Сварка низколегированных сталей - сварка различных металлов

Низколегированные стали получи­ли большое применение В СВЯЗИ с тем, что они, обладая повышенными механическими свойствами, позволяют изготовлять строительные конструк­ции более легкими и экономичными. Для изготовления различных конст­рукций промышленных и гражданских сооружений применяются стали марок 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС и др. Для изготовления арматуры железобетонных конструкций и свар­ных труб применяют стали 18Г2С, 25Г2С, 25ГС и 20ХГ2Ц. Эти стали относятся к категории удовлетвори­тельно свариваемых сталей; содержат углерода не более 0,25% и леги­рующих примесей не более 3,0%. 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 15ХСНД сваривают вручнукг электродами типа Э50А или Э55А. Наилучшие результаты дают электро­ды УОНИ-13/55 и электроды Днеп­ровского электродного завода ДСК-50. Сварку электродами ДСК-50 можно выполнять переменным то­ком, но лучшие результаты дает сварка постоянным током обратной полярности. Многослойную сварку следует производить каскадным мето­дом. Чтобы предупредить перегрев стали, следует выполнять сварку при токах 40...50 А на 1 мм диаметра электрода. Рекомендуется применять электроды диаметром 4...5 мм. Авто­матическую сварку стали 15ХСНД производят проволокой Св-08ГА или Св-ЮГА под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45

Толщина металла, мм................................

Диаметр электрода, мм.............................

Сварочный ток, А.......................................

при высоких скоростях, но при малой погонной энергии. В зимних условиях сварку конструкций из стали 15ХСНД, 15ГС и 14Г2 можно производить при температурах не ниже - 10°С. При бо­лее низких температурах зону сварки на ширине 100... 120 мм по обе стороны от шва предварительно нагревают до Ю0...150°С. При температуре -25°С сварка не допускается.

Стали 09Г2С и 10Г2С1 относятся к группе незакаливающихся сталей, не склонных к перегреву и стой­ких против образования трещин. Ручная сварка электродами Э50А и Э55А выполняется на режимах, пре­дусмотренных для сварки низкоугле­родистой стали. Механические свойст­ва сварного шва не уступают пока­зателям основного металла. Автомати­ческая и полуавтоматическая сварка выполняется электродной проволокой Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-10Г2 под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45. Свар­ку листов толщиной до 40 мм производят без разделки кромок. При этом равнопрочность сварного шва обеспечивается за счет перехода ле­гирующих элементов из электродной проволоки в металл шва.

Стали хромокремнемарганцови - стые (20ХГСА, 25ХГСА,30ХГСА и 35ХГСА) при сварке дают закалоч­ные структуры и склонны к образова­нию трещин. При этом чем меньше толщина кромок, тем больше опас­ность закалки металла и образования трещин, особенно в околошовной зоне. Стали с содержанием углеро­да ^0,25% свариваются лучше, чем стали с большим содержанием углерода. Для сварки могут приме­няться электроды НИАТ-ЗМ типа Э70, Э85. Для ответственных сварных швов рекомендуются электроды, изго­товленные из проволоки Св-18ХГС или Св-18ХМА с покрытием ЦЛ-18-63, ЦК-18Мо, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, УОНИ-13/НЖ.

0,5... 1,5 2...3 4.„6 7...10

1.5.. .2.0 2,5...3 3...5 4...6

20.. .40 50...90 100...160 200...240

При сварке более толстых метал­лов применяется многослойная сварка с малыми интервалами времени между наложениями последующих слоев. При сварке кромок разной толщины сварочный ток выбирается по кромке большей толщины и на нее направ­ляется большая часть зоны дуги. Для устранения закалки и повышения твердости металла шва и околошов - ной зоны рекомендуется после сварки нагреть изделие до температуры

650.. .680°С, выдержать при этой тем­пературе определенное время в зави­симости от толщины металла (1 ч на каждые 25 мм) и охладить на воздухе или в горячей воде.

Сварку низколегированных сталей в защитном газе производят при плотностях тока более 80 А/мм2. в углекислом газе выполняет­ся на постоянном токе обратной поляр­ности. Рекомендуется электродная проволока диаметром 1,6-2,0 мм мар­ки Св-08Г2С - или Св-10Г2, а для сталей, содержащих хром и никель,- Св-08ХГ2С, Св-08ГСМТ.

Электрошлаковая сварка сталей любой толщины успешно производит­ся электродной проволокой марки Св-10Г2 или Св-18ХМА под флюсом АН-8 при любой температуре окру­жающего воздуха. Прогрессивным способом является сварка в углекис­лом газе с применением порошковой проволоки.

Газовая сварка отличается значи­тельным разогревом свариваемых кро­мок, снижением коррозионной стой­кости, более интенсивным выгоранием легирующих примесей. Поэтому каче­ство сварных соединений ниже, чем при других способах сварки. При газовой сварке пользуются только нор­мальным пламенем при удельной мощ­ности 75... 100 л/(ч-мм) при левом способе, а при правом способе -

100.. .130 л/(ч-мм). Присадочным ма­териалом служат проволоки Св-08, Св-08А, Св-10Г2, а для ответственных швов - Св-18ХГС и Св-18ХМА. Про­ковка шва при температуре 800... 850°С с последующей нормализацией несколько повышает механические свойства шва.

Свариваемость легированных сталей

Свариваемость легированных ста­лей оценивается не только воз­можностью получения сварного сое­динения с физико-механическими свойствами, близкими к свойствам основного металла, но и возмож­ностью сохранения специальных свойств: коррозионной стойкости, жа­ропрочности, химической стойкости, стойкости против образования зака­лочных структур и др. Большое влия­ние на свариваемость стали оказы­вает наличие в ней различных ле­гирующих примесей: марганца, крем­ния, хрома, никеля, молибдена и др.

Влияние кремния и марганца на свариваемость стали описано в статье — .

Хром - содержание его в низколегированных сталях не превышает 0,9% . При таком содержании хром не оказывает существенного влияния на свариваемость стали. В конструк­ционных сталях хрома содержится 0,7…3,5% , в хромистых-12…18% , в хромоникелевых - 9…35% . При та­ком содержании хром снижает свариваемость стали, так как, окисляясь, образует тугоплавкие оксиды Cr 2 O 3 , резко повышает твердость стали в зоне термического влияния, образуя карбиды хрома, а также способствует возникновению закалочных структур.

Никель в низколегированных сталях содержится в пределах 0,3…0,6% , в конструкционных сталях — 1,0…5% , а в легированных сталях - 8…35% . Никель способствует измельчению кристаллических зерен, повышению пластичности и прочности стали; не снижает свариваемости.

Молибден в теплоустойчивых ста­лях содержится от 0,15 до 0,8% ; в сталях, работающих при высоких температурах и ударных нагрузках, его содержание достигает 3,5% . Способствует измельчению кристаллических зерен, повышению прочности и ударной вязкости стали. Ухудшает свариваемость стали, так как спо­собствует образованию трещин в ме­талле шва и в зоне термического влияния. В процессе сварки легко окисляется и выгорает. Поэтому тре­буются специальные меры для надеж­ной защиты от выгорания молибде­на при сварке.

Ванадий содержится в легиро­ванных сталях от 0,2 до 1,5% . Придает стали высокую прочность, повышает ее вязкость и упругость. Ухудшает сварку, так как способст­вует образованию закалочных струк­тур в металле шва и околошовной зоны. При сварке легко окисляет­ся и выгорает.

Вольфрам содержится в легиро­ванных сталях от 0,8 до 18% . Значительно повышает твердость ста­ли и его теплостойкость. Снижает свариваемость стали; в процессе свар­ки легко окисляется и выгорает.

Титан и ниобий содержатся в нер­жавеющих и жаропрочных сталях в количестве от 0,5 до 1,0% . Они яв­ляются хорошими карбидообразователями и поэтому препятствуют образованию карбидов хрома. При сварке нержавеющих сталей ниобий способ­ствует образованию горячих трещин.

Сварка низколегированных сталей

Низколегированные стали получи­ли большое применение в связи с тем, что они, обладая повышенными механическими свойствами, позволяют изготовлять строительные конструк­ции более легкими и экономичными. Для изготовления различных конст­рукций промышленных и гражданских сооружений применяются стали марок 15ХСНД , 14Г2 , 09Г2С , 10Г2С1 , 16ГС и др. Для изготовления арматуры железобетонных конструкций и свар­ных труб применяют стали 18Г2С , 25Г2С , 25ГС и 20ХГ2Ц . Эти стали относятся к категории удовлетвори­тельно свариваемых сталей; содержат углерода не более 0,25% и легирующих примесей не более 3,0% . 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 15ХСНД сваривают вручную электродами типа Э50А или Э55А . Наилучшие результаты дают электро­ды УОНИ-13/55 . Сварку можно выполнять переменным то­ком, но лучшие результаты дает сварка постоянным током обратной полярности. Многослойную сварку следует производить каскадным мето­дом. Чтобы предупредить перегрев стали, следует выполнять сварку при токах 40…50 А на 1 мм диаметра электрода. Рекомендуется применять электроды диаметром 4…5 мм . Авто­матическую сварку стали 15ХСНД производят проволокой Св-08ГА или Св-10ГА под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 при высоких скоростях, но при малой погонной энергии. В зимних условиях сварку конструкций из стали 15ХСНД , 15ГС и 14Г2 можно производить при температурах не ниже - 10°С . При бо­лее низких температурах зону сварки на ширине 100… 120 мм по обе стороны от шва предварительно нагревают до 100…150°С . При температуре -25°С сварка не допускается.

Стали 09Г2С и 10Г2С1 относятся к группе незакаливающихся сталей, не склонных к перегреву и стой­ких против образования трещин. Ручная сварка электродами Э50А и Э55А выполняется на режимах, предусмотренных для сварки низкоугле­родистой стали. Механические свойст­ва сварного шва не уступают пока­зателям основного металла. Автомати­ческая и полуавтоматическая сварка выполняется электродной проволокой Св-08ГА , Св-10ГА или Св-10Г2 под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 . Свар­ку листов толщиной до 40 мм производят без разделки кромок. При этом равнопрочность сварного шва обеспечивается за счет перехода ле­гирующих элементов из электродной проволоки в металл шва.

Стали хромокремнемарганцовистые (20ХГСА , 25ХГСА , 30ХГСА и 35ХГСА ) при сварке дают закалоч­ные структуры и склонны к образова­нию трещин. При этом чем меньше толщина кромок, тем больше опасность закалки металла и образования трещин, особенно в околошовной зоне. Стали с содержанием углерода ≤0,25% свариваются лучше, чем стали с большим содержанием углерода.

При сварке более толстых металлов применяется многослойная сварка с малыми интервалами времени между наложениями последующих слоев. При сварке кромок разной толщины сварочный ток выбирается по кромке большей толщины и на нее направ­ляется большая часть зоны дуги. Для устранения закалки и повышения твердости металла шва и околошовной зоны рекомендуется после сварки нагреть изделие до температуры 650…680°С , выдержать при этой тем­пературе определенное время в зави­симости от толщины металла (1ч на каждые 25 мм ) и охладить на воздухе или в горячей воде.

Сварку низколегированных сталей в защитном газе производят при плотностях тока более 80 А/мм 2 . Сварка в углекислом газе выполняет­ся на постоянном токе обратной поляр­ности.

Газовая сварка отличается значи­тельным разогревом свариваемых кро­мок, снижением коррозионной стойкости, более интенсивным выгоранием легирующих примесей. Поэтому каче­ство сварных соединений ниже, чем при других способах сварки. При газовой сварке пользуются только нор­мальным пламенем при удельной мощ­ности 75…100 л/(ч·мм) при левом способе, а при правом способе — 100…130 л/(ч·мм) . Проковка шва при температуре 800… 850°С с последующей нормализацией несколько повышает механические свойства шва.

Сварка средне- и высоколегированных сталей

Сварка средне- и высоколе­гированных сталей затруднена по следующим причинам: в процессе сварки происходит частичное выгора­ние легирующих примесей и угле­рода; вследствие малой теплопро­водности возможен перегрев свари­ваемого металла; повышенная склон­ность к образованию закалочных структур; больший, чем у низкоуглеродистых сталей, коэффициент линейного расширения может вызвать значительные деформации и напряже­ния, связанные с тепловым влия­нием дуги. Чем больше в стали углерода и легирующих примесей, тем сильнее сказываются эти причины. Для устранения влияния их на качест­во сварного соединения рекомен­дуются следующие технологиче­ские меры:

1. Тщательно подготавливать изделие под сварку ;
2. Сварку вести при больших скоро­стях с малой погонной энергией, чтобы не допускать перегрева метал­ла ;
3. Применять термическую обработку для предупреждения образования за­калочных структур и снижения внут­ренних напряжений ;
4. Применять легирование металла шва через электродную проволоку и покрытие, чтобы восполнить выгора­ющие в процессе сварки примеси .

Для сварки высоколегированных сталей применяют электроды по ГОСТ 10052-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуго­вой сварки высоколегированных ста­лей с особыми свойствами. Типы » . Электроды изготовляют из высоколе­гированной сварочной проволоки по ГОСТ 2246-70 . Применяют покрытие типа Б . Обозначение типа электрода состоит из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Две или три цифры, следующие за индексом, указывают на количество углерода в металле шва в сотых долях процента. Следующие затем буквы и цифры ука­зывают химический состав металла, наплавленного электродом. Сварку производят постоянным током обрат­ной полярности. При этом сварочный ток выбирается из расчета 25…40 А на 1 мм диаметра электро­да. Длина дуги должна быть возможно короткой. Рекомендуется при­менять многослойную сварку вали­ками малого сечения при малой погонной энергии.

В строительстве и промышленно­сти широко применяются средне- и высоколегированные стали: хромистые, хромоникелевые, марганцови­стые, молибденовые и др.

Хромистые стали относятся к груп­пе нержавеющих коррозионно-стойких и кислотостойких сталей. По содержа­нию хрома они делятся на среднеле­гированные (до 14% Сг ) и высоко­легированные (14. ..30% Сг ). При сварке хромистых сталей возникают следующие затруднения. Хром при температуре 600…900 °С легко вступа­ет во взаимодействие с углеродом, образуя карбиды, которые, распола­гаясь в толще металла, вызывают межкристаллитную коррозию, снижа­ющую механические свойства стали. При этом чем выше содержание углерода в стали, тем активнее обра­зуются карбидные соединения. Кроме того, хромистые стали обладают спо­собностью к самозакаливанию (при охлаждении на воздухе), вследствие чего при сварке металл шва и околошовной зоны получает повы­шенную твердость и хрупкость. Воз­никающие при этом внутренние напряжения повышают опасность возникновеня трещин в металле шва. Усилен­ное окисление хрома и образова­ние густых и тугоплавких оксидов являются также серьезными препят­ствиями при сварке хромистых ста­лей.

Среднелегированные хромистые стали мартенситного класса (углерода до 2% ) свариваются удовлетворительно, но требуют подогрева до 200…300 °С и последующей термиче­ской обработки.

Высоколегированные хромистые стали ферритного класса (углерода до 0,35% ) сваривают с предварительным нагревом до 300…400 °С ; после сварки для снятия внутренних напряже­ний и восстановления первоначальных физико-механических свойств изделие подвергают высокому отпуску (нагрев до 650…750 °С и медленное охлажде­ние).

Хромистые стали, как и большин­ство легированных сталей, обладают малой теплопроводностью и легко подвергаются перегреву. Поэтому сварку их производят постоянным током об­ратной полярности при малых свароч­ных токах. Ток берут из расчета 25… 30 А на 1 мм диаметра электрода.

Высоколегированные хромонике­левые аустенитные стали обладают рядом важных физико-химических и механических свойств: коррозионной стойкостью, кислотоупорностью, те­плостойкостью, вязкостью, стойкостью против образования окалины. Важным качеством этих сталей является хоро­шая свариваемость. Стали марок 08Х18Н10 и 12Х18Н9 при нагреве до температуры 600…800 °С теряют антикоррозионную стойкость. Выделение карбидов хрома по границам зерен приводит к межкристаллитной корро­зии стали. Поэтому сварку следует выполнять постоянным током обрат­ной полярности при малых сварочных токах, сокращая продолжительность нагрева металла. Следует применять также меры по отводу теплоты, например, с помощью медных подкла­док или охлаждения. После сварки рекомендуется изделие подвергнуть закалке,с температуры 850…1100°С в воде (или воздухе для малых тол­щин металла).

Хромоникелевые стали марок 12Х18Н9Т и 08Х18Н12Б содержат ти­тан и ниобий, которые, являясь более сильными карбидообразователями, связывают углерод стали, пре­дупреждая образование карбидов хрома. Поэтому эти стали после сварки не подвергают термообработке. Для сварки хромоникелевых сталей применяют электроды марок ОЗЛ-7 , ОЗЛ-8 , ЦТ-1 и ЦТ-7 . Рекоменду­ются электроды, изготовленные из сварочной проволоки Св-01Х19Н9 , Св-06Х19Н9Т или Св-04Х19Н9С2 с по­крытием ЦЛ-2 , ЦЛ-4 (содержащим 35,5% мрамора, 41% плавикового шпата, 8,5% ферромарганца и 15% молибдена), УОНИ-13/НЖ и др. Тонколистовую сталь 12Х18Н9Т сле­дует сваривать аргонодуговой свар­кой, так как при сварке качест­венными электродами или под флю­сом происходит науглероживание ме­талла шва, которое снижает стой­кость стали против межкристаллитной коррозии.

Хромоникелевые аустенитные ста­ли сваривают газовой сваркой при толщине металла не более 3 мм точно нормальным пламенем при удельной мощности 75 л/(ч·мм) . Присадоч­ным материалом служат проволоки Св-01Х19Н9 , Св-04Х19Н9С2 , Св-06Х19Н9Т , Св-07Х19Н10Б .

Высоколегированная марганцови­стая сталь , обладающая большой твердостью и износостойкостью, содержит 13…18% марганца и 1,0… 1,3% углерода. Она применяется для изготовления зубьев экскавато­ров, шеек камнедробилок и других ра­бочих органов дорожных и строитель­ных машин, работающих при ударных нагрузках и на истирание. Для сварки применяют электроды со стержнями из углеродистой проволоки Св-08А , Св-08ГА , Св-10Г2 с покрытием, кото­рое применяется для наплавочных электродов марки ОМГ , содержащим 23% мрамора, 15% плавикового шпата, 60% феррохрома, 2% графита, замешанных на жидком стекле (30% к общей массе сухих компонентов), а также, типа ОЗН (45… 49% мрамора, 15… 18% плавикового шпата, 26…33% ферромарганца, 3% алюминия, 4% поташа, заме­шанных на жидком стекле). При­меняют также стержни электродов из проволоки Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием ЦЛ-2 , состоящим из 44% мрамора, 51% плавикового шпата, 5% ферромарганца, замешанных на жидком стекле (20…22% к массе сухих компонентов). Хорошие результаты дает также покрытие УОНИ-13/НЖ . Сварка выполняется постоянным током обратной полярности короткими участками. Сварочный ток определяется из расчета 30… 35 А на 1 мм диаметра электрода. Для получения шва повышенной прочности и износостойкости сварной шов следует проковать в горячем состоянии. При этом металл шва следует интенсивно охлаждать холодной водой (закаливать).

Стали молибденовые , хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые относятся к теплоустойчивым сталям перлитного класса. Эти стали применяют при изготовлении сварных паровых котлов, турбин, различной аппаратуры в химической и нефтяной промышленности, работающей при высоких температурах и давлениях. Как правило, эти стали свариваются удовлетворительно при выполнении установленных технологических приемов: предварительного нагрева 200…300 °С и последующего отжига при температуре 680…780 °С или отпуска при температуре 650 °С . Температура окружающего воздуха должна быть не ниже +5 °С . Сварка выполняется постоянным током обратной полярности. Рекомендуются электроды типа ОЗС-11 , ТМЛ , ЦЛ-38 и др.

Для автоматической и полуавтоматической сварки применяют сварочную проволоку Св-08ХМ , Св-10Х5М , 18ХМА . При сварке в углекислом газе применяют предварительный и сопутствующий нагрев до 250…300°С , а присадочную проволоку - 10ХГ2СМА . После сварки рекомендуется термообработка.

Газовая сварка выполняется нормальным пламенем при удельной плотности 100 л/(ч·мм) . Присадочный материал - сварочная проволока Св-08ХНМ , Cв-18XMA , Cв-08XM . Рекомендуется предварительный нагрев до 250…300 °С . После сварки необходима термообработка - нормализация с температуры 900…950 °С .

При сварке легированных сталей не следует допускать перегрева зоны термического влияния. Сварку выполняют при относительно малых сварочных токах (25…40 А на 1 мм диаметра электрода). Перед сваркой сталь подогревают, а затем произ­водят соответствующую термообра­ботку для получения высоких механических свойств и равновесной структуры металла. Сварка при тем­пературе ниже 5°С не допускается .

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.

Этими электродами возможно делать сварочные швы в любом местонахождении в конструкциях. Работают на обратном постоянном токе.

Металл шва содержит малый процент водорода и имеет повышенную устойчивость к образованию трещин.. Отличаются отличным самоотделением шлака.

Сварка ведется короткой дугой почистым от жировых и прочих загрязнений поверхностям.

Значение диаметра и положение шва задают силу тока(в А.)

Электроды могут дать порообразование, если удлиняется дуга по окисленной поверхности.

Электроды МР-3 (Э 46)

Этими электродами сваривают конструкции и детали из стали 09г2с при всех расположениях шва. Исключение – вертикальный шов сверху вниз. Работают электроды от тока любой полярности от источников питания с напряжением не менее 65 В. Отличает их простота в работе, ими может работать даже новичок в сварке. Это бюджетный вариант сварки, при очень хороших показателях качества.

ОСОБЫЕ СВОЙСТВА:

Разрешается сварка ржавого, влажного, а так же недостаточно очищенного металла. Имеют достаточно высокую производительность сварки.

Сварка швов конструкций и проката средних и больших толщин в нижнем расположении конструкции проводится на более высоких режимах.

Сваривают электродами на короткой длине дуги, но разрешена сварка и на средней длине дуги.

Электроды ОЗС-4 (Э 46)

Электроды с покрытием из оксида титана (рутиловым), с успехом применяют для сваривания деталей и конструкций из стали 09г2с во всех плоскостях. Особенно это важно для сварки в вертикальном расположении швов.. Т.к. эти электроды не выделяют отравляющих газов при сварке.

При работе с этими электродами сокращается время сварки.

Работают электроды от постоянного тока и переменного. Этими электродами можно сваривать даже окисленные конструкции, при этом сохраняется красивый вид шва.

Они применяются прежде всего в ответственных конструкциях.

§ 75. Сварка низколегированных сталей

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.

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, A 1 - критическая точка стали, М н и М к - 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 , которые имеют предел текучести не более 390 МПа, не представляется трудной. Она практически ничем не отличается от сварки низкоуглеродистых сталей . Стали данного вида не закаливаются и не расположены к перегреву, который ведет к снижению пластических свойств. Однако стоит помнить, что с увеличением содержания углерода свойства стали меняются.

Например, стали 15ХСНД и 14Г2 содержат в своем составе 0,18% углерода и имеют склонность к образованию закалочных структур и перегревам в зоне влияния температуры. По этим причинам при сваривании сталей данного вида нужно подбирать оптимальный режим, который не будет допускать образование закалочных структур и перегрева металлической конструкции. Сваривание производится с использованием электродов диаметром 4 – 5 миллиметров. Сварочный процесс происходит в несколько шаров. Если толщина свариваемого металла превышает толщину в 15 миллиметров, то сваривание производится методом блоков или каскадом, однако металл в зоне сварке до высокой температуры не разогревается, чтобы не допускать перегрева зоны влияния.

Для сварки популярных низколегированных сталей 15ХСНД и 14Г2 используют сварочные электроды Э55 и Э50А , которые перед использованием необходимо прокаливать . При сварке сталей 09Г2С, 14Г2 и 10Г2С1 используются электроды, имеющие в своем составе 18 процентов углерода. Этими электродами являются Э42 и Э50А. Проведение сварочных работ со сталями с пределом текучести более 390 МПа требует большего внимания. Сталь с такими свойствами склонна к образованию кристаллизационных трещин, однако она менее подвергается перегреву околошовной зоны, потому что является легированной . Сварку такой стали выполняют электродами Э60, Э50А и Э55. Сварочные электроды Э60 используются для сваривания низколегированной стали во всех пространственных положениях сварочного шва, а также для работы с ними нужно использовать постоянный ток обратной полярности .

Для сварки таких видов сталей можно использовать электроды УОНИ 13/55 , ПСК-50 и СК»-50 . Низколегированные виды сталей перед свариванием нужно обязательно тщательно подготавливать к сварке. Их нужно очищать от ржавчины и разного рода загрязнений. Свариваемый металл и прилегающие к нему его части должны быть очищены на 20 миллиметров. Кроме этого, все обвисающие части металла и выступы должны быть обработаны абразивным инструментом и стать в один уровень с остальным металлом. Если толщина свариваемого металла составляет более 25 миллиметров, то сваривание нужно производить с использованием местного подогрева при температуре 120 – 160 градусов. Однако если температура окружающей среды составляет -15 градусов по Цельсию и ниже, то предварительный местный подогрев металла обязателен, независимо от толщины свариваемого изделия или от его формы и массы. Таким образом , поддерживая необходимую температуру металла при сваривании, Вы сможете проводить сварочный процесс низколегированных сталей успешно .