Сварка углеродистых сталей

Сварка углеродистых сталей

Углеродистая сталь – сплав железа и углерода с незначительным содержанием полезных примесей: кремний и марганец, вредных примесей: фосфор и сера. Концентрация углерода в сталях данного типа составляет 0,1-2,07%. Углерод выступает в качестве основного легирующего элемента. Именно он определяет сварочно-механические свойства этого класса 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.

Сварка низкоуглеродистых сталей
      Из-за малого концентрата углерода данный вид имеет следующие свойства:
      высокая упругость и пластичность;
      значительная ударная вязкость;
      хорошо поддается обработке с помощью сварки.

Низкоуглеродистые стали широко применяются в строительстве и при производстве деталей методом холодной штамповки. 

Технология сварки низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали поддаются свариванию лучше всего. Их соединение может проводиться методом ручной дуговой сварки электродами с обмазкой. Применяя данный способ важно правильно подобрать марку электродов, что обеспечит равномерную структуру наплавленного металла. Сваривание должно осуществляться быстро и точно. Перед началом работ нужно подготовить соединяемые детали.

Газовая сварка осуществляется без применения дополнительных флюсов. В качестве присадочного материала используются металлические проволоки с небольшим содержанием углерода. Это поможет предотвратить образование пор.

Для обработки ответственных конструкций применяется газовая сварка в среде аргона.

После сварки готовую конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке путем операции нормализации: изделие следует нагреть до температуры примерно в 400°С; выдержать и охладить на воздухе. Данная процедура способствует тому, что структура стали становится равномерной.

Виды сварки низкоуглеродистых сталей

1. Первым методом для соединения низкоуглеродистых сталей является ручная дуговая сварка электродами с покрытием. Для выбора оптимального вида и марки расходников необходимо учитывать следующие требования:

  • сварной шов без дефектов: пор, подрезов, непроваренных участков;
  • равнопрочное соединение с основным изделием;
  • оптимальный химический состав металла шва;
  • устойчивость швов при ударных и вибрационных нагрузках, а также повышенных и пониженных температурах.

Наименьший показатель напряжения и деформации исполнитель получает при выполнении сварки в нижнем пространственном положении.

Для сварки рядовых конструкций используются следующие марки электродов: АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-21, SF 6013 и др.

Для сваривания ответственных конструкций применяются следующие марки сварочных материалов: МР-3, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/45SF 7018 и др.

2. Газовая сварка осуществляется в защитной среде из аргона, без использования флюса, с применением металлической проволоки в качестве присадочного материала.

3. Электрошлаковая сварка осуществляется при помощи флюсов. Проволочные и пластинчатые электроды подбираются с учетом состава основного сплава.

4. Автоматическая и полуавтоматическая сварка осуществляется с защитной среде; применяется чистый аргон или гелий, часто используется углекислый газ. CO2 должен обладать высоким качеством. Если соединение кислорода и углерода будет перенасыщено водородом или азотом, то это приведет к порообразованию.

Среднеуглеродистые стали

У данных сталей присутствует свойство закаливаться после нагрева и быстрого охлаждения. Например, стали с содержанием углерода более 0,4% выгоднее сваривать дуговой сваркой плавлением, так же нельзя исключать возможность сварки ацетиленокислородным пламенем. Чтобы получить добротное сварное соединение сварочный процесс следует делать с максимальной скоростью, с предварительной и последующей термообработкой. Для газовой сварки сталей данного класса, следует применять присадочную проволоку с раскислителями (марганцем и кремнием), это делается для того, чтобы избежать выгорания углерода и образования пористости шва.

Технология сварки среднеуглеродистых сталей

Сваривание данных сплавов выполняется не так хорошо, как соединение низкоуглеродистых сталей. Обусловлено это несколькими трудностями:

  • отсутствие равнопрочности основного и наплавленного металлов;
  • высокий уровень риска образования больших трещин и непластичных структур в околошовной зоне;
  • малый показатель стойкости к формированию кристаллизационных дефектов.

Однако, эти проблемы довольно легко решаются посредством выполнения следующих рекомендаций:

  • применение электродов и проволоки с небольшим содержанием углерода;
  • сварочные стержни должны обладать повышенным коэффициентом наплавки;
  • для обеспечения наименьшей степени проплавления основного металла следует производить разделку кромок, устанавливать оптимальный режим сварки, использовать присадочную проволоку;
  • предварительный и сопутствующий подогрев заготовок.

Технология сварки углеродистой стали при выполнении вышеперечисленных рекомендаций не обнаруживает появление проблем и затруднений.

Особенности сварки среднеуглеродистых сталей

Перед свариванием изделие необходимо очистить от грязи, ржавчины, масла, окалины и других загрязнений, которые являются источником водорода и могут поспособствовать образованию пор и трещин в шве. Очищению подвергаются кромки и прилегающие к ним участки шириной не более 10 мм. Это гарантирует прочность соединения при нагрузках различного рода.

Сборка деталей под сварку подразумевает соблюдение зазора, ширина которого зависит от толщины изделия и должна быть на 1-2 мм. больше, чем при работе с хорошо свариваемыми материалами.

Если толщина изделия из среднеуглеродистой стали превышает 4 мм., нужно выполнить разделку кромок.

Для наименьшей проплавки основного металла и оптимального уровня охлаждения следует верно подбирать режим сваривания. Правильность выбора можно подтвердить, осуществив замер твердости наплавленного металла. При оптимальном режиме, она не должна быть выше 350 HV.

Ответственные узлы соединяются в два и более прохода. Не допускаются частые разрывы дуги, ожог (прижег) основного металла и вывод на него кратера.

Сваривание ответственных конструкций осуществляется с предварительным подогревом от 100 до 400°С. Чем больше содержание углерода и толщина деталей, тем выше должна быть температура.

Охлаждение должно быть медленным, изделие помещается в термостат или накрывается теплоизоляционным материалом.

Для сварки  конструкций используются следующие марки электродов: УОНИИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, SF 7018.

Особое покрытие сварочных материалов УОНИ гарантирует увеличение стойкости соединения к образованию трещин, а также обеспечивает прочность шва.

Следует учитывать следующие нюансы:

  • вместо поперечных перемещений нужно выполнять продольные;
  • необходимо производить заварку кратеров, иначе увеличивается степень риска формирования трещин;
  • рекомендуется осуществлять термообработку шва.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Высокое содержание углерода в сталях данного вида делает их, как правило, непригодными для изготовления сварных конструкций. Они характеризуются низкой пластичностью, поэтому имеют ограниченное применение.

Потребность в высокоуглеродистых сталях возникает при проведении ремонтных работ, при производстве пружин, режущих, бурильных, деревообрабатывающих и других инструментов, высокопрочной проволоки, а также в тех изделиях, которые должны обладать высокой износостойкостью и прочностью.

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Сваривание возможно, как правило, с предварительным и сопутствующим подогревом до 150-400°С, а также последующей термообработкой. Обусловлено это склонностью данного типа сплавов к хрупкости, чувствительностью к горячим и холодным трещинам, химической неоднородностью шва.

К сведению! Исключения возможны, если использовать специализированные электроды для разнородных сталей. См. фото и подпись к нему ниже.

После подогрева необходимо произвести отжиг, который нужно проводить до тех пор, пока изделие не остынет до температуры 20°С.

Важным условием является недопустимость осуществления сварки на сквозняках и при температуре окружающей среды ниже 5°С.

Для повышения прочности соединения необходимо создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла.

Хорошие результаты достигаются при сваривании узкими валиками, с охлаждением каждого наплавленного слоя.

Исполнителю следует также соблюдать правила, предусмотренные для соединения среднеуглеродистых сплавов.

Особенности сварки высокоуглеродистых сталей

Рабочую поверхность необходимо очистить от загрязнений различного рода: ржавчина, окалина, механические неровности и грязь. Присутствие загрязнений может привести к образованию пор.

Охлаждать конструкции из высокоуглеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, для нормализации структуры.

Предварительный подогрев ответственных изделий до 400°С позволяет достичь необходимого показателя прочности.

Сварка высокоуглеродистой стали проводится специально разработанными электродами, например, НР-70. Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности.