Сварка углеродистых и низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей

Стали с содержанием до 0,25 % С относятся к низкоуглеродистым, с содержанием 0,26 … 0,45% к среднеуглеродистым, к высокоуглеродистым относятся, стали, содержащие 0,45 … 0,75 % С. Температурная область применения углеродистых сталей от -40 до+425 °С, низко-легированных от -70 до +475 °С.

По качественному признаку низкоуглеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые горячекатаные стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005) выпускают в виде проката (прутки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.) в нормализованном со-стоянии: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст3Г.

Из углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-2006) изготавливается горячекатаный и сортовой прокат диаметром до 60 мм или толщиной до 250 мм: сталь 05, 08, 11, 20, 25, 30, 35, 40.

Углеродистые обыкновенного качества и углеродистые качественные стали бывают спокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп). В их составе разное содержание кремния, %: спокойные – 0,15…0,30; полуспокойные – 0,05…0,15; кипящие – 0,06. Степень раскисления углеродистых сталей мало влияет на их прочность и пластичность.

Углеродистые стали зачастую не обеспечивают требуемых свойств по хладностойкости при эксплуатации сварных металлоконструкций в условиях Сибири и Крайнего Севера, т.е. в районах с низкими климатическими температурами. Другим существенным недостатком строительных углеродистых сталей является их малая прочность, что приводит к большому расходу металла и увеличению массы металлоконструкций.

Конструкционными низколегированными называются стали, содержащие не более 0,22% С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: Мn (до 1,8%), Si (до 1,1%), Сr (до 1,1%), а также Ni (до 0,8%), Сu (до 0,6%), V (до 0,15%), N (до 0,030%) и др. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях обычно не превышает 4,0 %. Эти стали в виде листов, сортового фасонного проката (ГОСТ 19281-89) при-меняют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки: 09Г2С, 15ХСНД, 14Г2, 16ГС, 15Г2СФД, 16Г2АФ.

Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. Никель понижает порог хладноломкости. Это важно для строительных сталей, для которых при -40 °С ударная вязкость должна быть 0,3–0,5 МДж/м2. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3 … 0,4 %) повышает стойкость стали против коррозии атмосферной и в морской воде.

Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются. Это значит, что они не образуют при сварке холодных и горячих трещин, и свойства сварного соединения и участков, прилегающих к нему (зоны термического влияния), близки к свойствам основного металла.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. В зависимости от назначения конструкции и типа стали электроды можно выбирать: 1) сварка углеродистых сталей ОММ-5, АНО-3, ЦМ-7, ОЗС-4, СМ-5; 2) сварка ответственных конструкций из низко и среднеуглеродистых, низколегированных сталей: ОМА-2, УОНИ-13/55, К-5А, ДСК-50, ОЗС-33. При сварке корневых швов в разделке на металле толщиной 10 мм и более используют электроды диаметром 3 … 4 мм.

При сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя многослойного шва для повышения стойкости металла против кристаллизационных трещин может потребоваться предварительный подогрев до температуры 120 … 150 °С.

При сварке термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения стали в около-шовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам.

Сварка под флюсом. Автоматическую сварку обычно выполняют электродной проволокой диаметром 3 … 5 мм.

При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве случаев применяют флюсы марок АН-348-А и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые электродные проволоки марок Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать электродную проволоку марки Св-08ГА. Использование указанных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышающими свойства основного металла.

При сварке низколегированных сталей используют те же флюсы и электродные проволоки марок Св-08ГА, Св-10ГА и Св-10Г2. Легирование металла шва марганцем за счет про-волок и кремнием за счет провара основного металла при подборе соответствующего термического цикла (погонной энергии) позволяет получить, металл шва с требуемыми механическими свойствами. Использованием указанных материалов достигается высокая стойкость металла швов против образования пор и кристаллизационных трещин.

Для низколегированных термоупрочненных сталей с целью предупреждения разупрочнения шва в зоне термического влияния следует использовать режимы с малой погонной энергией, а для нетермоупрочненных — наоборот, с повышенной.

Сварка в защитных газах. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей для защиты расплавленного электродного металла и металла сварочной ванны широко используют углекислый газ. Состав защитного газа существенно влияет на технологические характеристики процесса и состав металла шва. Помимо углекислого газа используют смеси газов СО2 + О2, СО2 + Аг, СО2 + Аг + О2. Количество добавленных газов может достигать 50 % от объема газовой смеси.

При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, рас-положенных в различных пространственных положениях, обычно используют электродную проволоку диаметром до 1,2 мм; при сварке в нижнем положении — диаметром 1,2 … 3,0 мм. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей используют легированные электродные проволоки марок Св-08ГС и Св-08Г2С. Повышение коррозионной стойкости швов в морской воде достигается использованием электродной проволоки марки Св-08ХГ2С.

На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в швах могут образоваться по-ры. Сварка в углекислом газе менее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины.

Электрошлаковая сварка. Электрошлаковую сварку широко применяют при изготовлении конструкций из толстолистовых низкоуглеродистых и низколегированных сталей. При этом равнопрочность сварного соединения достигается за счет легирования металла шва че-рез электродную проволоку и перехода элементов из расплавляемого металла кромок основ-ного металла. При электрошлаковой сварке рассматриваемых сталей используют флюсы АН-8, АН-8М, ФЦ-1, ФЦ-7 и АН-22. Выбор электродной проволоки зависит от состава стали. При сварке спокойных низкоуглеродистых сталей с содержанием до 0,15% углерода хороших ре-зультатов достигают при использовании проволок марок Св-08А и Св-08ГА.

Сварка теплоустойчивых сталей

Теплоустойчивые стали обеспечивает возможность нормальной эксплуатации конструкций в условиях высоких температур при значительных напряжениях и в особых средах, способствующих химическому и механическому разрушению металла. Наиболее широко тепло-устойчивые стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. Для повышения жаропрочности сталей в их состав вводят легирующие элементы (Mo, W и V), энергично повышающие температуру разупрочнения стали при нагреве. Для обеспечения жаростойкости жаропрочных сталей в их состав вводят хром, образующий плотную защитную пленку на поверхности металла. К низколегированным теплоустойчивым сталям с перлитной структурой относят: 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМЛ, 20ХМФЛ.

Технология сварки теплоустойчивых сталей. Детали эксплуатируемых в теплоэнергетике машин обычно характеризуются сложностью формы. Поэтому наиболее широкое применение находит ручная сварка покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в защитных газах и реже сварка под флюсом.

Работа конструкций при высоких температурах способствует протеканию диффузионных процессов. Для того чтобы снизить интенсивность этих процессов в сварном соединении, стремятся максимально приблизить состав металла шва к составу основного металла. Для сварки хромомолибденовых сталей (12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ) применяют электроды типа Э-09МХ с предварительным подогревом до 300 °С.

Хромомолибденованадиевые стали (20ХМФЛ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф) сваривают электродами типа Э-09Х1МФ. В этом случае необходим предварительный и сопутствующий подогрев до 300-350 °С. После сварки сварные соединения подвергают высокому отпуску при температуре 700-740° С в течение 2-3 ч.

При сварке в СО2 (Ar-CO2) стали 15ХМ и 20ХМ применяют сварочную проволоку Св-10ХГ2СМА. При использовании этой проволоки прочностные и пластические свойства сварных соединений в интервале температур 20-525 °С практически не отличаются от свойств основного металла. Cварку этих сталей проводят с предварительным подогревом до темпера-туры 250—300° С. Режимы сварки практически не отличаются от режимов сварки низкоуглеродистой стали. После сварки проводят высокий отпуск конструкции.

Теплоустойчивую сталь 20ХМФЛ сваривают в защитном газе проволокой Св-08ХГСМФА с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 300—350° С, что обеспечивает повышение стойкости шва против трещин и снижение твердости металла шва и околошовной зоны. После окончания сварки конструкцию подвергают термообработке.

При сварке под флюсом теплоустойчивых сталей, например 12Х1МФ и 15Х1М1Ф, реко-мендуется применять проволоку Св-08ХМФА и флюс АН-22. Сварку осуществляют с предварительным подогревом. При указанном сочетании сварочных материалов обеспечивается получение металла шва, кратковременные и длительные механические свойства которого (в состоянии после высокого отпуска) при температуре 20-585 °С полностью удовлетворяют установленным требованиям.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали используют для создания облегченных высокопрочных конструкций в тяжелом и химическом машиностроении, судостроении, самолетостроении и других отраслях техники. Для изготовления сварных конструкций применяют конструкционные среднелегированные стали с содержанием до 0,5% С и суммарным содержанием легирующих элементов до 10%.

Типичными представителями среднелегированных сталей, широко применяемыми при изготовлении ответственных сварных конструкций, являются стали: 1) 42Х2ГСНМА, 40ХГСНЗМА, 30Х2ГСНВМА (мартенситно-бейнитных структурой); 2) 25ХГСА, 30ХГСА, 30ХГСНА (перлитной струтурой).

Главной и общей характеристикой среднелегированных сталей являются механические свойства. Среднелегированные стали обладают временным сопротивлением 600-2000 МПа, что значительно превышает временное сопротивление обычных углеродистых конструкционных сталей.

Высокие механические свойства среднелегированных сталей достигаются легированием элементами, упрочняющими феррит и повышающими прокаливаемость стали, и надлежащей термообработкой, после которой в полной мере проявляется положительное влияние легирующих элементов. Поэтому среднелегированные стали всегда характеризуются как химическим составом, так и видом термообработки. Среднелегированные стали, предназначенные для изготовления сварных конструкций, как правило, подвергаются улучшению (закалке с последующим высоким отпуском) или закалке и низкому отпуску.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-10Х20Н9Г6С, Э-06Х19Н11Г2М2, Э-11Х15Н25М6АГ2 (аустенитные) и Э50А, Э70, Э85, Э100, Э150.

Если сталь перед сваркой подвергают термообработке на высокую прочность (нормализация или закалка с отпуском), а после сварки – отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения с целью обеспечения его равнопрочности с основным металлом, то разделку заполняют каскадом или горкой электродами Э70 …Э150. Температура охлаждения зоны термического влияния в процессе сварки допускается не ниже ТВ = 150 … 200 °С.

Когда термообработка сварного изделия не может быть выполнена (например, из-за крупных размеров), на кромки детали, подлежащие сварке, наплавляют аустенитными или низкоуглеродистыми электродами (с основным покрытием) незакаливающийся слой металла такой толщины, при которой температура стали под слоем в процессе выполнения сварки не превысит температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками. Де-тали с наплавленными кромками сваривают аустенитными или низкоуглеродистыми электродами без подогрева и последующей термообработки.

Сварка в защитных газах. К технологическим особенностям сварки среднелегированных сталей в защитных газах следует отнести тщательную осушку газа с целью предельного снижения содержания водорода в металле шва, а также использование режимов сварки, обеспечивающих пониженные скорости остывания сварных соединений. Эти меры необходимы для повышения стойкости сварных соединений против образования трещин. В качестве защитных газов используют СО2, Ar и Ar-СO2. Для сварки пригодны режимы, рекомендованные для соединений из низколегированных сталей со снижением силы тока на 15-20%. В основ-ном используют проволоки Св-08ГСМТ, Св-18ХМА, Св-18ХГС, Св-20Х2ГСНВМ.

Высокое качество сварных соединений достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом в два слоя. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка и обратным валиком, второй — с поперечными низкочастотными колебаниями электрода (3-6 колебаний в сек.) и механической подачей присадочной проволоки.

Сварка под флюсом. При использовании для сварки низкоуглеродистых проволок стремятся получать швы с глубоким проплавлением, повышая при однопроходной сварке стыковых соединений без разделки кромок сварочный ток и скорость сварки. Необходимый состав металла шва будет обеспечиваться повышением доли основного металла в шве. Флюс выбирают в зависимости от марки электродной проволоки. При сварке проволокой Св-08А под флюсом АН-348А и ОСЦ-45 получают соединения, к которым не предъявляют высокие требования по ударной вязкости. При сварке проволоками Св-08ГС и Cв-08XНM используют флюс АН-22 и АН-26.

Сварку среднелегированных высокопрочных сталей аустенитной сварочной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т выполняют под флюсами АН-20С и 48-ОФ-6, предназначенными для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей. При этом режимы сварки должны обеспечивать требуемые размеры и форму швов и минимально возможное проплавление основного металла

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *