкоуглеродистых сталей при помощи электрошлаковой сварки используют следующие марки флюсов: АН-8, АН-8М, АН-22, ФЦ-1 и ФЦ-7. Тип сварочной проволоки традиционно подбирают в зависимости от того, каким химическим составом обладает материал изготовления элементов, которые необходимо соединить.

Как выполняют сварку деталей из среднеуглеродистой стали

По причине того, что углерода в таких сталях содержится больше, чем в низкоуглеродистых, свариваются они несколько хуже. При сварке изделий из углеродистых сплавов данной категории могут возникать следующие проблемы:

основной металл и металл сварного шва могут иметь разную степень прочности;
в металле, расположенном в непосредственной близости от шва, могут возникать трещины и формироваться структуры, отличающиеся низкой пластичностью;
металл сварного шва и основной металл, расположенный рядом с местом соединения, отличаются невысокой устойчивостью к появлению в них кристаллизационных дефектов.

Для того чтобы избежать подобных проблем при сварке углеродистых сталей с повышенным содержанием углерода, можно воспользоваться следующими технологическими приемами:

использование электродов, в составе которых содержится незначительное количество углерода;
выполнение сварки по двухдуговой технологии, когда сварной шов формируется одновременно в нескольких ваннах расплавленного металла;
разделка кромок соединяемых изделий таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное проплавление основного металла;
предварительный и сопутствующий подогрев соединяемых частей.

Что касается деталей, изготовленных из , то при ее выполнении следует придерживаться таких рекомендаций:

использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием (УОНИ 13/45 и 13/55), которые не только увеличивают прочность сварного шва, но и повышают его устойчивость к образованию кристаллизационных трещин;
минимизировать риск появления трещин в области сварного соединения позволяют и такие технологические приемы, как осуществление продольных, а не поперечных перемещений электрода в процессе выполнения сварки, обязательно заваривание кратеров сформированного сварного шва;
при выполнении сварки необходимо использовать короткую дугу и накладывать шов в виде нешироких валиков;
чтобы повысить пластичность сформированного сварного шва, можно использовать термическую обработку полученного соединения.

Осуществляя газовую сварку изделий, изготовленных их , преимущественно используют левый способ и применяют стандартное или науглероживающее пламя, мощность которого находится в пределах 75–100 дм 3 /час. Чтобы улучшить качество полученного таким способом сварного соединения, после его получения можно подвергнуть детали термической обработке или выполнить их проковку. При необходимости выполнения газовой сварки деталей, толщина которых превышает 3 мм, их необходимо подвергнуть общему (до 3500) или локальному подогреву (до 6500).

Сварку деталей, изготовленных из углеродистых сталей данной категории, можно выполнять и при достаточно низких температурах окружающей среды: до –300. Чтобы сформированное соединение при его получении в таких условиях отличалось высоким качеством и надежностью, сваренную конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке и обеспечить постоянный прогрев зоны сварки в процессе осуществления технологической операции.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа и углерода с незначительным содержанием кремния, марганца, фосфора и серы. В углеродистой стали, в отличие от нержавеющей, отсутствуют легирующие элементы (молибден, хром, марганец, никель, вольфрам) Свойства углеродистой стали сильно изменяются в зависимости от незначительного изменения содержания углерода. С ростом содержания углерода растут твердость и прочность стали, а ударная вязкость и пластичность снижаются. При содержании углерода более 2,14% сплав называется чугуном.

Классификация углеродистых сталей

низкоуглеродистую (с содержанием углерода до 0,25%)
среднеуглеродистую (с содержанием углерода 0,25 - 0,6%)
высокоуглеродистую (с содержанием углерода 0,6 - 2,0%)

По способу производства различают сталь:

1. Обыкновенного качества (углерода до 0,6%) кипящую, полуспокойную, спокойную

Существует 3 группы сталей обыкновенного качества:

Группа А. Поставляется по механическим свойствам без регламентации состава сталей. Стали эти обычно используются в изделиях без последующей обработки давлением и сваркой. Чем больше число условного номера, тем выше прочность и меньше пластичность стали.
Группа Б. Поставляется с гарантией химического состава. Чем больше число условного номера, тем выше содержание углерода. В дальнейшем могут обрабатываться ковкой, штамповкой, температурным воздействием без сохранения начальной структуры и механических свойств.
Группа В. Могут свариваться. Поставляются с гарантией состава и свойств. Эта группа сталей имеет механические свойства в соответствии с номерами по группе А, а химический состав – с номерами по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

2. Высококачественную с содержанием серы до 0,030 % и фосфора до 0,035%. Сталь имеет повышенную чистоту и обозначается буквой А после марки стали

По назначению стали могут быть:

строительные
машиностроительные (конструкционные)
инструментальные
стали с особыми физическими свойствами

Сварка низкоуглеродистых сталей

Такие стали хорошо свариваются. Чтобы правильно выбрать электроды нужного типа и марки, необходимо учитывать следующие требования:

Равнопрочное сварочное соединение с основным металлом
Бездефектный сварной шов
Оптимальный химический состав шовного металла
Устойчивость сварных соединений при вибрационных и ударных нагрузках, повышенных и пониженных температурах

Для сварка низкоуглеродистых сталей используются электроды марок ОММ-5,СМ – 5, ЦМ – 7, КПЗ-32Р, ОМА – 2, УОНИ – 13/45, СМ – 11

Сварка углеродистых сталей

Углерод увеличивает возможность закалки стали. Сталь с содержанием углерода (0,25–0,55%) подвержена закалке и отпуску, что значительно увеличивает ее твердость и износостойкость. Эти качества стали используются в производстве деталей механизмов, осевых валов, зубчатых колес, корпусов, звездочек и других деталей, требующих повышенной износостойкости. Зачастую сварка становится единственной технологией изготовления и ремонта деталей машин, станин производственного оборудования и т.д.

Проблемы сварки углеродистых сталей и методы их решения

Однако, сварка углеродистых сталей затруднена по следующей причине: углерод, содержащийся в таких сталях, способствует образованию при сварке кристаллизационных горячих трещин и малопластичных закалочных образований и трещин в околошовных зонах. Металл самого шва отличается по свойствам от основного металла, а углерод снижает устойчивость швов к образованию трещин, усиливая отрицательное влияние серы и фосфора.

Критическое содержание углерода в шве зависит от:

конструкции узла
формы шва
содержания в шве различных элементов
предварительного подогрева участка шва

Соответственно, методы повышения устойчивости от образования горячих трещин направлены на:

Ограничение элементов, способствующих образованию трещин
Снижение растягивающих напряжений в шве
Формирование оптимальной формы шва максимально однородного химического состава

Кроме того, повышенное содержание углерода способствует формированию малопластичных структур, которые под действием различных напряжений склонны к образованию холодных трещин и разрушению. Для предотвращения этого используются способы, исключающие факторы, способствующие возникновению таких условий.

Требования к технологии сварки углеродистых сталей

При выполнении сварных соединений сталей с повышенным содержанием углерода для стойкости швов к образованию трещин следует соблюдать следующие условия:

Применять сварочные электроды и проволоку с низким содержанием углерода
Использовать режимы сварки и технологические меры, ограничивающие дрейф углерода из основного металла в сварочный шов (разделку кромок, увеличенный вылет, использование присадочной проволоки и пр.)
Вводить элементы, способствующие образованию в шве тугоплавких или округлых сульфидных образований (марганца, кальция и т.д.)
Использовать определенный порядок наложения швов, снижать жесткость узлов. Использовать другие режимы и методы, обеспечивающие снижение напряжений в сварочном шве
Выбирать нужные формы шва и снижать его химическую неоднородность
Минимизировать содержание диффузионного водорода (применять низко-водородные электроды, сушку защитных газов, очистку кромок и проволоки, прокаливать электроды, проволоку, флюсы)
Обеспечивать медленное охлаждение сварочного шва (использовать многослойную, двухдуговую или многодуговую сварку, наплавку отжигающего валика, использовать экзотермические смеси и др.)

Технологические особенности сварки углеродистых сталей

Некоторые особенности подготовки и сварки деталей из углеродистых сталей:

Очистка материала

При сварке углеродистой стали основной металл очищается от ржавчины, грязи, слоя окалины, масла и прочих загрязнений, которые являются источниками водорода и способны образовывать поры и трещины в шве. Очищаются кромки с прилегающими участками металла шириной до 10 мм. Таким образом обеспечивается плавный переход к основному металлу конструкции и прочность шва при различных нагрузках.

Сборка деталей под сварку. Разделка кромок

При сборке деталей под сварку обязательно соблюдается зазор, зависящий от толщины деталей. Ширина зазора на 1-2 мм больше, чем при сборке элементов хорошо свариваемых сталей. Разделку кромок следует проводить при толщине металла от 4 мм, что способствует уменьшению перехода углерода в шов. Поскольку высока склонность к закалке, от прихваток малого сечения следует отказаться или использовать перед прихватками предварительный локальный подогрев.

Сварочный режим должен обеспечивать наименьшую проплавку основного металла и оптимальную быстроту охлаждения. Правильность выбора режима сварки может быть подтверждена результатами замера твердости металла шва. При оптимальном режиме она не должна превышать 350 HV.
Ответственные узлы свариваются в два и более прохода. Сварной шов к основному металлу должен иметь плавный подход. Частые разрывы дуги, вывод кратера на основной металл и его ожоги не допускаются.
Ответственные конструкции из углеродистых сталей, а также узлов с жестким контуром и др. свариваются с предварительным подогревом. Подогрев осуществляется в температурном диапазоне 100–400 °С, причем температура подогрева тем выше, чем больше содержание углерода и толщина свариваемых деталей.
Охлаждение сварных соединений после окончания сварки углеродистой стали должно быть медленным. Сварной узел для этого накрывается специальным теплоизоляционным материалом, перемещается в специальный термостат или используется после сварочный нагрев.

Сварочные материалы для сварки углеродистых сталей

Для сварки сталей с содержанием углерода до 0,4% можно использовать сварочные электроды, пригодные для сваркинизколегированных сталей с небольшими ограничениями. Для ручной сварки применяют электроды с покрытием основного типа, которые обеспечивают минимальное содержание водорода в шовном наплаве. Используются электроды марок УОНИ–13/45, УОНИ–13/55 и др.
Механизированная сварка углеродистой стали в защитном газе предполагает использование проволоки марок Св–08Г2С, Св–09Г2СЦ или аналогичных, а также газовой смеси углекислоты и кислорода (при содержании последнего до 30%) или углекислого газа. Допускается использовать окислительные аргоновые газовые смеси (70-75% Ar+20-25% СО2+5% О2). Наиболее оптимальная толщина проволоки 1,2 мм.
Если углеродистая сталь прошла термическую обработку или легирована, то электродная проволока Св–08Г2С не обеспечит необходимые механические свойства. В этих случаях для сварки применяются проволоки комплексно-легированные марок Св–08ГСМТ, Св–08ХГСМА, Св–08Х3Г2СМ и др.
Автоматическая сварка углеродистой стали под флюсом производится проволоками Св–08А, Св–08АА, Св–08ГА при совместном использовании с флюсами АН–348А, ОСЦ–45. Рекомендуется применение флюсов АН–43 и АН–47, которые обладают хорошими технологическими качествами и устойчивостью к образованию трещин.
Материалы для , электроды) должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий. Не допускается использовать электроды со значительными дефектами покрытия. Проволока должна быть без грязи и ржавчины, флюсы и электроды перед использованием прокаливаются при температурах, которые рекомендованы сопроводительной технической документацией. Для сварки следует углекислый газ. Пищевой углекислый газ можно применять только после дополнительной осушки.