Сварка конструкционных сталей

Как избежать проблем при сварке углеродистых конструкционных сталей

Закалку металла увеличивает углерод. Его содержание в сплавах 0,2-0,5% определяет повышенную твердость стали, из-за чего ее широко используют в изготовлении трущихся деталей механизмов, звездочек, валов зубчатых передач, станин и т. п. Ремонт таких деталей подразумевает сварку, как единственную технологию по восстановлению работоспособности производственного оборудования.

Проблема сваривания высокоуглеродистых сталей заключена в следующем: при нагреве углерод усиливает влияние серы и образует кристаллизационные трещины, закаленные непластичные формирования в зонах швов. Металл в таких местах отличается от начального состояния, снижается его устойчивость к возникновению трещин.

Во время расплава в соединениях критическая масса углерода будет зависеть от:

• предварительного нагрева
• формы шва
• конструкции узла
• процента прочих химических элементов.

Чтобы повысить устойчивость металла к образованию горячих трещин в соединениях при сваривании, применяют следующие методы:

• снижают растягивающее напряжение частей детали или конструкции
• ограничивают включение химических элементов, которые способствуют возникновению трещин
• формируют оптимальную форму шва.

Высокий процент содержания углерода создает непластичную структуру в месте соединения, из-за которой при воздействии напряжений образуются холодные трещины, швы разрушаются. Чтобы такие проблемы исключить в сварных соединениях, следует соблюдать определенные условия, которые заключаются в следующем:

• применяются такие режимы сварки, которые ограничивают перетекание углерода из составной массы металла в соединительный шов (используется присадочная проволока, разделяются кромки, увеличивается вылет)
• применяются низкоуглеродистые электроды
• вводится марганец, кальций, как компоненты, способствующие образованию сульфида в шве
• для понижения жесткости соединения наложение швов проводят в определенном порядке
• убирают напряжение в соединениях
• уменьшают химическую неоднородность швов путем выбора их нужной формы
• минимизируют диффузный водород методом применения низководородных электродов, очищения кромок, сушки защитных газов, прокалки электродов, флюса, проволоки
• сварочный шов медленно охлаждают, используют для этого экзотермические смеси, наплавки, многослойную дуговую сварку.

Собирая детали для сваривания, необходимо соблюдать зазоры, которые будут зависеть от толщины соединяемых частей. Если толщина металла более 3,8 мм, проводят разделение кромок, благодаря чему уменьшается переход в шов углеводородов. Отказываются от частичных предварительных прихваток или перед ними локальные места прогревают до температуры 400°С.

Наиболее ответственные швы проваривают в 2-4 прохода. Сварочный шов должен быть с плавным переходом к основному металлу. Дуговая сварка конструкционной стали не должна допускать дуговых разрывов и вывода кратера к основному металлу.

Сварка углеродистых конструкционных сталей завершается медленным остыванием швов, методом накрывания их теплоизоляционным материалом и помещением их в термостат. Применяют также нагрев соединений после сваривания.

Сварка низколегированных конструкционных сталей

Стали с пониженным легированием отличаются пониженным включением в сплавах до 0,2% углерода и легирующих добавок не более 2,5% (ванадия, хрома, молибдена, кремния). Процентное содержание того или иного компонента определяет физико-химические характеристики стали по устойчивости к коррозии, жаропрочности, теплоустойчивости и в целом качества сплавов.

В сваривании таких соединений существуют определенные трудности. Свариваемость низколегированных сталей ухудшается по мере роста включения в них углерода и легирующих составляющих. Для сварки металлов кремнемарганцевой группы 25Г2С; 18Г2С; 15ГС и сталей 12ХГ; 15ХСНД; 10ХГСНД применяют электроды УОНИ 1365 типа Э60А. С кромок убирают окалины, загрязнения, зачищают ржавые места.

Чтобы избежать хрупкости сварных соединений, повысить их эластичность и прочность, используют специальные добавки, присутствующие в проволоке. Для сваривания низколегированных сталей используются электроды марки Э42А или Э50А. Таким образом, швы дополнительно легируются.

Какие виды сварки применяются для сталей с низкой легированностью

При газопламенной сварке таких сталей применяется левый или правый метод. При левом методе расход ацетилена должен составлять не больше 125 дц³/час, при правом — 75-100 дц³/час. По завершении сваривания, шов проковывают при температуре 850°С. Такая обработка обеспечит соединению прочностные механические показатели.

Для механизированного сваривания в защитном газе предполагается применение проволоки марок СВ–09ГС или СВ-08ГС толщиной 1,25 мм. Газовые смеси должны состоять из кислорода (25%) и углекислоты. Допускается использование аргоновых смесей.

После прохождения низкоуглеродистой стали термообработки, проволоки СВ-09ГС или СВ-08ГС не придадут должных механических свойств сварному соединению. В этом случае используют комплексно-легированную проволоку СВ-08Х3Г2М; СВ-08ХГСА или СВ-08ГСТ.

Автоматическая сварка конструкционных сталей с низким легированием проводится проволоками СВ-08ГА; СВ-08АА; СВ-08А с флюсами ОСЦ 45 или АН 348 А. Эти флюсы предотвращают образование в трещин в швах. Ручная дуговая сварка конструкционных сталей также подразумевает использование флюсов.

Оптимальным методом соединения конструкционных частей из низколегированной стали считается сваривание полуавтоматом в газовой сфере и ручная сварка электродами с покрытием. Для сваривания сплавов хромомолибденовой группы идеальными электродами считаются марки ЭМХ, для хромомолибденованадиевой — марки ЭМХ-Ф. Другие электроды применять не рекомендуется. Перед сваркой соединяемые части конструкции прогревают до 350°С, после сваривания назначается отпуск металла в течение 2-3 ч. при температуре 710°С.

Важно! Для сварки конструкций из низколегированных сталей недопустимо использование электродов с дефектами покрытий. Сварочные проволоки не должны быть грязными или со ржавчиной. Флюсы, электроды перед применением необходимо прокаливать при температурах установленных в технической документации. Для газовой сварки следует применять газ специальный углекислый сварочный. В случае применения углекислого газа пищевого, его необходимо дополнительно осушить.

Только придерживаясь вышеописанных условий при сваривании конструкционных сталей, с учетом правильного подбора их физико-химических характеристик, можно добиться высококачественных сварных соединений.