Сварка конструкционных низколегированных сталей. Сварка низколегированных сталей

Сварка низколегированных сталей

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

Легированные стали подразделяются на низколегированные (легирующих элементов в сумме менее 2,5%), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (более 10%). Низколегированные стали делят на низколегированные низкоуглеродистые, низколегированные теплоустойчивые и низколегированные сред неуглеродистые.

Механические свойства и химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведены в табл. 33.

33. Механические свойства низколегированных низкоуглеродистых сталей при данном химическом составе

Содержание углерода в низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,22%. В зависимости от легирования стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемар-ганцовистые (14ХГС и др.), марганцовоазотнованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФ, 18Г2АФпс и др.), марганцовониобиевая (10Г2Б), хромокремненикельмедистые (10ХСНД, 15ХСНД) и т. д.

Низколегированные низкоуглеродистые стали применяют в транспортном машиностроении, судостроении, гидротехническом строительстве, в производстве труб и др. Низколегированные стали поставляют по ГОСТ 19281 - 73 и 19282 - 73 и специальным техническим условиям.

Низколегированные теплоустойчивые стали должны обладать повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Наиболее широко теплоустойчивее стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. Для повышения жаропрочности в их состав вводят молибден (М), вольфрам (В) и ванадий (Ф), а для обеспечения жаростойкости - хром (X), образующий плотную защитную пленку на поверхности металла.

Низколегированные среднеуглеродистые (более 0,22% углерода) конструкционные стали применяют в машиностроении обычно в термообработанном состоянии. Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей подобна технологии сварки среднелегирован-ных сталей.

Особенности сварки низколегированных сталей. Низколегированные стали сваривать труднее, чем низкоуглеродистые конструкционные. Низколегированная сталь более чувствительна к тепловым воздействиям при сварке. В зависимости от марки низколегированной стали при сварке могут образоваться закалочные структуры или перегрев в зоне термического влияния сварного соединения.

Структура околошовного металла зависит от его химического состава, скорости охлаждения и длительности пребывания металла при соответствующих температурах, при которых происходит изменение микроструктуры и размера зерен. Если в доэвтектоидной стали получить нагревом аустенит (рис. 100), а затем сталь охлаждать с различной скоростью, то критические точки стали снижаются.

Рис. 100. Диаграмма изотермического (при постоянной температуре) распада аустенита низкоуглеродистой стали: А - начало распада, Б - конец распада, A1 - критическая точка стали, Мн и Мк - начало и конец превращения аустенита в мартенсит; 1, 2, 3 и 4 - скорости охлаждения с образованием различных структур

При малой скорости охлаждения получают структуру перлит (механическая смесь феррита и цементита). При большой скорости охлаждения аустенит распадается на составляющие структуры при относительно низких температурах и образуются структуры - сорбит, троостит, бейнит и при очень высокой скорости охлаждения - мартенсит. Наиболее хрупкой структурой является мартенситная, поэтому не следует при охлаждении допускать превращения аустенита в мартенсит при сварке низколегированных сталей.

Скорость охлаждения стали, особенно большой толщины, при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения металла на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита.

Для предупреждения образования при сварке закалочной мартенситной структуры необходимо применять меры, замедляющие охлаждение зоны термического влияния, - подогрев изделия и применение многослойной сварки.

В некоторых случаях в зависимости от условий эксплуатации изделий допускают перегрев, т. е. укрупнение зерен в металле зоны термического влияния сварных соединений, выполненных из низколегированных сталей.

При Высоких температурах эксплуатации изделий для повышения сопротивления ползучести (деформирование изделия при высоких температурах с течением времени) необходимо иметь крупнозернистую структуру и в сварном соединении. Но металл с очень крупным зерном обладает пониженной пластичностью и поэтому размер зерен допускается до известного предела.

При эксплуатации изделий в условиях низких температур ползучесть исключается и необходима мелкозернистая структура металла, обеспечивающая увеличенную прочность и пластичность.

Покрытые электроды и другие сварочные материалы при сварке, низколегированных сталей подбираются такими, чтобы содержание углерода, серы, фосфора и других вредных элементов в них было ниже по сравнению с материалами для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей. Этим удается увеличить стойкость металла шва против кристаллизационных трещин, так как низколегированные стали в значительной степени склонны к их образованию.

Технология сварки низколегированной стали. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке не закаливаются и не склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят при любом тепловом режиме, аналогично режиму сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типа Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла.

Сварочные материалы при сварке порошковой проволокой и в защитном газе подбирают такими, чтобы обеспечить прочностные свойства металлу шва на уровне прочности, достигаемой электродами типа Э50А.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовывать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается, если сварка выполняется с относительно большой погонной энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения. Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен (перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Это особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали.

Режим сварки необходимо подбирать так, чтобы не было большого количества закалочных микроструктур и сильного перегрева металла. Тогда можно производить сварку стали любой толщины без ограничений при окружающей температуре не ниже - 10°С. При более низкой температуре необходим предварительный подогрев до 120 - 150°С При температуре ниже - 25°С сварка изделий из закаливающихся сталей запрещается. Для предупреждения большого перегрева сварку сталей 15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пониженной погонной тепловой энергии (при пониженных значениях тока электродами меньшего диаметра) по сравнению со сваркой низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного соединения при сварке этих сталей надо применять электроды типа Э50А или Э55.

Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и других подобна технологии сварки сред не легированных сталей.

Сварка низколегированных сталей

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Легированные стали подразделяются на низколегированные (легирующих элементов в сумме менее 2,5%), средне легированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (более 10%). Низколегированные стали делят на. низколегированные низкоуглеродистые, низколегированные теплоустойчивые и низколегироваї ные среднеуглеродистые.

Механические свойства и химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведены в табл. 33.

Содержание углерода в нпзколеї ированш х низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,22%. В зависимости от легирования стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцпвистые (09Г2С, ЮГ2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемар - ганцовпстые (14ХГС и др.), марганцовоазотнованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФ, 18Г2АФпс и др.), марганцовониобиевая (10Г2Б), хромокремне нике л ьмед истые (10ХСНД, 15ХСНД) и т. д.

Низколегированные низкоуглеродистые стали применяют в транспортном машинострое - кии, судостроении, гидротехническом строительстве, в производств» труб и др. Низколегированные стали поставляют по ГОСТ 19281—73 и 19282—73 и специальным техническим условиям.

Низколегированные теплоустойчивые о али должны обладать повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Наиболее широко тешюус~ойчьиЫ& стали применяют при изготовлении паровых энергетических установок. Для повышения жаропрочности в их состав вводят молибден (М), ъольфрам (В) и ванадий (Ф), а для обеспечения жаростойкости — хром (X), образующий плотную защитную пленку на поверхности металла.

Низколегированные среднеуглеродистые (более,0,22% углерода) конструкционные стали применяют в машиностроении обычно в термообработанном состоянии. Технология сварки низколегированных среднеуглеродистоК сталей подобна технологии сварки среднелегированных сталей.

Особенности сварки низколегированных сталей. Низколегированные стали сваривать труднее, чем низкоуглеродистые конструкционные. Низколегированная сталь более чувствительна к тепловым воздействиям при сварке. В зависимости от марки низколегированной стали при сваї ке могут образоваться закалочные структуры или перегрев в зоне термического влияния сварного соединения.

Структура околошовного металла зависит от его химического состава, скорости охлаждения и длительности пребывания металла при соответствующих температурах, при которых происходит изменение микроструктуры и размера зерен. Если в доэвтектоидной стали получить нагревом аустенит (рис. 100), а затем сталь охлажл-ть с различной скоростью, то критические точки стали снижаются.

При малой скорости охлаждения получают структуру перлит (механическая смесь феррита и цементита). При большой скорости охлаждения аустенит распадается на составляющие структуры при относительно нкчсих температурах и образуются структуры — сорбит, тро- остит, бейнит и при очень высокой скорости охлаждения — (Мартенсит Наиболее хрупкий структурой является мартенситная, п. і ітиму не следует при охлаждении допускать поврите ния аустенита в мартенсит при еплркс шпколс - гированных сталей.

і і nepjrum 30 copSum

tO mpoocrm/m

Рис. 100. Диаграмма изотермического (при постоянной температуре) распада аустешгга иизкоуглеродис - той стали:

А — начало распада. Б— конец распада. А, — критическая точка стали, Мн и Мк — начало и конец превращения аустенита в мартенсит; и,, и2, v3 и и4 — скорости охлаждения с образованием различных структур

Скорость охлаждения стали, особенно большей толщины, при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения металла на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита.

VMK

Мартенсит (M)

Для пред7преждения образования при сварке закалочной мартенситной структуры необходимо применять меры, замедляющие охлаждение : оны термического влияния, — подогрев ИЗ. [ЄЛИЯ и применение многослойной сварки.

При высоких температурах эксплуатации изделий для повышения сопротивления ползучести (деформирование изделия при высоких температурах с течением времени) необходимо иметь крупнозернистую структуру и в сварном соединении. Но металл с очень крупным зерном обладает пониженной пластичностью и поэтому размер зерен допускается до известного предела.

При эксплуатации изделий в условиях низких температур ползучесть исключается и необходима vглкoзepниcтaя структура металла, обеспечивающая увеличенную прочность и пластичность.

Покрытые электроды и другие сварочные материалы при срарке низколегированных сталей подбираются такими, чтобы содержание углерода, серы, фосфора и других вредных элементов в них было ниже по сравнению с мате - I налами для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей. Этим удается увеличить стойкость металла шва против кристаллиэ I- Ционных лрещин, так как низколегированные стали в значительной степени склонны к их образованию.

Технология сварки низколегированной стали. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке не закаливаются и не склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят при любом' тепловом режиме, аналогично режиму сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типа

Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла,

Сварочные ма гериалы при сварке порошковой проволокой и в защитном газе подбирают такими, чтобы обеспечить прочностные свойства металлу шва на уровне прочности, достигаемой электродами типа Э50А.

34, Механические свойства некоторых марок низко - н среднелегнрованных средне углеродистых сталей (после закалки н отпуска) при данном химическом составе

	Механические свойства			Химический состав, %
Марка	(не менее)							Термообра ботка
стали	"а I о ы	П2 _а і— ы	to	"а и Ї 6 1-і ч п в	углерод	марганец	кремний	хром	никель.	молибден
20ХГСА	80	65	12	7	0,17—0 23	0,80—1,10	0,90—1,20	0,80—1,10	—	-	Закалка и отпуск при 480—500°С
25ХГСА	110	85	10	6	0,22—0,28	0,80—1,10	0,90—1,20	0,80—1,10	—	—	То же
30ХГСА	U0	85	10	5	0,28—0 34	0,80—1 10	0,90—1,20	0,80—1,10			Закалка и отпуск при 500—540°С
30ХГСНА	165	140	9	6	0.27—0,34	1,00-1,30	0,90—1,20	0,90—1,20	1,40—1,80		Закалка и отпуск при 200—300 °С
30ХН2МФА	90	80	10	9	0,26-0,33	0.30—0,60	0,17—0,37	0,60—0,90	2,00—2,50	0,20—0,30	Закалка и отпуск при 680°С
20X2 М А	60	45	.16	7	0,18—0,24	0,30-«,70	ОД 7—Ю,37	2,1— 2,4	0,30—0,70	0,25—0,35	Закалка и отпуск при 650 °С

Низколегированные низкоуглеродистые етапи 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовывать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны’ термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается; если сварка выполняется с относительно большой погонной энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного, соединения. Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен (перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Это особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали.

Режим сварки необходимо подбирать так, чіобьі не было большого количества закалочных микроструктур и сильного перегрева металла- Тогда можно производить сварку стали любой толщины без ограничений при окружающей температуре не ниже —10 °С. При более низкой температуре необходим предварительный подогрев до 120—150°С. При температуре ниже —25 °С сварка изделий из закаливающихся сталей запрещается. Для предупреждения большого перегрева сварку сталей 15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пониженной погонной тепловой энергии (при пони - женньк значеннях тока электродами меньшего диаметра) по сравнению со сваркой низкоугле - родистой стали.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного'соединения при сварке этих сталей надо применять электроды типа Э50А или Э55.

Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и других подобна технологии сварки среднелегированных с, алей

§ 76 Сварі а среднелегированных сталей

Хромокремнемарганцевая конструкционная (20ХҐСА, 25ХГСА, 30ХГСА), хромокремне - маргандевоникелевая конструкционная(ЗОХГСНА), хромоникелеи-шибденованадиевая конструкционная (30ХН2МФА), хромомолибденовая жаропрочная (12Х5МА), хромоникеле - молибденовяя жаропрочная (20Х2МА) и другие среднелегироьанные стали с содержанием углерода до 0,5% поставляются в основном по ГОСТ 1543—71 и разделяются на качественные и высококачественные.

Среднелегированные стали (табл. 34) обладают временным сопротивлением 60— 200 кгс'мм2; они относятся к перлитному классу.

Эти стали характерны высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние; поэтому их применяю! для конструкций, работающих при і изких или высоких температурах, при ударных или знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и других тяжелых условиях.

Среднелегированные стали весьма чувствительны к. нагреву, при сварке они могут закаливаться, перегреваться образовывать холодные трещины, что затрудняет их сварку. Чем выше содерж іние углерода и легирующих примесей и чем больше толщина металла, тем хуже свариваемость этих сталей.

Сварка среднелегированных сталей должна производиться электродами с фтористо-кальциевым покрытием на постоянном токе при обратной полярности с выполнением многослойных швов каскадным и блочным способами. Технология сварки должна предусматривать низкие скорости охлаждения металла шва. Существенно способствует предупреждению трещин повышение температуры разогрева более 150 °С. Длина ступени каскадной свайки должна выбираться из расчета указанного разогрева металла предыдущего слоя шва, перед наложением последующего слоя. Обычно длина ступени составляет 150—200 мм

Марки покрытых электродов при сварке выбирают в зависимости от вида термической обработки сварного соединения (табл. 35).

35. Выбор сварочных материалов

■ Марка стали	Термообработка	Вид сварки	Сварочные 'материалы
25ХГСА	Закалка и высокий отпуск	Покрытыми электродами	ВИ9-6 (Св-18ХМА)
30ХГСА		В углекислом газе	Св-ЮГСМТ
25ХГСА	Закалка и средний отпуск	Покрытыми электродами	ВИ-10-6 (Св-18 ХМ А),
ЗОХГСА			НИАТ-ЗМ
		В углекислом газе	Св-08ХЗГ2СМ
25ХГСА	Без термообработки	Покрытыми электродами	ВИ9-6 (Св-08)
ЗОХГСА			ВИ9-6 (Св-18ХМА)
			ВИ-12-6 (Св-04Х19
			НИ М3)

Сварка – технологический процесс, используемый на многих производствах, для соединения деталей путем их нагрева и установления межатомных связей. Существует более ста видов сварки, которые классифицируются по различным признакам. Классификация по …

Такая технология гравировки, резки и раскроя материала использует лазер высокого уровня мощности. Лазерный луч, который сфокусирован, двигается в графической программе по траектории отрисованного эскиза. Используются разные материалы: двухслойный пластик, органическое …

Как правильно выбрать сварочный кабель? На обеспечение бесперебойной работы сварочного оборудования, а также длительность его эксплуатационного срока зависит то, как правильно выбрать сварочный кабель. Необходимо, чтобы это было приспособление высокого …

msd.com.ua

Сварка средне- и низкоуглеродистых низколегированных сталей: особенности технологии

Особенности технологии сварки низколегированных сталей определяются процентным содержанием в них углерода и количеством и номенклатурой легирующих элементов. Общее правило – для сварки требуются электроды, содержащие углерода, серы и водорода меньше, по сравнению с электродами, используемыми для конструкционных нелегированных сталей. Такая мера позволяет предотвратить образование кристаллизационных трещин, к которым низколегированные стали склонны в значительной степени.

Сварка низкоуглеродистых низколегированных сталей

К этой группе принадлежат железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 0,22%. Такая металлопродукция востребована для создания сварных конструкций с повышенными требованиями к прочности. По технологиям сварки (ручная электродуговая, в среде защитного газа, газовая) и реакции на температурный цикл низкоуглеродистая низколегированная сталь сходна с нелегированной низкоуглеродистой. Отличием является большая склонность низколегированного сплава к появлению в шве и околошовной зоне закалочных структур при быстром охлаждении.

Особенности сварки сталей различных марок

09Г2С, 09Г2, 10ХСНД, 10Г2С1, 10Г2Б. Не склонны к перегреву и закалке во время сварочного процесса. Ручную электродуговую сварку этих низколегированных сталей осуществляют электродами типа Э50А, обеспечивающими равнопрочность соединения. При этом твердость и прочность металла, прилегающего ко шву, почти не отличаются от аналогичных характеристик основы.
14ХГС, 15ХСНД. При сварке появляются закалочные структуры, перегревается металл в околошовной зоне. Во избежание этих проблем рекомендуется производить сварку на сниженной тепловой энергии, что достигается установкой пониженного сварочного тока и применением электродов меньшего диаметра (по сравнению с низкоуглеродистыми сталями). Тип электродов – Э50А или Э55. При соблюдении вышеперечисленных условий сварку можно производить без ограничений по толщине свариваемых элементов при температурах выше -10°C. В диапазоне -10…-25°C требуется предварительный подогрев. Вести сварочные работы при температурах ниже -25°C с этими марками запрещено.
15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ – менее подвержены перегреву, по сравнению с предыдущими марками, благодаря легированию ванадием и азотом.

Для работы с низкоуглеродистыми низколегированными сталями рекомендуются электроды с фтористокальциевыми покрытиями: УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, УОНИ 13/85, ОЗС-2, ЦУ-1, ЦЛ-18, НИАТ-5. Электроды с руднокислыми покрытиями при создании конструкций ответственного назначения не используются.

При изготовлении крупногабаритной продукции из сталей 09Г2С, 16ГС, 15ХСНД, 14Г2 толщиной до 160 мм чаще всего применяется электрошлаковая сварка. Рекомендуемые виды проволоки: Св-08ГС, Св-10Г2. Проволока марок Св-08А и Св-08ГА обеспечивает меньшую прочность.

Сварка среднеуглеродистых низколегированных сталей

Технология сварочного процесса для марок 18Г2Ф, 35 ХМ и им подобных аналогична сварке среднелегированных сталей. Для этих сплавов характерны: перегрев, образование закалочных структур, трещинообразование. Чем выше процентное содержание углерода и легирующих компонентов, тем больше затруднена сварка.

Особенности сварочного процесса среднеуглеродистых низколегированных сталей

Электроды – с фтористо-кальциевым покрытием.
Многослойные швы, выполненные каскадным и блочным методами. Длина ступени при каскадном способе составляет обычно 150-200 мм.

Замедление охлаждения сварочного шва.

metallz.ru

Сварка конструкционных низколегированных сталей — Мегаобучалка

Реферат

Данная курсовая работа содержит 24 машинописные страницы, 9 рисунков, 5 таблиц и один чертеж на листе форматом А1.

Ключевые слова: сварная конструкция, стрела трубоукладчика, 09Г2С, сварка, свариваемость, дуговая сварка покрытым электродом, дуговая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка, дуговая сварка в среде защитных газов, углекислый газ, режимы сварки, сварочные дефекты, контроль качества.

Содержание

1. Сварная конструкция «Стрела трубоукладчика ТЛГ-10»………….4

2. Выбор материала…………………………………………….…….….4

3. Сварка конструкционных низколегированных сталей…………..…5

Состав и свойства сталей…………………………………………......5

Общие сведения о свариваемости……………………………….…..5

Физическая и технологическая свариваемость………………..........8

4. Способы сварки стали 09Г2С………………………………….….….9

Технология сварки покрытыми электродами ……………..….…9

Технология сварки под флюсом ……………………..…….10

Технология сварки в защитных газах……………..…….…..11

Технология электрошлаковой сварки…………………………12

5. Выбор способа, оборудования и режимов сварки………………......14

6. Дефекты и контроль качества сварных соединений……………...…16

Заключение…………………………………………………………….......21

Список литературы………………………………………………………..22

Сварная конструкция «Стрела трубоукладчика ТЛГ-10»

Стрела трубоукладчика ТЛГ-10 сварная, А-образной формы, неповоротная; стойки коробчатого сечения, сварные, составленные из двух угольников. В головной части стрелы на одной оси насажены четыре ролика для канатов подъема груза и стрелы.

Стрела служит для удержания и укладки в траншеи труб, а также для подъема и перемещения груза с одного места на другое.

Выбор материала

От правильного выбора металла для сварных конструкций в значительной мере зависят их эксплуатационная надежность и экономичность. В настоящее время сварные конструкции в основном изготовляют из углеродистых и низколегированных сталей, а также из алюминиевых и титановых сплавов.

С учетом требований, предъявляемых к конструкции, выбрана конструкционная низколегированная сталь повышенной прочности 09Г2С (по ГОСТ 19281-89) .

Низколегированные стали содержат углерода до 0,25% и легирующих примесей до 3 %. Они относятся к категории удовлетворительно свариваемых сталей. Следует учитывать, что при содержании в стали углерода более 0,25% возможно образование закалочных структур и даже трещин в зоне сварного шва. Кроме того, выгорание углерода вызывает образование пор в металле шва.Сталь является спокойной, а значит затвердевает без кипения, что обусловлено введением в их состав элементов-раскислителей.

2.1. Свойства материала

Таблица 1Химический состав в % материала 09Г2С

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
до 0.12	0.5 - 0.8	1.3 - 1.7	до 0.3	до 0.04	до 0.035	до 0.3	до 0.008	до 0.3	до 0.08

Таблица 2Температура критических точек материала 09Г2С.

Ac1 = 725 , Ac3(Acm) = 860 , Ar3(Arcm) = 780 , Ar1 = 625

Таблица 3Механические свойства при Т=20oС материала 09Г2С.

Сортамент	Размер	Напр.	в	T	5		KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Лист

Рис.1 Диаграмма Шеффлера

Сталь марки 09Г2С перлитного класс.

Таблица 4Технологические свойства материала 09Г2С.

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

2.2. Назначение 09Г2С

Листы по ГОСТ 19281-89 категории 15 –– несущие элементы сварных конструкций, различные детали и элементы сварных металлоконструкций работающих при переменных нагрузках, при температуре от —70 до +425°С с повышенной прочностью.

Сварка конструкционных низколегированных сталей

3.1 Состав и свойства сталей

Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают: кипящую — кп, полуспокойную — пс и спокойную — сп. Кипящая сталь, содержащая не более 0,07% Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат не менее 0,12% Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и отличаются меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке.

3.2Общие сведения о свариваемости

Совокупность технологических характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие «свариваемость». Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобным физическим свойствам. Кроме технологических характеристик основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом дополнительного металла, флюса, покрытия или защитного газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.

В зависимости от марки основного металла и условий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность показателей, определяющих понятие свариваемости. Так, под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и околошовной зоны в рассматриваемом случае должен быть стойким против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкций и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла.

Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования. Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции.

Механические свойства металла шва и сварного соединения зависят от его структуры, которая определяется химическим составом, режимом сварки и предыдущей и последующей термической обработкой. Химический состав металла шва зависит от доли участия основного и электродного металлов в образовании шва и взаимодействий между металлом и шлаком и газовой фазой. При сварке рассматриваемых сталей состав металла шва незначительно отличается от состава основного металла. В металле шва меньше углерода для предупреждения образования структур закалочного характера при повышенных скоростях охлаждения. Возможное снижение прочности металла шва, вызванное уменьшением содержания углерода, компенсируется легированием металла через проволоку, покрытие или флюс марганцем и кремнием.

Основным фактором, определяющим после окончания сварки конечную структуру металла в отдельных участках зоны термического влияния, является термический цикл, которому подвергался металл в этом участке при сварке. Решающими факторами термического цикла сварки являются максимальная температура, достигаемая металлом в рассматриваемом объекте, и скорость его охлаждения. Ширина и конечная структура различных участков зоны термического влияния определяется способом и режимом сварки, составом и толщиной основного металла.

Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида термической обработки стали до сварки. Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсированных режимах металла повышенной толщины, а также однопроходных угловых швов при отрицательных температурах и т. д. может привести к появлению в металле шва и на участках перегрева полной и неполной рекристаллизации в околошовной зоне закалочных структур. Повышение содержания в стали марганца увеличивает эту вероятность. Если эта сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение — закалку, то в зоне термического влияния шва на участках рекристаллизации и синеломкости будет наблюдаться отпуск металла, т. е. снижение его прочностных свойств. Изменение этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки.

Сварные соединения из низколегированных сталей, сваренные различными способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Однако при сварке на низкоуглеродистых сталях, содержащих углерод по верхнему пределу (свыше 0,20%), угловых швов и первого корневого шва в многослойных швах, особенно с повышенным зазором, возможно образование в металле шва кристаллизационных трещин, что связано в основном с неблагоприятной формой провара (узкой, глубокой). Легирующие добавки в низколегированных сталях могут повышать вероятность образования кристаллизационных трещин. Все низкоуглеродистые и низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Обычно не имеется затруднений, связанных с возможностью образования холодных трещин, вызванных образованием в шве или околошовной зоне закалочных структур. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу и повышенное содержание марганца и хрома, вероятность образования холодных трещин в указанных зонах повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждение трещин достигается предварительным подогревом до 120—200 0С. Предварительная и последующая термическая обработка сталей, использующихся в ответственных конструкциях, служит для этой цели, а также позволяет получить необходимые механические свойства сварных соединений (высокую прочность или пластичность, или их необходимое сочетание).

3.3. Физическая и технологическая свариваемость

Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным материалам.

Физческая свариваемость материалов зависит от степени их растворимости друг в друге в жидком и твердом состояниях. Материалы, нерастворимые в жидком состоянии, не способны образовывать монолитные соединения. Материалы, растворимые в жидком состоянии, имеют различные степени растворимости в твердом состоянии.

Приняты три степени физической свариваемости:

1. Хорошая – полная растворимость в твердом состоянии;

2. Удовлетворительная – ограниченная растворимость в твердом состоянии;

3. Плохая – металлы нерастворимы в твердом состоянии.

Технологическая свариваемость рассматривается как свойство материалов, характеризующее их реакцию на сварочный термодеформационный цикл.

Широкое применение получил прикладной аспект понятия свариваемости материалов, учитывающий назначение изготовленных из них сварных конструкций. Свариваемость – свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделий.

Признаки, характеризующие ту или иную степень свариваемости, четко не определены и устанавливаются в зависимости от отраслевых технических требований к производству сварных конструкций.

Традиционно принято различать несколько качественных степеней технологической свариваемости:

1) хорошая,

2) удовлетворительная,

3) ограниченная,

4) плохая.

Для сварных конструкций, выполняемых из углеродистых сталей, принимают следующие показатели свариваемости:

1) сопротивляемость образованию холодных трещин,

2) сопротивляемость образованию горячих трещин,

3) сопротивление развитию трещинообразных дефектов,

4) сопротивляемость хрупкому разрушению,

5) значение основных механических свойств шва и околошовной зоны.

Оценим свариваемость стали 09Г2С по методу эквивалентного углерода:

megaobuchalka.ru

Сварка низколегированных конструкционных сталей

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Низколегированными называются стали, в которых количество легирующих примесей не превышает в сумме 2,5%. Легирующіе Д-бавки применяют для повышения прочности стали, но они не придают ей особых свойств (жаростойкости, сопротивления коррозии и т. д.). Чем меньше углерода содержит низколегированная сталь, тем лучше она сваривается.

Поскольку низколегированные стали обладают более высокой прочностью по сравнению с обычными углеродистыми конструкционными сталями, то применение низколегированных сталей вместо углеродистых снижает вес конструкций и дает значительную экономию металла. Так, например, замена углеродистых сталей низколегированными при сооружении сварных кожухов, воздухонагревателей и пылеуловителей для крупнейшей в мире по объему доменной печи, пущенной у нас в стране в конце 1960 г. на Криворожском металлургическом заводе, снизила вес этих конструкций на 22% и позволила сэкономить сотни тонн стали.

Вследствие указанных свойств низколегированные стали находят широкое применение в строительном деле, судостроении, вагоностроении и других отраслях производства. В табл. 18 приведены данные о свариваемости сталей в зависимости от содержания в них углерода и суммы легирующих примесей.

Таблица 18

Свариваемость сталей

Сумма легирующих примесей. %	Свариваемость при содержании углерода, %
хорошая	удовлетвори тельная	ограниченная	плохая
До 1 '	До 0,25	0,25—0,30	0,30—0,45	Свыше 0,45
1—3	» 0,20	-0,20—0,30	0,30—0,40	» 0,40
Свыше 3	» 0,18	0,18—0,28	0,28—0,38	» 0,38

В промышленности и строительстве применяется конструкционная низколегированная хромокремненикелемедистая сталь 15ХСНД (CXJ1-1, НЛ-2) по ГОСТ 5058—57. Эта сталь содержит 0,12—0,18% углерода, 0,4—0,7% марганца, 0,4—0,7% кремния, 0,2—0,4% меди, 0,6—0,9% хрома, 0,3—0,6% никеля, до 0,04% фосфора и серы (каждого). Сталь 15ХСНД имеет временное сопротивление разрыву 52 кгс/мм?, относительное удлинение 18% и ударную вязкость 8кгс-м/см2. Применяются также низколегированные стали следующих марок: хромокремненикелемедистая 10ХСНД, хромомарганцекремненикелемедиетая 10ХГСНД. Широко используются также марганцевые 10Г2 и 15Г2, марганцекремнистые 10ГС, 15ГС, хромомарганцекремнистые 14ХГС и другие стали. Все эти стали обладают повышенной прочностью, упругостью, вязкостью.

При сварке низколегированных конструкционных сталей с содержанием углерода свыше 0,2% возможно образование закаченных зон с повышенной хрупкостью и появление трещин от усадочных напряжений, так как эти стали склонны к росту зерна при нагреве. Выгорание углерода при сварке вызывает появление газовых пор в наплавленном металле. Предварительный подогрев и последующий отпуск при сварке низколегированной стали необходимы, если твердость в зоне влияния после сварки составляет 250 единиц Бринелля и выше. Для низколегированной конструкционной стали толщиной более 15 мм рекомендуется применять - многослойную сварку с последующим отпуском при температуре’ 550— 650°.

Для сварки стали 15ХСНД применяют электроды с покрытием УОНИ-13 соответствующих марок, а также электроды ДСК-50 Днепропетровского электродного завода. Покрытие электродов ДСК-50 имеет следующий состав: 26,4% мрамора, 19,2% плавикового шпата, 3,8% силиката натрия, 9% ферросилиция, 3,3% ферромарганца, 31% железного порошка, 1% алюминиевого порошка, 3,3% двуокиси титана, 1,8% целлюлозы, 1,2% поташа, 22—24% жидкого стекла с удельным весом 1,4—1,44 (в том числе 75% калиевого, 25% натриевого) к весу сухой шихты. Коэффициент наплавки этими электродами 11 г/я • час. Ток в амперах должен быть равным:

TOC o "1-5" h z Диаметр электрода, мм.................................. 4 5 .6

Сварка в нижнем положении. . . 200—220 300—3-50 350—380

» » вертикальном » 180—200 — —

ъ ъ потолочном » 160—180 — —

Электроды ДСК-50 пригодны для сварки на переменном и постоянном токе обратной полярности.

При сварке низколегированных конструкционных сталей лучше применять электроды типа Э42А. При сварке низколегированных сталей электродами из углеродистой проволоки металл шва получает дополнительное легирование за счет элементов расплавляемого основного металла и временное сопротивление его повышается до 50 кгс/лш2, при этом металл шва сохраняет высокую пластичность. Сварка таких сталей электродами типа Э50А дает более прочный, но менее пластичный металл шва вследствие более высокого содержания в нем углерода. Режимы сварки следует применять умеренные. Швы в жестком замкнутом контуре (кольцевые) следует сваривать короткими участками, а при многослойной сварке рекомендуется использовать каскадный метод.

При строительстве сварных железнодорожных мостов и других ответственных сооружений применяется низколегированная конструкционная сталь 10Г2СД по ГОСТ 5058—57. Данная сталь хорошо сваривается и имеет состав: 0,12% углерода, 1,3—1,65% марганца, 0,8—1,1% кремния, 0,04% фосфора и серы (каждого), 0,30°/о хрома и никеля (каждого), 0,15—0,30% меди. Эта сталь имеет временное сопротивление разрыву 48—50 кгс/мм2, и относительное удлинение 18%.

Способы ручной дуговой сварки данной стали такие жг, как и низколегированных сталей указанных выше марок.

При автоматической сварке этой стали применяются проволока Св-08ГА и флюсы ОСЦ-45, АН-348 и АН-10. Лучшие результаты дает сварка проволокой Св-08ГА под флюсами АН-348 и АН-10. Для стали толщиной 20—25 мм применяются сварочные режимы «. погонной энергией порядка 10 200 ккал/см.

msd.com.ua

Сварка конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Электроды для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей - АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 вы можете заказать позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04

Состав и свойства сталей:

Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380—71 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают; например, СтЗ. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу, например, БСтЗ, ВСтЗ. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят с обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г). Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех степеней раскисления и сталь ВСтЗГпс, а также стали БСт1, БСт2, БСтЗ всех степеней раскисления и сталь БСтЗГпс поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы В.

Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из этих сталей, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке.

Стали, содержащие специально введенные элементы, которые отсутствуют в углеродистых сталях, называют легированными. Марганец считают легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний — при содержании свыше 0,4%. Поэтому углеродистые стали марок ВСт3Гпс, ВСт3Гпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.

В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4,0% (не считая углерода), а углерода 0,25%.

В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3—0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.

Общие сведения о свариваемости:

Рассматриваемые стали обладают хорошей свариваемостью. Технология их сварки должна обеспечивать определенный комплекс требований, основными из которых являются равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Для этого механические свойства металла шва и околошовной зоны должны быть не ниже нижнего предела механических свойств основного металла. В некоторых случаях конкретные условия работы конструкций допускают снижение отдельных показателей механических свойств сварного соединения. Однако в большинстве случаев, особенно при сварке ответственных конструкций, швы не должны иметь трещин, непроваров, пор, подрезов. Геометрические размеры и форма швов должны соответствовать требуемым. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние. В отдельных случаях к сварному соединению предъявляют дополнительные требования. Однако во всех случаях технология должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса сварки при требуемой надежности и долговечности конструкции.

Повышенные скорости охлаждения металла шва способствуют увеличению его прочности, однако при этом снижаются пластические свойства и ударная вязкость. Это объясняется изменением количества и строения перлитной фазы. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Влияние скорости охлаждения в наибольшей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на холодные, предварительно сваренные швы. Металл многослойных швов, кроме последних слоев, подвергающийся действию повторного термического цикла сварки, имеет более благоприятную мелкозернистую структуру. Поэтому он обладает более низкой критической температурой перехода в хрупкое состояние. Пластическая деформация, возникающая в металле шва под действием сварочных напряжений, также повышает предел текучести металла шва. Свойства сварного соединения зависят не только от свойств металла шва, но и от свойств основного металла в околошовной зоне. Структура, а значит и свойства основного металла в околошовной зоне, зависят от его химического состава и изменяются в зависимости от термического цикла сварки. На рисунке 1 слева схематически показаны кривая распределения температур по поверхности сварного соединения в один из моментов, когда металл шва находится в расплавленном состоянии, и структурные участки зоны термического влияния на низкоуглеродистых и низколегированных сталях при дуговой сварке.

Рисунок 1. Схема строения зоны термического влияния сварного шва при дуговой сварке

При сварке низкоуглеродистых сталей на участке неполного расплавления металл нагревается в интервале температур между линиями солидуса и ликвидуса, что приводит к частичному расплавлению (оплавлению) зерен металла. Пространство между нерасплавившимися зернами заполняется жидкими прослойками расплавленного металла, который может содержать элементы, вводимые в металл сварочной ванны. Это может привести к тому, что состав металла на этом участке будет отличаться от состава основного металла, а из-за нерасплавившихся зерен основного металла — и от состава наплавляемого металла. Увеличению химической неоднородности металла на этом участке способствует и слоистая ликвация, а также диффузия элементов, которая может происходить как из основного нерасплавившегося металла в жидкий металл, так и наоборот. По существу этот участок и является местом сварки. Несмотря на его небольшую протяженность, свойства металла в нем могут влиять на свойства всего сварного соединения.

На участке перегрева в результате нагрева в интервале температур от 1100— 1150 0С до температур линии солидуса металл полностью переходит в состояние аустенита. При этом происходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем более, чем выше нагрет металл выше температуры точки АС3. Даже непродолжительное пребывание металла при температурах свыше 1100 0С приводит к значительному увеличению размера зерен. После охлаждения это может привести к образованию неблагоприятной видманштеттовой структуры. На участке нормализации (полной перекристаллизации) металл нагревается незначительно выше температур точки АС3, и поэтому он имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. На участке неполной перекристаллизации металл нагревается до температур между точками АС1 и АС3, поэтому этот участок характеризуется почти неизменившимися первоначальными ферритными и перлитными зернами и более мелкими зернами феррита и перлита после перекристаллизации, а также сфероидизацией перлитных участков.

На участке рекристаллизации металл нагревается в интервале температур от 500—550 0С до температуры точки АС1, и поэтому по структуре он незначительно отличается от основного. Если до сварки металл подвергается пластической деформации, то при нагреве в нем происходит сращивание раздробленных зерен основного металла — рекристаллизация. При значительной выдержке при этих температурах может произойти значительный рост зерен. Механические свойства металла этого участка могут несколько снизиться вследствие разупрочнения из-за снятия наклепа.

При нагреве металла в интервале температур от 100 до 500 0С (участок синеломкости) его структура в процессе сварки не претерпевает видимых изменений. Однако металл на этом участке может обладать пониженной пластичностью и несколько повышенной прочностью. У некоторых сталей, содержащих повышенное количество кислорода и азота (обычно кипящих), металл на этом участке имеет резко сниженную ударную вязкость и сопротивляемость разрушению.

При многослойной сварке, ввиду многократного воздействия термического цикла сварки на основной металл в околошовной зоне, строение и структура зоны термического влияния несколько изменяются. При сварке длинными участками после каждого последующего прохода предыдущий шов подвергается своеобразному отпуску. При сварке короткими участками шов и околошовная зона длительное время находятся в нагретом состоянии. Кроме изменения структур, это увеличивает и протяженность зоны термического влияние. Наличие в низколегированных сталях легирующих элементов (которые растворяются в феррите и измельчают перлитную составляющую) тормозит при охлаждении процесс распада аустенита и действует равносильно некоторому увеличению скорости охлаждения. Поэтому при сварке в зоне термического влияния на участках где металл нагревается выше температур точки АС1, (при повышенных скоростях охлаждения), могут образовываться закалочные структуры. При этом металл нагревающийся до температур значительно выше температуры точки АС3, будет иметь более грубозернистую структуру. При сварке термических упрочненных сталей на участках рекристаллизации и синеломкости может произойти отпуск металла, характеризующийся структурой сорбита отпуска, с понижением его прочностных свойств. Технология изготовления сварных конструкций из низколегированных сталей должна предусматривать минимальную возможность появления в зоне термического влияния закалочных структур, способных привести к холодным трещинам, особенно при сварке металла больших толщин. При сварке термически упрочненных сталей следует принять меры, предупреждающие разупрочнение стали на участке отпуска.

При электрошлаковой сварке структура металла швов может характеризоваться наличием зоны 1 крупных столбчатых кристаллов (рисунок 2,а), которые растут в направлении, обратном отводу тепла, зоны 2 тонких столбчатых кристаллов, характеризуемой меньшей величиной зерна и несколько большим их отклонением в сторону теплового центра, и зоны 3 равноосных кристаллов, располагающейся посередине шва. Строение швов зависит от способа электрошлаковой сварки, химического состава металла шва и режима сварки. Повышение содержания в шве углерода и марганца увеличивает, а уменьшение интенсивности теплоотвода, наоборот, уменьшает ширину зоны.

Рисунок 2. Схема строения структур металла шва при электрошлаковой сварке

При сварке проволочными электродами могут быть только первые две зоны (рисунок 2,б) или какая-либо одна из них. Металл швов, имеющих структуру зоны 2, имеет пониженную стойкость против кристаллизационных трещин. Медленное охлаждение швов при электрошлаковой сварке в интервале температур фазовых превращений способствует тому, что их структура характеризуется грубым ферритно-перлитным строением с утолщенной оторочкой феррита по границам кристаллов. Термический цикл околошовной зоны при электрошлаковой сварке характеризуется ее длительным нагревом и выдержкой при температурах перегрева и медленным охлаждением. Поэтому в ней могут образовываться грубые видманштеттовы структуры, которые по мере удаления от линии сплавления сменяются нормализованной мелкозернистой структурой. В зоне перегрева может наблюдаться падение ударной вязкости, что устраняется последующей термической обработкой (нормализация с отпуском). Термический цикл электрошлаковой сварки, способствуя распаду аустенита в области перлитного и промежуточного превращений, благоприятен при сварке низколегированных сталей, так как способствует подавлению образования закалочных структур.

Рассмотренное выше разделение зоны термического влияния является приближенным. Переход от одного структурного участка к другому сопровождается промежуточными структурами. Кроме того, диаграмму железо — углерод мы рассматривали статично, в какой-то момент существования сварочной ванны. В действительности температура в точках зоны термического влияния изменяется во времени в соответствии с термическим циклом сварки.

Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных нетермоупрочненных сталей обычно не вызывает затруднений. Механические свойства металла околошовной зоны зависят от конкретных условий сварки и от вида термической обработки стали до сварки. При сварке низкоуглеродистых горячекатаных (в состоянии поставки) сталей при толщине металла до 15 мм на обычных режимах, обеспечивающих небольшие скорости охлаждения, структуры металла шва и околошовной зоны примерно такие, какие были рассмотрены выше. Повышение скоростей охлаждения при сварке на форсированных режимах металла повышенной толщины, а также однопроходных угловых швов при отрицательных температурах и т. д. может привести к появлению в металле шва и на участках перегрева полной и неполной рекристаллизации в околошовной зоне закалочных структур. Повышение содержания в стали марганца увеличивает эту вероятность. При этих условиях даже при сварке горячекатаной низкоуглеродистой стали марки ВСтЗ не исключена возможность получения в сварном соединении закалочных структур. Если эта сталь перед сваркой прошла термическое упрочнение — закалку, то в зоне термического влияния шва на участках рекристаллизации и синеломкости будет наблюдаться отпуск металла, т. е. снижение его прочностных свойств. Изменение этих свойств зависит от погонной энергии, типа сварного соединения и условий сварки.

Изменение свойств металла шва и околошовной зоны при сварке низколегированных сталей проявляется более значительно. Сварка горячекатаной стали способствует появлению закалочных структур на участках перегрева и нормализации. Механические свойства металла изменяются больше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Термическая обработка низколегированных сталей — чаще всего закалка (термоупрочнение) с целью повышения их прочности при сохранении высокой пластичности, усложняет технологию их сварки. На участках рекристаллизации и синеломкости происходит разупрочнение стали под действием высокого отпуска с образованием структур преимущественно троостита или сорбита отпуска. Это разупрочнение тем больше, чем выше прочность основного металла в результате закалки. В этих процессах решающее значение имеет скорость охлаждения металла шва и в первую очередь погонная энергия при сварке. Повышение погонной энергии сварки сопровождается снижением твердости и расширением разупрочненной зоны. Околошовная зона, где наиболее резко выражены явления перегрева и закалки, служит вероятным местом образования холодных трещин при сварке низколегированных сталей.

Таким образом, получение при сварке низколегированных сталей, особенно термоупрочненных, равнопрочного сварного соединения вызывает некоторые трудности и поэтому требует применения определенных технологических приемов (сварка короткими участками нетермоупрочненных сталей и длинными участками термоупрочненных и др.). Протяженность участков зоны термического влияния, где произошло изменение свойств основного металла под действием термического цикла сварки (разупрочнение или закалка), зависит от способа и режима сварки, состава и толщины металла, конструкции сварного соединения и др.

В процессе изготовления конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей на заготовительных операциях и при сварке в зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. Попадая при наложении последующих швов под сварочный нагрев до температур около 300 0С, эти зоны становятся участками деформационного старения, приводящего к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и возможному возникновению холодных трещин, особенно при низких температурах или в местах концентрации напряжений. Высокий отпуск при 600— 650 0С в этих случаях является эффективным средством восстановления свойств металла. Высокий отпуск применяют и для снятия сварочных напряжений. Нормализации подвергают сварные конструкции для улучшения структуры отдельных участков сварного соединения и выравнивания их свойств. Термическая обработка, кроме закалки сварных соединений в тех участках соединения, которые охлаждались с повышенными скоростями, приведшими к образованию в них неравновесных структур закалочного характера (угловые однослойные швы, последние проходы, выполненные на полностью остывших предыдущих), снижает прочностные и повышает пластические свойства металла в этих участках. При сварке короткими участками по горячим, предварительно наложенным швам замедленная скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны способствует получению равновесных структур. Влияние термической обработки в этом случае сказывается незначительно. При электрошлаковой сварке последующая термическая обработка мало изменяет механические свойства металла рассматриваемых зон. Однако нормализация приводит к резкому возрастанию ударной вязкости.

Швы, сваренные на низкоуглеродистых сталях всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием в них углерода. Однако при сварке на низкоуглеродистых сталях, содержащих углерод по верхнему пределу (свыше 0,20%), угловых швов и первого корневого шва в многослойных швах, особенно с повышенным зазором, возможно образование в металле шва кристаллизационных трещин, что связано в основном с неблагоприятной формой провара (узкой, глубокой). Легирующие добавки в низколегированных сталях могут повышать вероятность образования кристаллизационных трещин. Все низкоуглеродистые и низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Обычно не имеется затруднений, связанных с возможностью образования холодных трещин, вызванных образованием в шве или околошовной зоне закалочных структур. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу и повышенное содержание марганца и хрома, вероятность образования холодных трещин в указанных зонах повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях предупреждение трещин достигается предварительным подогревом до 120—200 0С. Предварительная и последующая термическая обработка сталей, использующихся в ответственных конструкциях, служит для этой цели, а также позволяет получить необходимые механические свойства сварных соединений (высокую прочность или пластичность, или их необходимое сочетание).

Подготовку кромок и сборку соединения под сварку производят в зависимости от толщины металла, типа соединения и способа сварки согласно соответствующим ГОСТам или техническим условиям. Свариваемые детали для фиксации положения кромок относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в универсальных или специальных сборочных приспособлениях или с помощью прихваток. Длина прихватки зависит от толщины металла и изменяется в пределах 20—120 мм при расстоянии между ними 500— 800 мм. Сечение прихваток равно примерно 1/3 сечения шва, но не более 25—30 мм2. Прихватки выполняют покрытыми электродами или на полуавтоматах в углекислом газе. При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины из-за высокой скорости теплоотвода. Перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаляют другим способом. При электрошлаковой сварке детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Фиксацию взаимного положения деталей производят скобами, установленными на расстоянии 500—1000 мм друг от друга, удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой и электрошлаковой сварки в начале и конце шва устанавливают заходные и выходные планки.

Сварка стыковых швов вручную или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками выполняется на весу. При автоматической сварке требуются приемы, обеспечивающие предупреждение прожогов и качественный провар корня шва. Это достигается применением остающихся или съемных подкладок, ручной или полуавтоматической в среде защитных газов подварки корня шва, флюсовой подушки и других приемов. Для предупреждения образования в швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений. Дуговую сварку ответственных конструкций лучше производить с двух сторон. Выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термической обработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т. д.) металл в месте дефекта удаляют механическим путем или воздушно-дуговой или плазменной резкой и после зачистки подваривают. При сварке низколегированных сталей от выбора техники и режима сварки (при изменении формы провара и доли участия основного металла в формировании шва) зависят состав и свойства металла шва.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Электроды выбирают в зависимости от назначения конструкций и типа стали , а режим сварки — в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного положения сварки.

Сварку низкоуглеродистых сталей производят электродами: АНО-4, МР-3, МР-3С синие, ОЗС-4, ОЗС-6, ОЗС-12, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55.

Вы можете заказать сварочные элетроды позвонив по телефонам (495) 799-59-85, 967-13-04

Рекомендуемые для электрода данной марки значения сварочного тока, его род и полярность выбирают согласно паспорту электрода, в котором приводят его сварочно-технологические свойства, типичный химический состав шва и механические свойства. При сварке рассматриваемых сталей обеспечиваются высокие механические свойства сварного соединения и поэтому в большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования в нем закалочных структур.

Техника заполнения швов и определяемый ею термический цикл сварки зависят от предварительной термической обработки стали. Сварка толстого металла каскадом и горкой, замедляя скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, предупреждает образование в них закалочных структур. Это же достигается при предварительном подогреве до 150—200 0С. Поэтому эти способы дают благоприятные результаты на нетермоупрочненных сталях. При сварке термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам. Следует выбирать режимы сварки с малой погонной энергией. При этом достигается и уменьшение протяженности зоны разупрочненного металла в околошовной зоне. При исправлении дефектов в сварных швах на низколегированных и низкоуглеродистых сталях повышенной толщины швами малого сечения вследствие значительной скорости остывания металл подварочного шва и его околошовная зона обладают пониженными пластическими свойствами. Поэтому подварку дефектных участков следует производить швами нормального сечения длиной не менее 100 мм или предварительно подогревать их до 150—200 0С.

Сварка под флюсом:

Автоматическую сварку выполняют электродной проволокой диаметром 3—5 мм, полуавтоматическую — диаметром 1,2—2 мм. Равнопрочность соединения достигается подбором флюсов и сварочных проволок и выбором режимов и техники сварки. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве случаев применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 и низкоуглеродистые электродные проволоки Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных конструкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать электродную проволоку Св-08ГА. Использование указанных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышающими механические свойства основного металла. При сварке низколегированных сталей используют те же флюсы и электродные проволоки Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2 и др. Легирование металла шва марганцем из проволок и кремнием при проваре 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. При сварке без разделки кромок увеличение доли основного металла в металле шва и поэтому некоторое повышение в нем углерода может повысить прочностные свойства и понизить пластические свойства металла шва.

Режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей различаются незначительно и зависят от конструкции соединения, типа шва и техники сварки. Свойства металла околошовной зоны зависят от термического цикла сварки. При сварке угловых однослойных швов и стыковых и угловых швов на толстой стали типа ВСтЗ на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне возможно образование закалочных структур с пониженной пластичностью.

Предупреждение: этого достигается увеличением сечения швов или применением двухдуговой сварки.

При сварке низколегированных термоупрочненных для предупреждения разупрочнения шва в зоне термического влияния следует использовать режимы с малой погонной энергией, а при сварке не термоупрочненных сталей — режимы с повышенной погонной энергией. Для обеспечения пластических свойств металла шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла во втором случае следует выбирать режимы, обеспечивающие получение швов повышенного сечения, применять двухдуговую сварку или производить предварительный подогрев металла до 150—200 0С.

Сварка в защитных газах

При сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей для защиты расплавленного электродного металла и металла сварочной ванны используют углекислый газ. В качестве защитных находят применение и смеси углекислого газа с аргоном или кислородом до 30%. Аргон и гелий в качестве защитных газов применяют только при сварке конструкций ответственного назначения. Сварку в углекислом газе выполняют плавящимся электродом. В некоторых случаях для сварки используют неплавящийся угольный или графитовый электрод.

Этот способ применяют при сварке бортовых соединений из низкоуглеродистых сталей толщиной 0,3—2,0 мм (например, канистр, корпусов конденсаторов и т. д.). Так как сварку выполняют без присадки, содержание кремния и марганца в металле шва невелико. В результате прочность соединения составляет 50—70% прочности основного металла.

При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, используют электродную проволоку диаметром до 1,2 мм, а при сварке швов, расположенных в нижнем положении — проволоку диаметром 1,2—3,0 мм.

Проволока для сварки в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей:

Свариваемая сталь Сварочная проволока

Ст1, Ст2, Ст3 Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС

10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС, 09Г2С Св-08Г2С, Св-08ХГ2С

Структура и свойства металла швов и околошовной зоны на низкоуглеродистых и низколегированных сталях зависят от использованной электродной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки (термического цикла сварки, доли участия основного металла в формировании шва и формы шва). Влияние этих условий и технологические рекомендации примерно такие же, как и при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом.

На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в газе в швах могут образовываться поры. При сварке в углекислом газе влияние ржавчины незначительно. Увеличение напряжения дуги, повышая, угар легирующих элементов, ухудшает механические свойства шва.

Сварка порошковой проволокой и проволокой сплошного сечения без дополнительной защиты

Одним из преимуществ сварки открытой дугой порошковой проволокой по сравнению со сваркой в углекислом газе является отсутствие необходимости в газовой аппаратуре и возможность сварки на сквозняках, при которых наблюдается сдувание защитной струи углекислого газа. При правильно выбранном режиме сварки обеспечивается устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва. В качестве источников тока можно использовать выпрямители и преобразователи с крутопадающими внешними вольт-амперными характеристиками. Недостатком этого способа сварки является возможность сварки только в нижнем и вертикальном положениях из-за повышенного диаметра выпускаемых промышленностью проволок и повышенной чувствительности процесса сварки к образованию в швах пор при изменениях вылета электрода и напряжения дуги. Особенностью порошковых проволок является также и малая глубина проплавления основного металла.

При использовании проволоки ПП-1ДСК для соединений с повышенным зазором между кромками в швах могут образовываться поры. Проволока ЭПС-15/2 для получения швов без пор требует соблюдения режимов в узком диапазоне. Большие рабочие токи ограничивают применение этой проволоки для сварки металла малых толщин. Проволоки ПП-АН7 и ПП-2ДСК имеют хорошие сварочно-технологические свойства в широком диапазоне режимов. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей рекомендуется использовать проволоки ПП-2ДСК, и ПП-АН4, обеспечивающие получение шва с хорошими показателями хладноломкости.

saturn-sv.ru

Сварка низколегированной стали

Низколегированными сталями называются стали, в химическом составе которых кроме железа, различных примесей и углерода содержатся специальные легирующие элементы. Процент примесей в таких сталях не превышает 2,5%.

В основном, легирующими примесями могут выступать такие металлы, как кремний, молибден, ниобий, хром, марганец, никель, ванадий, вольфрам, бор, алюминий, титан, азот и медь. Каждый из приведенных выше металлов позволяет придавать стали определенные свойства, которые требуются для его применения.

Огромную популярность получила сталь 13Х, которая применяется для применения в условиях высоких температур, а сам металл прокаливается при невысокой температуре. Данный вид стали выдерживает температуру от 200 до 250 градусов по Цельсию. Сталь 13Х прекрасно подходит для производства хирургического, ювелирного и гравировального оборудования, безопасных бритв и лезвий. Немного добавив хрома в сталь 13Х, можно сделать ее достаточно твердой и позволяет рекомендовать ее для производства инструментов диаметром до 15 миллиметров.

Низколегированные стали относят к классу черных металлов и нашли широкое применение при создании тяжелых сварных конструкций. Свойства прочности, которые имеет низколегированная сталь, намного выше, чем у простых углеродистых сталей. Благодаря дублирующим элементам – хрому, никелю и молибдену – легирующим составляющим низкоуглеродистых сталей. Содержание легирующих элементов в низколегированной стали составляет от 2,7%.

Низколегированные стали отличаются прекрасными показателями сваривания и ударной вязкости. Любая низколегированная сталь имеет низкий порог хладноломкости. Присутствие хрома и никеля в данном виде сталей позволяет повысить ее устойчивость к воздействию коррозии.

Низколегированные стали имеют много особенностей при сваривании. Данный вид сталей сваривать сложнее, чем другие виды сталей. Низколегированная сталь более чувствительна к тепловому воздействию во время сварочного процесса. При сваривании низколегированной стали, в зависимости от ее марки, могут образовываться закалочные структуры или перегрев в сварочной зоне металла шва.

Скорость охлаждения металла при сваривании, особенно если он имеет большую толщину, значительно превышает среднестатистический показатель, поэтому при сваривании легированных видов сталей возможно образование мартенсита.

В случае если свариваемые изделия будут эксплуатироваться при низкой температуре окружающей среды, исключается ползучесть металла и тогда необходима мелкозернистая структура металла, которая позволит обеспечить повышенную прочность и пластичность свариваемого изделия.

Сварочные электроды для сварки низколегированных сталей подбираются так, чтобы содержание углерода, фосфора и серы, а также других элементов способных причинить вред, не должно быть в их составе. Благодаря этому можно повысить качестве сварочного шва.

3g-svarka.ru

Сварка конструкционных низколегированных сталей. Сварка низколегированных сталей

Сварка низколегированных сталей

Сварка низколегированных сталей

Сварка средне- и низкоуглеродистых низколегированных сталей: особенности технологии

Сварка низкоуглеродистых низколегированных сталей

Особенности сварки сталей различных марок

Сварка среднеуглеродистых низколегированных сталей

Особенности сварочного процесса среднеуглеродистых низколегированных сталей

Сварка конструкционных низколегированных сталей — Мегаобучалка

Сварка низколегированных конструкционных сталей

Сварка конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Сварка низколегированной стали

Товар добавлен к сравнению

Товар добавлен в корзину

Вы заказали товар.

Наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время.