Область распространения и группы свариваемых материалов

Соединение металлических конструкций способом сварки является наиболее распространенным методом в строительстве, приборостроении, выпуске машин и механизмов.

В процессе сварки две поверхности соединяются после расплавления основного металла под действием тепла. Применяется добавочный наплавляемый элемент, образующий после охлаждения и кристаллизации сварной шов, или наплавку. Сварочный материал вводится в рабочее пространство плавящимся, токоведущим, неплавящимся электродом или газовой сваркой. В процессе работы материалы для сварки выполняют работу: при расплавлении, перемещении в дуге, нахождении в ванне, отвердевании защищают расплавленный металл; легируют и раскисляют металл, регулируя химический состав сталей; удаляют из заполнения шва оксиды, шлаки, фосфор и серу; освобождают шовную массу от азота и водорода.

Классификация материалов для сварки

Большое количество материалов, требующихся для соединения металлов сваркой, затрудняют точную классификацию, но основные сварочные материалы подразделяются так: присадочная проволока для сварки и наплавки; для дуговой сварки штучные электроды; проволочные и пластинчатые электроды для шлаковой сварки; присадочные добавочные материалы несплошного, сплошного, трубчатого сечения; присадочные волоченые, катаные, протянутые литые стержни и проволока, наплавочные ленты с порошковым покрытием; горючий газ или кислород; сварочная аппаратура, компрессор; баллоны для содержания газа; генератор для получения из карбида кальция ацетилена или ацетиленовый баллон под давлением; редуктор для снижения давления сварочного газа; горелки для сварки, закалки, наплавления с набором необходимых типов наконечников разного диаметра; резиновые шланги для перемещения кислорода; флюсы и порошки для сварки.

Плавящиеся проволоки, пластины и стержни

Такой вид электродов применяется при сварке в защитных газах, под флюсом, электрошлаковой. Стальная проволока, как сварочный материал, подразделяется на высоколегированную, низкоуглеродистую и легированную. Всего по сортаменту определяется 77 видов подобных изделий. Подбирая требуемые марки, меняют химический состав шва. Обычно применяют состав проволоки, похожий на свариваемый металл. Характеристика материала сварочного должна соответствовать ГОСТу и указывается на упаковке.

Легированная и низкоуглеродистая стали для изготовления проволоки делятся на омедненные и неомедненные. Для ручной сварки используют проволоку, рубленную на куски длиной от 360 до 400 мм. Поставляется потребителю мотками весом от 20 до 85 кг. Все мотки оснащаются этикетками с указанием изготовителя и технических параметров проволоки.

Пластины применяют для электрошлаковой сварки. Дуговая ручная сварка выполняется с помощью электродного металлического стержня со специальным покрытием, который называется электродом. Электроды делят в зависимости от толщины и состава нанесенного слоя и качества изготовления. По толщине различают особо толстое, среднее и тонкое покрытие.

Три группы в ГОСТе служат для деления электродов в зависимости от точности изготовления и содержания серы и фосфора в составе покрытия. Тип сварочного материала с покрытием из стабилизирующих, связующих, раскисляющих, легирующих компонентов обозначается буквами:

• покрытие с кислотными добавками – А;
• основной классический вариант – Б;
• покрытие с добавкой целлюлозы – Ц;
• смешанные материалы в поверхностном слое – П.

Методы внедрения

Полный список функций, выполняемых вспомогательными сварочными материалами, смотрится последующим образом:

• поддержание настоящего и устойчивого дугового разряда;
• блокирование кислорода, содержащегося в окружающем воздухе;
• обеспечение данных характеристик самого процесса сварки и параметров обрабатываемых при всем этом металлов.

Разглядим, каким образом связана черта всякого из перечисленных сварочных материалов с чертами его внедрения.

Электроды

Основное назначение этих неотклонимых компонент сварочного процесса – подведение электронного тока той либо другой формы и полярности в зону сварки и обеспечение критерий для плавления сплава.
По своим конструктивным особенностям электроды разделяются на железные либо неметаллические «расходники». Изделия на железной базе делают из стали, вольфрама и остальных цветных металлов (меди, бронзы и им схожим), а неметаллические – с покрытием из неплавящихся угольных и графитовых составляющих.

2-ой тип электродов (их ещё именуют покрытыми), обычно, применяется при организации ручного сваривания заготовок, а в качестве стержня в их употребляется высоколегированная либо углеродистая сталь.

Любые разновидности электродных материалов должны обеспечивать не только лишь устойчивое горение в зоне сварки, но и изоляцию сварочной ванны от атмосферного кислорода, также снижать эффект разбрызгивания частиц сплава.

Проволока

Проволочные материалы так именуемого «сплошного» типа идут на изготовка и создание особых плавящихся электродов и присадочных прутков и могут применяться как в автоматических режимах сварки, так и для полуавтомата. Хим состав и главный типоразмер (поперечник) сварочной проволоки определяется шириной свариваемых заготовок и хим качествами сплава.
Ещё одна разновидность этих изделий именуется «порошковой» и смотрится как трубка, заполненная снутри пылеобразным веществом. Заполняющий внутренние полости порошок делает в ней функцию, аналогичную покрытию на электродных стержнях.

Сварочные газообразные материалы (аргон, углекислота, гелий и кислород) используются как по отдельности, так и в консистенциях. В первом случае они обеспечивают изоляцию сварочной ванны от кислорода, содержащегося в окружении, а во 2-м – содействуют увеличению свойства шва (увеличивают его механические и прочностные характеристики).

Особые глиняние подкладки стали применяться при сварке не так издавна, но уже смогли зарекомендовать себя с самой наилучшей стороны. К плюсам этих вспомогательных приспособлений следует отнести универсальность их внедрения, позволяющую употреблять их фактически в всех сварочных операциях.

Неплавящиеся сварные стержни и электроды для машинной сварки

Для соединения поверхностей в защитных газах используют специальные сварочные материалы. Определение такой сварки дается как процесс, использующий в качестве источника тепла электрическую дугу между электродом и поверхностью. Круглые электроды из вольфрама диаметром 5-10 мм подводят электрический ток к области дуги. В качестве материала используется чистый вольфрам или добавляются присадки оксидов лантана, иттрия, диоксида натрия. Сам вольфрам не удается заменить более дешевым металлом, так как он является самым тугоплавким, с высокой температурой кипения (5900 ºС) и применяется для сварки постоянным и переменным током.

Сварочные материалы: систематизация и свойства

Во время сварки изделий используются сварочные материалы. Они разрешают обеспечить размеренное горение дуги, беспористые сварные швы, которые устойчивы к образованию повреждений. Ниже будет представлена их систематизация и предназначение.

Материалы для сварки делают такие функции:

• обеспечивают стабильность сварочного процесса;
• убирают из сплава шва вредные примеси;
• обеспечивают правильные геометрические размеры швов;
• обеспечивают получение материала шва с определенным хим составом и качествами;
• помогают защитить расплавленный сплав от действия воздуха.

Применение кислорода

Кислород тяжелее воздуха, он способствует сгоранию газов и паров с большой скоростью, при этом выделяется тепло и достигается высокая температура плавления. Взаимодействие сжатого кислорода с жирными маслами и смазочными материалами приводит к самопроизвольному воспламенению и взрыву, поэтому работа с баллонами кислорода ведется в чистых условиях, без опасности подобных загрязнений. Хранение сварочных материалов кислородного типа производится с соблюдением норм пожарной безопасности.

Кислород для сварки бывает технический, получаемый из атмосферы. Воздух обрабатывают в специальных разделительных аппаратах, удаляются углекислые примеси, конечный продукт сушится. Жидкий кислород для перевозки и хранения требует особых емкостей с повышенной теплоизоляцией.

Использование ацетилена

Ацетилен представляет собой соединение кислорода с водородом. Этот горючий газ при нормальной температуре находится в газообразном состоянии. Бесцветный газ содержит примеси аммиака и сероводорода. Опасной является воспламеняющаяся составляющая материала. Сварочного давления более 1,5 кгс/см2 или ускоренного нагревания до 400 ºС достаточно для взрыва. Производят газ электродуговым разрядом, способствующим разделению жидких горючих составляющих или разложением карбида кальция под действием влаги.

Систематизация сварочных материалов

Итак, на какие группы разделяются данные материалы:

Интересно почитать: Как собрать сварочную маску?

• электроды и присадочные прутки — к ним относятся электроды с кислым, целлюлозным, смешанным, рутиловым, главным и иным покрытием, также неплавящиеся электроды;
• проволока — бывает активированной, порошковой либо сплошной;
• флюсы — разделяются на электропроводные и защитные;
• газы — для поддержки горения, защитные, которые бывают активными и инертными, и горючие;
• глиняние подкладки — употребляются для соединения стыковых, угловых и тавровых швов, бывают всепозиционными, круглыми и др.

Электроды и проволоки

Проволоки и электроды необходимы для обеспечения подачи электропитания в сварочную зону с целью нагрева. Плавящиеся электроды с покрытием, некие виды проволоки и защитный флюс для дуговой сварки содержат в себе особые составляющие, которые способны защитить сплав от действия воздуха, поддерживают стабильность процесса работы и помогают получить определенный хим состав сплава шва и не только лишь. А присадочный пруток в шов вводится при сварке.

Плавящиеся проволоки употребляются в работе в таковых ситуациях:

• под флюсом;
• в защитных газах;
• при электрошлаковой сварке.

Железные проволоки бывают 3-х видов:

• легированные;
• высоколегированные;
• низкоуглеродистые.

Всего по сортаменту насчитывается 77 разновидностей.

При выбирании той либо другой марки изменяется хим состав сварного шва. Почаще всего используют проволоку, по составу напоминающую сплав, который обрабатывается. Материал должен соответствовать ГОСТу и быть указан на упаковке изделия.

В свою очередь, низкоуглеродистая и легированная сталь для производства проволоки бывает омедненной и неомедненной. Для ручного типа сварки применяется проволока, которая порублена на кусочки по 360−400 мм в длину. Приобрести ее можно в мотках по 20−85 кг весом. Любой таковой моток имеет этикетку, где указаны производитель и технические характеристики изделия.

Для работы недозволено употреблять проволоку непонятного производства неведомой марки. Поверхность присадочной проволоки обязана быть гладкой, на ней не обязано быть жира, ржавчины либо окалины. Выбирать ее необходимо по показателю плавления, он должен быть ниже аналогичной свойства у соединяемых материалов.

Одно из высококачественных параметров проволоки — это способность расплавляться равномерно, без резкого выброса брызг. Если специальной проволоки для соединения изделий из нержавейки, латуни, свинца либо меди нет, то используют полосы порезанного сплава из такого же материала, который сваривается.

Пластинки и стержни

Пластинки употребляются для электрошлаковой сварки, а дуговая сварка осуществляется с применением электродного железного стержня с покрытием на базе электрода. Толщина электродов бывает 3-х видов:

• толстая;
• средняя;
• узкая.

Тип сварочного материала с различным покрытием обозначается знаками таковым образом:

• А — покрытие имеет кислотные добавки;
• Б — традиционный вариант;
• Ц — покрытие содержит целлюлозу;
• П — в поверхностном слое находятся смешанные материалы.

При резке и газовой сварке используют горючие газы и те, что поддерживают горение. Сюда относятся:

• кислород;
• ацетилен;
• водород;
• пропанобутановая смесь;
• метилацетилен-алленовая фракция.

Защитные газы предусмотрены для обеспечения газовой защиты материала в расплавленном виде от воздуха. Защитные газы такие:

• инертные (гелий, аргон и консистенции на их базе);
• активные (углекислый газ и консистенции на его базе).

Инертный газ в хим реакцию с сплавом вступать не умеет и практически в нем не растворяется, а активные газы способны вступать в такую реакцию и растворяться в сплавах.

Что касается кислорода, то он тяжелее воздуха и помогает газам и парам сгореть очень стремительно, при всем этом способно выделяться тепло, а температура плавления при всем этом наибольшая. При всем этом сжатый кислород при содействии со смазочными материалами и жирными маслами может привести к взрыву и самопроизвольному воспламенению, соответственно, работать с кислородными баллонами следует лишь в незапятнанных критериях, где схожее исключено. Сварочные материалы кислородного типа необходимо хранить, лишь соблюдая нормы пожарной сохранности.

Интересно почитать: Как выбрать аргоновый сварочный аппарат?

Сварочный кислород бывает техническим, выходит из атмосферы. А воздух при всем этом обрабатывается в разделительном аппарате, в итоге удаляются углекислые примеси, а готовый продукт сушат. В водянистом виде кислород для хранения и перевозки содержится в особых емкостях, имеющих высшую теплоизоляцию.

Иной газ, ацетилен, — это кислород, соединенный с водородом. При обычной температуре ацетилен имеет газообразное состояние. Он тусклый и включает примеси сероводорода и аммиака. Опасность представляют воспламеняющиеся составляющие такового материала, сварочное давление от 1,5 кгс/см2 либо же ускоренное нагревание до температуры в 400 градусов также могут привести к взрыву.

Газ делается средством электродугового разряда, который делит водянистые горючие составляющие, либо через разложение карбида кальция под действием воды.

Есть и заменители ацетилена. Согласно требованиям к материалам для сварочных работ, может быть применение паров жидкостей и иных материалов. Их употребляют, если температура нагрева вдвое больше показателя плавления сплава.

Чтоб горел тот либо другой вид газа, необходимо определенное количество кислорода в горелке. Те либо другие горючие вещества употребляются заместо ацетилена, так как они дешевые и их просто добыть. Применять их можно в различных промышленных сферах, но применение таковых веществ ограничено ввиду их относительно низкой границы нагрева.

Флюсы для сварки и остальные материалы

Флюс в процессе сварочных работ имеет различное предназначение. Благодаря ему можно растворить окислы на поверхности сплава, что содействует облегчению процесса смачивания заготовки расплавленным сплавом. Еще флюс является барьером для доступа кислорода, выступая в роли покрытия жаркой поверхности заготовки, и не допускает окисления сплава. А еще расплав флюса может выступать как теплообменная среда, облегчая нагревание стыка.

Флюсы различаются друг от друга по последующим характеристикам:

• способу производства;
• предназначению;
• собственному хим составу и иным характеристикам.

К примеру, по способу производства они бывают плавлеными и неплавлеными. Плавленые флюсы выполняются средством сплавления частей шихты в печах. А вот неплавленые части флюсовой шихты могут быть скреплены без сплавления.

Флюс состоит из порошка либо пасты определенного состава, его создают на базе борной кислоты либо же прокаленной буры. Флюсы не используют для соединения легированных сталей.

А иной вид материала для сварки, глиняная подкладка, применяется для того, чтоб сделать высококачественный шов и сформировать оборотный валик.

Все перечисленные сварочные материалы еще могут разделяться по типу свариваемых металлов и сталей. К примеру, одни предназначаются для соединения углеродистых сталей, остальные — для нержавеющих либо низколегированных или чугуна, меди и иных материалов.

Газовые заменители ацетилена

Требования к сварочным материалам позволяют применять для работы пары жидкостей и другие газы. Они используются, если температура нагрева превышает в два раза показатель плавления металла. Для горения разных видов газов требуется то или иное количество кислорода, поступающего в горелку. Горючие вещества взамен ацетилена применяются из-за их дешевизны и возможности повсеместной добычи. Они применяются в различных областях промышленности, но использование заменителей ограничено их сравнительно низкой границей нагревания.

Проволока и сварочные флюсы

Для сварки не применяется неизвестная проволока неопознанной марки. Поверхность присадочной проволоки выполняется гладкой, очищенной от ржавчины, окалины, жира. Она подбирается по показателю плавления, который ниже этой характеристики у свариваемых сталей. Одним из качественных свойств проволоки является ее постепенное плавление без резкого выброса брызг. В виде исключения, если нет требуемой проволоки, для сварки латуни, свинца, меди, нержавейки применяют полоски нарезанного металла из того же материала, который соединяется. При сварке металлов, таких как алюминий, магний, медь, латунь, чугун, происходит активное взаимодействие цветного литья с кислородом из атмосферы или окислительного пламени. Реакция приводит к образованию окислов с высокой температурой плавления, которые создают вредную пленку и затрудняют переход вещества на поверхности в жидкое состояние. Сварочный материал под названием флюс, состоящий из пасты или порошка соответствующего состава, применяют для защиты поверхности расплавленной массы. Материалом служит борная кислота, прокаленная бура. Флюсы не используют при сварке легированных сталей.

Оценка расхода

Для минимизации производственных издержек при сварке заготовок принципиально хорошо высчитать издержки материала, применяемого для тех либо других целей. Это принципиально ещё и поэтому, что на последний вариант лучше иметь в личных хранилищах нужный припас электродов разных марок, различных флюсов, сварочной проволоки и инертных газов. Интересно почитать: Принцип работы сварочных аппаратов
Ориентировочный расчет требуемого количества расходных сварочных материалов основывается на работающих нормах их употребления с учётом особенностей того либо другого вида сварки.

Под нормой употребления понимается количественный показатель, по которому можно судить о интенсивности расхода этих материалов с учетом вероятных непроизводственных утрат (выбраковки) и отходов. Этот показатель содержит в себе издержки на стадии предварительных и главных работ, также издержки, связанные с устранением брака.

Нормирование расхода подразумевает учёт всякого из видов сварных швов и способов сваривания металлов в отдельности и оценку их исходя из убеждений экономии материала.

При всем этом непременно учитываются неминуемые при любом сварочном процессе утраты, которые также принято нормировать зависимо от критерий сварки и трудности обрабатываемой конструкции.

Спецы пользуются известными формулами для расчёта нужного объёма вспомогательных материалов, которые разрешают примерно оценит величину этого показателя.

Согласно сиим выкладкам за показатель издержек применяемых при сварке материалов принимаются их расходы на единицу длины сварного шва. Кроме этого, в формулах учитываются такие свойства, как площадь поперечного сечения и удельный вес обрабатываемого сплава.

Предохранительные водяные затворы

Приспособления для защиты резинового трубопровода и газового генератора от возврата обратного огня из горелки называют затвором. Требования к сварочным материалам определяют, что водяной затвор конструируется таким образом, что не дает воспламениться кислородной или ацетиленовой массе в отверстии горелки или резака. Водяной затвор обязательно присутствует в комплектации аппарата, это требование противопожарной безопасности, которое обязательно выполняется. Затвор ставится на промежутке между резаком и горелкой, по инструкции он находится в исправном состоянии и периодически наполняется водой до положенного уровня. Это приспособление является главным в цепи сварочного оборудования.

Баллоны для хранения сжатых газов

Баллоны изготавливают в виде стальных сосудов цилиндрической формы. Конусное отверстие в области горловины закрывается запорным вентилем на резьбе. Соединение стенок баллона производится бесшовным способом, материалом служит легированная и углеродистая сталь. Наружная окраска дает возможность распознать вид газа, помещенного внутрь. Кислород транспортируют в голубых сосудах, ацетиленовые баллоны красят в белый цвет, желто-зеленый оттенок говорит о содержании водорода, остальные горючие газы помещают в красные емкости.

На верхней части баллона пишутся паспортные данные газа. Требование к хранению сварочных материалов предписывает устанавливать баллоны вертикально и крепить к стене хомутом. Вентили баллонов для хранения кислорода изготавливают из латуни, применение сталей не разрешается из-за коррозии материалов в газовой среде. Краны ацетиленовых газовых баллонов делают стальными, запрещается использовать медь и сплав с содержанием меди свыше 70%. Ацетилен во взаимодействии с медью образует взрывчатую смесь.

Классификация сталей по свариваемости

При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом приближении проводят оценку свариваемости. Влияние основных легирующих примесей на свариваемость сталей приведены ниже.

Углерод (С) – одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание «С» приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту – ЗТВ) и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) – вредные примеси. Повышенное содержание «S» приводит к образованию горячих трещин – красноломкость, а «P» вызывает хладноломкость. Поэтому содержание «S» и «P» в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4÷0,5%.

Кремний (Si) присутствует в сталях как примесь в к-ве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании «Si» свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании «Si» – до 0,8÷1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов «Si», ухудшающих свариваемость.

Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% – процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием «Mn» в к-ве 1,8÷2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7÷3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Ni) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных – до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является пре­валирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2÷0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден (Мо) в сталях ограничивается 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобии (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8÷1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость стали, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:

СЭКВ = С + Мn/6 + Сr/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Си/15 (метод МИС);

СЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Сr/5 + Мо/4 (японский метод);

[С]Х = С + Мn/9 + Сr/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

где цифры указывают содержание в стали в массовых долях процента соотвтствующих элементов.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связанных с разработкой технологии сварки. Достаточно часто расчеты химического углеродного эквивалента для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей перлитного класса выполняются по формуле Сефериана.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся (табл. 1.1).

К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]Х≤0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработкой. Для конструкций, работающих в условиях статических нагрузок, термообработку после сварки не производят. Для ответственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется

Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х=0,39÷0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей термообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали 30Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск)

Таблица 1. Классификация сталей по свариваемости.

В случае, когда невозможен последующий отпуск, заваренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35% углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]Х=0,46÷0,59) перлитного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Свариваемость этой группы сталей обеспечивается при использовании специальных технологических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 14мм, температура окружающей среды не ниже +5°С и свариваемые соединения имеют вспомогательный характер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка данной группы сталей назначается по режиму, выбираемому для конкретной стали.

К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х≥0,60) перлитного класса, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому их сварку выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200°С. Термообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

Эксплуатационная надежность и долговечность сварных конструкций из низколегированных теплоустойчивых сталей зависит от предельно допустимой температуры эксплуатации и длительной прочности сварных соединений при этой температуре. Эти показатели определяются системой легирования теплоустойчивых сталей. По системе легирования стали можно разделить на хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые и хромомолибденовольфрамовые (табл. 1.2). В этих сталях значение углеродного эквивалента изменяется в широких пределах и оценка свариваемости сталей по его значению нецелесообразна. Расчет температуры предварительного подогрева выполняется для каждой кон­кретной марки сталей.

Разделение высоколегированных сталей по группам (нержаве­ющие, кислотостойкие, жаростойкие и жаропрочные) в рамках ГОСТ5632-72 выполнено условно в соответствии с их основными служебными характеристиками, так как стали жаропрочные и жаростойкие являются одновременно кислотостойкими в определенных агрессивных средах, а кислотостойкие стали обладают одновременно жаропрочностью и жаростойкостью при определенных температурах.

Остановимся на кратких рекомендациях по технологии сварки высоколегированных сталей, которые, как уже отмечалось, разделяются на четыре группы.

Для хорошо сваривающихся высоколегированных сталей термообработку до и после сварки не проводят. При значительном наклепе металл необходимо закалить от 1050÷1100°С. Тепловой режим сварки нормальный. К этой группе сталей можно отнести ряд кислотостойких и жаропрочных сталей с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой.

Для удовлетворительно сваривающихся высоколегированныхсталей перед сваркой рекомендуется предварительный отпуск при 650÷710°С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный. При отрицательной температуре сварка не допускается. Предварительный подогрев до 150÷200°С необходим при сварке элементов конструкции с толщиной стенки более 10мм. После сварки для снятия напряжений рекомендуется отпуск при 650÷710°С. К этой группе в первую очередь можно отнести большую часть хромистых и некоторых хромоникелевых сталей.

Таблица 2. Марки теплоустойчивых и высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основе.

Для ограниченно сваривающихся высоколегированных сталей термообработка перед сваркой различная (отпуск при 650÷710°С с охлаждением на воздухе или закалка в воде от 1050÷1100°С). При сварке большинства сталей этой группы обязателен предварительный нагрев до 200÷300°С.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости детали сварного соединения подвергают отпуску при 650÷710°С. Для сварки ряда сталей аустенитного класса обязательна закалка в воде от 1050÷1100°С.

Для плохо сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендован отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Для всей группы сталей обязателен предварительный подогрев до 200÷300°С. Сварка стали 110Г13Л в состоянии закалки производится без нагрева. Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям, в зависимости от марки стали и назначения. Для стали 110Г13Л термообработка не требуется.

Подготовка металла под сварку

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Основной метали и присадочный материал перед сваркой должен быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических включений. На месте указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пар, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.

При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом приближении проводят оценку свариваемости. Влияние основных легирующих примесей на свариваемость сталей приведены ниже.

Углерод (С) – одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание «С» приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния (далее по тексту – ЗТВ) и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) – вредные примеси. Повышенное содержание «S» приводит к образованию горячих трещин – красноломкость, а «P» вызывает хладноломкость. Поэтому содержание «S» и «P» в низкоуглеродистых сталях ограничивают до 0,4÷0,5%.

Кремний (Si) присутствует в сталях как примесь в к-ве до 0,3% в качестве раскислителя. При таком содержании «Si» свариваемость сталей не ухудшается. В качестве легирующего элемента при содержании «Si» – до 0,8÷1,0% (особенно до 1,5%) возможно образование тугоплавких оксидов «Si», ухудшающих свариваемость.

Марганец (Mn) при содержании в стали до 1,0% – процесс сварки не затруднен. При сварке сталей с содержанием «Mn» в к-ве 1,8÷2,5% возможно появление закалочных структур и трещин в металле ЗТВ.

Хром (Cr) в низкоуглеродистых сталях ограничивается как примесь в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях возможно содержание хрома в пределах 0,7÷3,5%. В легированных сталях его содержание колеблется от 12% до 18%, а в высоколегированных сталях достигает 35%. При сварке хром образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали. Хром способствует образованию тугоплавких оксидов, затрудняющих процесс сварки.

Никель (Ni) аналогично хрому содержится в низкоуглеродистых сталях в количестве до 0,3%. В низколегированных сталях его содержание возрастает до 5%, а в высоколегированных – до 35%. В сплавах на никелевой основе его содержание является пре­валирующим. Никель увеличивает прочностные и пластические свойства стали, оказывает положительное влияние на свариваемость.

Ванадий (V) в легированных сталях содержится в количестве 0,2÷0,8%. Он повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует повышению прокаливаемости.

Молибден (Мо) в сталях ограничивается 0,8%. При таком содержании он положительно влияет на прочностные показатели сталей и измельчает ее структуру. Однако при сварке он выгорает и способствует образованию трещин в наплавленном металле.

Титан и ниобии (Ti и Nb) в коррозионностойких и жаропрочных сталях содержатся в количестве до 1%. Они снижают чувствительность стали к межкристаллитной коррозии, вместе с тем ниобий в сталях типа 18-8 способствует образованию горячих трещин.

Медь (Си) содержится в сталях как примесь (в количестве до 0,3% включительно), как добавка в низколегированных сталях (0,15 до 0,5%) и как легирующий элемент (до 0,8÷1%). Она повышает коррозионные свойства стали, не ухудшая свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость стали, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке. Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом. Для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:

СЭКВ = С + Мn/6 + Сr/5 + Мо/5 + V/5 + Ni/15 + Си/15 (метод МИС);

СЭКВ = С + Мn/6 + Si/24 + Ni/40 + Сr/5 + Мо/4 (японский метод);

[С]Х = С + Мn/9 + Сr/9 + Ni/18 + 7Мо/90 (метод Сефериана),

где цифры указывают содержание в стали в массовых долях процента соотвтствующих элементов.

Каждая из этих формул приемлема лишь для определенной группы сталей, однако значение углеродного эквивалента может быть использовано при решении практических вопросов, связанных с разработкой технологии сварки. Достаточно часто расчеты химического углеродного эквивалента для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей перлитного класса выполняются по формуле Сефериана.

По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся (табл. 1.1).

К первой группе относят наиболее распространенные марки низкоуглеродистых и легированных сталей ([С]Х≤0,38), сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется сваривать с промежуточной термообработкой. Для конструкций, работающих в условиях статических нагрузок, термообработку после сварки не производят. Для ответственных конструкций, работающих при динамических нагрузках или высоких температурах, термообработка рекомендуется

Ко второй группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х=0,39÷0,45), при сварке которых в нормальных условиях производства трещин не образуется. В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей термообработке. Термообработка до сварки различная и зависит от марки стали и конструкции детали. Для отливок из стали 30Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или поковок, не имеющих жестких контуров, можно сваривать в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск). Сварка при температуре окружающей среды ниже 0°С не рекомендуется. Сварку деталей с большим объемом наплавляемого металла рекомендуется проводить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск)

Таблица 1. Классификация сталей по свариваемости.

В случае, когда невозможен последующий отпуск, заваренную деталь подвергают местному нагреву. Термообработка после сварки разная для различных марок сталей. При заварке мелких дефектов стали, содержащей более 0,35% углерода, для улучшения механических свойств и обрабатываемости необходима термическая обработка (отжиг или высокий отпуск по режиму для данной стали).

К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]Х=0,46÷0,59) перлитного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Свариваемость этой группы сталей обеспечивается при использовании специальных технологических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Без предварительного подогрева такие стали можно сваривать в случаях, когда соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 14мм, температура окружающей среды не ниже +5°С и свариваемые соединения имеют вспомогательный характер. Во всех остальных случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка данной группы сталей назначается по режиму, выбираемому для конкретной стали.

К четвертой группе относят углеродистые и легированные стали ([С]х≥0,60) перлитного класса, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. При сварке этой группы сталей с использованием рациональных технологий не всегда достигаются требуемые эксплуатационные свойства сварных соединений. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому их сварку выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Перед сваркой такая сталь должна быть отожжена. Независимо от толщины и типа соединения сталь необходимо предварительно подогреть до температуры не ниже 200°С. Термообработку изделия после сварки проводят в зависимости от марки стали и ее назначения.

Эксплуатационная надежность и долговечность сварных конструкций из низколегированных теплоустойчивых сталей зависит от предельно допустимой температуры эксплуатации и длительной прочности сварных соединений при этой температуре. Эти показатели определяются системой легирования теплоустойчивых сталей. По системе легирования стали можно разделить на хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые и хромомолибденовольфрамовые (табл. 1.2). В этих сталях значение углеродного эквивалента изменяется в широких пределах и оценка свариваемости сталей по его значению нецелесообразна. Расчет температуры предварительного подогрева выполняется для каждой кон­кретной марки сталей.

Разделение высоколегированных сталей по группам (нержаве­ющие, кислотостойкие, жаростойкие и жаропрочные) в рамках ГОСТ5632-72 выполнено условно в соответствии с их основными служебными характеристиками, так как стали жаропрочные и жаростойкие являются одновременно кислотостойкими в определенных агрессивных средах, а кислотостойкие стали обладают одновременно жаропрочностью и жаростойкостью при определенных температурах.

Остановимся на кратких рекомендациях по технологии сварки высоколегированных сталей, которые, как уже отмечалось, разделяются на четыре группы.

Для хорошо сваривающихся высоколегированных сталей термообработку до и после сварки не проводят. При значительном наклепе металл необходимо закалить от 1050÷1100°С. Тепловой режим сварки нормальный. К этой группе сталей можно отнести ряд кислотостойких и жаропрочных сталей с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой.

Для удовлетворительно сваривающихся высоколегированныхсталей перед сваркой рекомендуется предварительный отпуск при 650÷710°С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный. При отрицательной температуре сварка не допускается. Предварительный подогрев до 150÷200°С необходим при сварке элементов конструкции с толщиной стенки более 10мм. После сварки для снятия напряжений рекомендуется отпуск при 650÷710°С. К этой группе в первую очередь можно отнести большую часть хромистых и некоторых хромоникелевых сталей.

Таблица 2. Марки теплоустойчивых и высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основе.

Для ограниченно сваривающихся высоколегированных сталей термообработка перед сваркой различная (отпуск при 650÷710°С с охлаждением на воздухе или закалка в воде от 1050÷1100°С). При сварке большинства сталей этой группы обязателен предварительный нагрев до 200÷300°С.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости детали сварного соединения подвергают отпуску при 650÷710°С. Для сварки ряда сталей аустенитного класса обязательна закалка в воде от 1050÷1100°С.

Для плохо сваривающихся высоколегированных сталей перед сваркой рекомендован отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Для всей группы сталей обязателен предварительный подогрев до 200÷300°С. Сварка стали 110Г13Л в состоянии закалки производится без нагрева. Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям, в зависимости от марки стали и назначения. Для стали 110Г13Л термообработка не требуется.

Подготовка металла под сварку

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, разметке, наметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.

Основной метали и присадочный материал перед сваркой должен быть тщательно очищены от ржавчины, масла, влаги, окалины и различного рода неметаллических включений. На месте указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пар, трещин, шлаковых включений, что приводит к снижению прочности и плотности сварного соединения.

Газовые редукторы

Такой сварочный материал, как редуктор, служит для сброса газового давления из баллона и поддержания показателя на постоянном уровне в процессе всего времени работы, независимо от понижения напора вещества в баллоне. Редукторы выпускают двухкамерные и однокамерные. Первые работают более продуктивно, поддерживают неизменное давление и не замерзают при длительном использовании газовых смесей. Для подачи газа в горелку служат резиновые шланги с тканевыми прокладками, которые проходят предварительное испытание на прочность и выдержку напора, о чем существуют специальные документы. Отдельно применяют шланги для кислорода и ацетилена. Для подачи керосина и бензина используют рукава из материала, стойкого к бензину.

Требования к материалам для сварки

Для любого типа сварки используются материалы в соответствии со строгими стандартами, где четко обозначены требования к приемке и контролю. Все партии, пошедшие на изготовление сварочных материалов в заводских условиях, снабжаются сертификатом с указанием технических показателей: знак товарной принадлежности изготовителя; условные обозначения, состоящие из букв и цифр, показывающих марку и тип; заводской номер партии плавки и смены; показатель поверхностного состояния электрода или проволоки; химический состав сплава с указанием процентного соотношения; механические характеристики получаемого наплавленного шва; вес нетто.

Общими требованиями для всех электродов являются стабильно горящая дуга, хорошо сформированный шов. Металл полученной наплавки соответствует предварительно заданному химическому составу, расплавление стержня при работе идет равномерно, без разбрызгивания и выделения токсических веществ. Проволока способствует производству высококачественной сварки, шлак с поверхности шва удаляется легко, покрытие шва отличается прочностью. Электроды сохраняют технические параметры в течение длительного времени. Для выполнения процесса сварки важна каждая деталь. Применение качественных материалов в работе играет не последнюю роль в процессе стойкого и прочного соединения металлов.

Правила хранения

Кроме учёта расхода сварочных материалов следует побеспокоиться о их надёжной сохранности в складских критериях. Согласно аннотации под обозначением РД 34.10.124-94 в критериях склада они должны содержаться в заводской упаковке и быть разбиты по сортам и маркам отдельных наименований.

Само хранилище (кладовая) обязано размещаться в специально оборудованном для этих целей закрытом помещении. Электроды с доп покрытием, прошедшие подготовительную прокалку, хранятся либо в особых сушильных шкафах либо же в жёсткой таре, имеющей крышку с уплотнителем (при температуре не ниже +15 градусов).

Флюсы, также прошедшие прокалку, хранятся в тех же критериях и в таковых же шкафах, что и покрытые электроды (в отдельных вариантах допускается их складирование на особых противнях из нержавейки).

Направьте внимание, что порошковая проволока, используемая при аргонодуговой сварке также обязана отчаливать на хранение лишь опосля подготовительной прокалки.

Срок хранения всех вышеперечисленных расходных материалов при их содержании в сушильных шкафах, тепловых пеналах либо иной герметичной таре обычно ничем не ограничен.

В случае хранения на открытых местах в помещениях кладовых этот срок ограничивается и для электродов и флюса составляет не наиболее 15-ти суток. Для порошковой проволоки и плавильных изделий, применяемых при сварке перлитной стали, он не может превосходить 5-ти дней.

В зонах хранения материалов для сварки для удобства сварщика и обслуживающего персонала должны иметься особые указательные таблички с данными о главных параметрах изделий (их марке, количестве, номере партии и тому схожее).

Подводя результат всему произнесенному, отметим, что грамотный подход к выбору, применению и хранению расходного материала является залогом удачного выполнения сварочных работ. Лишь с учётом этого принципиального фактора удаётся достигнуть требуемого свойства и надёжности готовых сварных изделий.