При сварке низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей необходимо учитывать, к какой группе свариваемости сталей относится та или иная марка стали. Среднеуглеродистые конструкционные стали содержат большее количество углерода, чем низкоуглеродистые. А углерод сильно влияет на свариваемость сталей.
Виды низколегированной стали
Конструкционные низколегированные стали классифицируются:
Типы низкоуглеродистых сталей представлены в таблице.
| Наименование | Примеры маркировки |
| Хромокремненикельмедистые | 10ХСНД, 15ХСНД |
| Хромокремнемарганцовистые | 14ХГС |
| Марганцовоазотнованадиевые | 14Г2АФ |
| Кремнемарганцовистые | 14ГС, 10Г2С1, 09Г2С |
| Марганцовистые | 14Г2, 14Г |
Среднеуглеродистые марки (35ХМ, 18Г2АФ, 17ГС) содержат более 0.25% углерода и применяются после проведения термообработки.
Теплоустойчивые металлы при работе в районе высоких температур имеют повышенную прочность. Находят применение в изготовлении металлических элементов энергетических устройств.
Ввиду более высокой прочности низколегированных сталей (по сравнению с углеродистыми конструкционными) их применение при производстве сварных конструкций снижает вес и экономит металл.
Благодаря этим свойствам, материалы применяют в вагоно- и судостроении, строительстве и других областях промышленности.
Сварка низкоуглеродистых конструкционных сталей
В химическом составе низкоуглеродистых сталей содержится до 0,25% углерода, свариваемость у таких сталей хорошая. Они относятся к первой группе свариваемости и свариваются без ограничений всеми видами сварки.
Электроды для сварки низкоуглеродистых сталей
При ручной дуговой сварке низкоуглеродистых сталей, выбор электродов для их сваривания происходит, исходя из многих требований:
- Необходимо обеспечить прочность сварного шва, равную прочности основного металла;
- Дефекты в сварных швах не допускаются;
- Сварной шов должен иметь определённый, требуемый химический состав;
- Сварное соединение должно сохранять работоспособность при воздействии на него вибрации, ударных нагрузок, а также при повышенных или пониженных температурах.
В зависимости от назначения сварной конструкции, условий эксплуатации и требований, предъявляемых к ней, низкоуглеродистые стали сваривают электродами Э38, Э42 и Э42А. Этим типам электродов соответствуют марки ОММ-5, СМ-5, УМ-7, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и другие марки.
Электроды типа Э38 предназначены для металлоконструкций, к которым не предъявляются высоких требований. Электродами типа Э42 сваривают ответственные конструкции из низкоуглеродистых сталей, к которым предъявляются повышенные требования. Электроды типа Э42А предназначены для сварки особо ответственных металлоконструкций.
Режимы сварки низкоуглеродистых сталей
Режимы сварки низкоуглеродистых сталей, в зависимости от типа электрода, представлены в таблице:
Марка электрода
| Диаметр электрода, мм | Сила сварочного тока, А, при положении сварки | Характер сварочного тока | Температура прокаливания электрода, °C | |||
| нижнем | вертикальном | потолочном | ||||
| ОММ-5 | 2 | 60-70 | 50-60 | 60-70 | Постоянный | 150 |
| 3 | 100-130 | 80-110 | 90-120 | |||
| 4 | 160-190 | 130-150 | 140-160 | |||
| 5 | 200-220 | 150-170 | Неприменим | |||
| ЦМ-7 | 4 | 160-190 | 130-150 | 140-160 | Постоянный, переменный | 200 |
| 5 | 210-250 | 140-160 | Неприменим | |||
| 6 | 260-320 | Неприменим | Неприменим | |||
| ОМА-2 | 2 | 25-45 | 20-45 | 20-45 | 100 | |
| 3 | 50-80 | 40-80 | 50-80 | |||
| УОНИ-13/45 | 2 | 45-65 | 30-40 | 30-45 | Постоянный | 350-370 |
| 3 | 80-100 | 60-80 | 70-90 | |||
| 4 | 130-160 | 100-130 | 120-140 | |||
| 5 | 170-200 | 140-160 | 150-170 | |||
| СМ-11 | 4 | 160-220 | 140-180 | 140-180 | Постоянный, переменный | 300-350 |
| 5 | 200-250 | 160-200 | Неприменим | |||
Перед сваркой необходимо произвести прокалку электродов. Рекомендуемая температура прокалки электродов зависит от их марки и должна быть указана в паспорте на электроды.
Особенности процесса
Низколегированная сталь – материал, относящийся к группе удовлетворительно свариваемых металлов, которые соединяются почти всеми видами сварки.
- одинаковая прочность шва;
- получение требуемой формы;
- отсутствие дефектов.
Сварка низколегированной стали выполняется труднее низкоуглеродистой конструкционной. Она более чувствительна к тепловым воздействиям. Следует учитывать, что содержание в материале более 0.25% углерода может привести к формированию закалочных структур и трещин в шве, а выгорание углерода – к образованию пор.
Во избежание формирования закалочных мартенситных структур деталь подогревают, применяют многослойную сварку с соблюдением между наложением слоев металла в шов минимального интервала времени. Материал покрытых электродов выбирается с низким содержанием фосфора, углерода и серы. Это способствует увеличению стойкости шва против кристаллизационных трещин.
Соединение хромокремнемарганцовистых сталей
Этот тип низколегированных сталей также носит название хромансиль. В состав входит углерода 0.17-0.4%, марганца 0.8-1.1%, кремния и хрома – 0.9-1.2%. Материал недорогой, имеет хорошую упругость и прочность, выдерживает вибрацию. Недостаток – плохая теплоустойчивость.
При проведении газовой сварки хром и кремний частично выгорают, что приводит к формированию оксидов, шлаков и непроваров в соединении. Чтобы избежать окисления легирующих добавок, работа выполняется нормальным пламенем, мощность которого подбирается из соотношения 75-100 дм 3 /ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого материала. Марки присадочной проволоки:
- низкоуглеродистая Св-08 или Св-08А – для неответственных конструкций;
- легированная Св-19ХМА, Св-13ХМА, Св-10ХГС, Св-18ХГСА – для соединения ответственных объектов.
Рабочий процесс ведется в один слой без перерывов. Пламя горелки на одном месте не задерживается во избежание перегрева металла сварочной ванны. Чтобы свести к минимуму коробление, шов формируется от середины к краям и обратно. Во избежание трещин свариваемый элемент охлаждают медленно.
Ответственные детали закаляют при температуре 500-650°С, с выдержкой и последующим нагревом до 880°С. Охлаждают в масле. Затем отпускают с нагревом до 400-600° и охлаждением в горячей воде.
Сварка конструкционных низколегированных сталей
- углерода до 0.2%;
- легирующих компонентов – до 2-3%.
Механические свойства этих металлов выше, чем низкоуглеродистых. Содержание кремния в пределах 1-1.1% способствует улучшению прочности и упругости материала. При его повышении в сварном шве увеличивается количество неметаллических включений, что затрудняет сварочный процесс. Марганец от 1.6 до 1.8%, усиливает способность материала к закалке, но технологически усложняет процесс работы. Повышенное содержание молибдена, хрома, ванадия негативно влияет на свариваемость.
Стали, склонные к закалке, сваривают:
- на мягком режиме без термообработки (или в печи);
- на жестком режиме с термообработкой в точечной машине.
Сила тока при работе с низколегированными материалами рекомендуется на 10-15% ниже, чем при сварке малоуглеродистой стали. Давление на электроды – выше на 10-50%.
Сварка производится теми же методами, что и низкоуглеродистой стали – дуговым, газовым и контактным. Ручная сварка выполняется электродами типа Э-50А, которые обеспечат шов с механическими свойствами, аналогичными основному металлу.
Соединение сталей 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д
Отличительным качеством марок низколегированных низкоуглеродистых сталей 09Г2С и 10Г2С1 является отсутствие склонности к перегреву и образованию закалочных структур. Работа проводится при любом тепловом режиме с соблюдением технологии процесса для низкоуглеродистых сталей. Обеспечение равнопрочности сварного шва достигается электродами Э50А, Э46А. Прочность и твердость околошовной зоны такая же, как у основного металла.
Марка 10Г2С1Д является низколегированной конструкционной сталью для сварных изделий. При сварке без ограничений процесс выполняется без подогрева и термообработки. Ограниченная свариваемость стали требует подогрева до 100-120° и термообработки. Трудносвариваемый материал требует дополнительных действий: подогрева при сварке до 200-300° и отжига после сварки.
Сварка среднеуглеродистых конструкционных сталей
Сварка среднеуглеродистых сталей осложняется повышенным содержанием углерода (до 0,45%) в их составе, что может привести к образованию холодных трещин при сварке, а также к формированию мало пластичных закалочных структур в зоне термического влияния.
Для того чтобы уменьшить риск образования трещин в металле сварного шва, необходимо снизить в нём содержание углерода. Этого можно добиться, выбрав для сварки электроды с пониженным содержанием углерода, а также путём уменьшения доли основного металла в сварном шве.
Электроды для сварки среднеуглеродистых сталей и выбор режимов сварки
Сварку среднеуглеродистых сталей производят электродами следующих марок: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, АНО-7, АНО-8, АНО-11 и другими маркими.
Рекомендуемые режимы сварки, в зависимости от марки электрода, представлены в таблице ниже, а также, в таблице выше по тексту:
| Марка электрода | Диаметр электрода, мм | Сила сварочного тока, А, при положении сварки | Характер сварочного тока | Температура прокаливания электрода, °C | ||
| нижнем | вертикальном | потолочном | ||||
| ОЗС-2 | 3 | 80-100 | 60-80 | 60-80 | Постоянный | 250-300 |
| 4 | 130-150 | 120-140 | 120-140 | |||
| 5 | 170-200 | 150-170 | Неприменим | |||
| УОНИ-13/55 | 3 | 80-100 | 60-80 | 70-90 | 350 | |
| 4 | 130-160 | 100—130 | 120-140 | |||
| 5 | 170-200 | 140-160 | 150-170 | |||
| 6 | 210-240 | 180-210 | Неприменим | |||
Для того, уменьшить риск возникновения закалочных структур, перед сваркой выполняют предварительный подогрев изделия, а во время сварки производят сопутствующий подогрев.
Рекомендуемая температура предварительного подогрева составляет 100-200°C. При сварке толстого металла, температура подогрева несколько выше. Подогрев выполняют на расстоянии 50-70мм от сварного шва. По окончании сварки рекомендуется обеспечить медленное охлаждение сварного соединения.
Сварку металла большой толщины выполняют, используя схему сварки «каскадом» или «горкой». Подробнее об этих схемах рассказано на странице «Технология ручной дуговой сварки Ч.3. Техника ручной дуговой сварки». Применение этих схем способствует замедлению охлаждения сварного соединения. И это позволяет снизить риск возникновения закалочных структур в сварном шве и зоне термического влияния.
Технология
Ручная дуговая сварка – наиболее распространенный метод соединения материалов сварочных конструкций, при котором вручную:
- возбуждается дуга;
- подается и перемещается электрод.
Работа проводится покрытыми электродами. Способ заключается в горении сварочной дуги с электрода на свариваемый предмет. Кромки изделия оплавляются, металл электродного стержня и покрытие электрода расплавляются. Основной металл и материал электрода кристаллизуются, образуя сварной шов.
Особенности маркировки
Стандарты изготовления и марки низколегированных сталей определяет ГОСТ 19282-73. Его применяют для работы с рулонными, широкополосными, толстолистовыми материалами, способ обработки не важен (это может быть фасон, поковка, штамповка, пр.). Стальные сплавы используют при строительстве зданий, сварке, сборке разных конструкций, в машиностроении.
По ГОСТ в маркировке должны указываться такие данные:
- группа цифр в самом начале – указывает процентное содержание углеродов в стали;
- буква для легирующего элемента, цифры, указывающие на его процентное содержание (когда менее 1%, цифра не указывается вообще).
Пример маркировки на сплаве 18ХГТ:
- углеродистые части – 0.18%;
- марганец;
- хром;
- титан.
Поскольку цифры не указаны, остальных элементов в сплаве не более 1%.
Распространённые марки низколегированных сталей, применяемых при сварке металлоконструкций
Низколегированные стали, из которых сваривают строительные конструкции, содержат в своём составе углерода не более 0,25% и легирующих элементов — не более 3%.
Для изготовления металлоконструкций промышленных и гражданских сооружений больше всего подходят такие марки сталей, как 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д, 16ГС, 14Г2АФ, 16Г2АФ и др.
Для изготовления сварных газопроводных труб хорошо подходят такие марки стали как 18Г2С, 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц и др. Эти же марки применяют и при изготовлении арматуры для железобетонных плит.
Подготовка к сварке
Углеродистые и низколегированные стали разрезают на заготовки газовой, плазменной или воздушно-дуговой резкой с последующей зачисткой участков нагрева резцовыми или абразивными инструментами до удаления следов огневой резки.
Перед сборкой стыка свариваемые кромки на ширину 20 мм зачищают до металлического блеска и обезжиривают.
Стыки собирают в сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Их ставят с применением присадочных проволок той же марки, какой будет выполнена сварка корневого шва.
Высота прихватки должна быть равна 0,6-0,7 толщины свариваемых деталей, но не менее 3 мм, при толщине стенки до 10 мм или 5-8 мм при толщине стенки более 10 мм.
Прихватки необходимо выполнять с полным проваром. Их поверхность должна быть тщательно зачищена. Прихватки, имеющие недопустимые дефекты, следует удалить механическим способом.
Сварочную проволоку в течение 1,2-2 ч прокаливают при температуре 150-250°С. Ржавчина на проволоке резко ухудшает стабильность процесса сварки. Удалять ржавчину рекомендуется травлением проволоки в 5%-ном растворе соляной кислоты с последующим прокаливанием 1,5-2 ч при температуре 150-250°С.
Какими электродами варить сталь 09г2с
Низколегированная сталь марки 09г2с за счет своих свойств (малый процент легирующих компонентов) при сварке не перегревается и не закаливается. Это дает возможность варить сталь и конструкции из нее широким рядом электродов для сварки .
Электроды для сварки низколегированных сталей марки 09 г2с с временным сопротивлением разрыву до 60 кг/см2 — обозначаются « У». (ГОСТ 9467-75)
При ручной сварке применяют:
Электроды УОНИИ 13/45 (Э 42а)
Этими электродами сваривают конструкции из стали 09г2с, к которым предъявлены особенные требования. И прежде всего при сварке в очень низких температурах наружного воздуха. Металл сварного шва требует более жестких показателей прочности.
Электроды отличаются минимальным распылением металла при сваривании..
Электроды выбирают в зависимости отих линейного размера, который связан с их диаметрами: от 300 мм до — 450 мм .
Значение диаметра и положение швазадают силу тока( в А.)
По отзывам сварщиков эти электроды оказывают меньшее воздействие на качества наплавленного металла и не ухудшают его свойств. А так же у них отличная способность удаления нагара.
Сваренные швы выдерживают значительные нагрузки, что выгодно отличает эти электроды от других .
Электроды УОНИИ13/55 С (Э 50а)
Этими электродами так же сваривают конструкции из стали 09г2с, к которым предъявлены особенные требования. И прежде всего при сварке в очень низких температурах наружного воздуха (даже в Арктике) После сварки этими электродами металл сварного шва отвечает соответствующим более жестким нормативам по пластичности и ударной вязкости.
Технология сварки углеродистых и низколегированных сталей
Температура плавления углеродистой стали составляет 1535°С
МАРКА СТАЛИ
СВАРИВАЕМОСТЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ
Углеродистые
Ст3; Ст4; Ст3кп; Ст4кп; Стали 10,15,20
Электродная проволока: Св-08Г2С; Св-08ГС; Св-07ГС; Св-12ГС; Св-10ХГ2С1 Порошковые проволоки: ПП-АН8; ПП-АН10; ПП-АН13; ПП-АН21
Низколегированные
10ХСНД;15ХСНД; 14ХГС; 09Г2; 09Г2С;09Г2СД
Защитная среда: CO2; Ar+CO2 Электродная проволока: Св-08ГС; Св-08Г2С; Св-08ХГСМ; Св -08ХГ2СМ; Св-08ХГСМА Порошковые проволоки: ПП-АН 54
Выбор параметров режима сварки
Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.
Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от типа сварного соединения, толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве.
Зависимость диаметра проволоки от типа соединения и толщины металла
Диаметр проволоки, мм
Толщина металла (мм) для соединений
Положение шва в пространстве
угловых
тавровых
нахлесточных
