Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Выделяют довольно большое количество параметров, которые определяют основные свойства металла. Среди них выделяют показатель свариваемости. На сегодняшний день сварка стали проводится крайне часто.

Подобный способ соединения металлов и других материалов характеризуется высокой эффективностью, так сварной шов может выдерживать большую нагрузку. При плохом показателе провести подобную работу сложно, в некоторых случаях даже невозможно.

Все металлы разделяются на несколько групп, о чем далее поговорим подробнее.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Свариваемость сталей

Основные критерии,  устанавливающие свариваемость

Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его.

Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается.

Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Понятие свариваемости

К другим особенностям, которые касаются рассматриваемого вопроса, можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Практически во всех металлах содержатся вредные примеси, которые могут снижать или повышать обрабатываемость сваркой.
  2. Фосфор считается вредным веществом, при повышении концентрации появляется хладноломкость.
  3. Сера становится причиной появления горячих трещин и появлению красноломкости.
  4. Кремний присутствует практически во всех сталях, при концентрации 0,3% степень обрабатываемости не снижается. Однако, если увеличить его до 1% могут появится тугоплавкие оксиды, которые и снижают рассматриваемый показатель.
  5. Процесс сварки не затрудняется в случае, если количество марганца не более 1%. Уже при 1,5% есть вероятность появления закалочной структуры и серьезных деформационных трещин в структуре.
  6. Основным легирующим элементом считается хром. Он добавляется в состав для повышения коррозионной стойкости. При концентрации около 3,5% показатель свариваемости остается практически неизменным, но в легированных составах составляет 12%. При нагреве хром приводит к появлению карбида, который существенно снижает коррозионную стойкость и затрудняет процесс соединения материалов.
  7. Никель также является основным легирующим элементом, концентрация которого достигает 35%. Это вещество способно повысить пластичность и прочность. Никель становится причиной улучшения основных свойств материала.
  8. Молибден включается в состав в небольшом количестве. Он способствует повышению прочности за счет уменьшения зернистости структуры. Однако, на момент воздействия высокой температуры вещество начинает выгорать, за счет чего появляются трещины и другие дефекты.
  9. В состав часто в качестве легирующего элемента добавляется медь. Ее концентрация составляет около 1%, за счет чего немного повышается коррозионная стойкость. Важной особенностью назовем то, что медь не ухудшает обработку сваркой.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Критерии свариваемости

В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.

Классификация сталей по свариваемости

Хорошей обрабатываемостью обладают сплавы, в которых при нагреве не образуются трещины. По данной характеристике выделяют четыре основных группы:

  1. Хорошая обрабатываемость сваркой определяет то, что сталь после термической обработки остается прочным и надежным. При этом создаваемый шов может выдерживать существенное механическое воздействие.
  2. Удовлетворительная степень позволяет проводить обработку без предварительного подогрева. За счет этого существенно ускоряется процесс, а также снижаются затраты.
  3. Ограниченно свариваемые стали сложны в обработке, сварку можно провести только при применении специального оборудования. Именно поэтому повышается себестоимость самого процесса.
  4. Плохая податливость сварке не позволяет проводить рассматриваемую обработку, так как после получения шва могут появится трещины. Именно поэтому подобные материалы не могут использоваться для получения ответственных элементов.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Классификация сталей по свариваемости

Каждая группа характеризуется своими определенными особенностями, которые нужно учитывать. Сталь 20 относится к первой группе, в то время как распространенная сталь 45 обладает низкой податливостью к сварке.

Группы свариваемости

Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:

  1. Первая группа, которая характеризуется хорошей свариваемостью, может применяться при сварке без предварительного подогрева и последующей термической обработки шва. Отпуск выполняется для снижения напряжения в металле. Как правило, подобное свойство связано с низкой концентрацией углерода.
  2. Вторая характеризуется тем, что склонна к образованию трещин и дефектов на швах. Именно поэтому рекомендуется проводить предварительный подогрев материала, а также последующую термическую обработку для снижения напряжений.
  3. При ограниченном показателе сталь склонна к образованию трещин. Для того чтобы исключить вероятность появления трещин следует материал предварительно разогреть, после сварки в обязательном порядке проводится термообработка.
  4. Последняя группа характеризуется тем, что в большинстве случаев на швах образуются трещины. При этом предварительный разогрев структуры не во многом решает проблему. После сварки обязательно проводится многоступенчатое улучшение.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Группы свариваемости

Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после улучшения материала, к примеру, путем азотирования или закалки.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси

Как ранее было отмечено, включение в состав большого количества легирующих элементов приводит к изменению основных характеристик. При этом отметим следующие моменты:

  1. При низком показателе концентрации сталь лучше поддается сварке.
  2. Некоторые химические вещества могут повысить рассматриваемый показатель, другие ухудшить.

Именно поэтому при выборе легированного сплава уделяется внимание не только типу легирующих элементов, но и их концентрации. Принятые стандарты ГОСТ определяют то, что при маркировке могут указывать основные химические вещества и их количество в составе.

Влияние содержания углерода на свариваемость стали

Во многом именно углерод определяет основные эксплуатационные характеристики сплава. Слишком высокая концентрация подобного химического вещества приводит к повышению твердости и прочности, но также и хрупкости. Кроме этого, в несколько раз снижается степень свариваемости. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

  1. Если в составе углерода не более 0,25%, то рассматриваемый показатель остается на достаточно высоком уровне.
  2. Слишком большое количество углерода в составе приводит к тому, что металл после термического воздействия начинает менять свою структуру, за счет чего появляются трещины.

Стоит учитывать, что проводимая химикотермическая процедура может привести к снижению податливости к рассматриваемому способу соединения. Именно поэтому улучшение сплава проводится после создания конструкции путем обработки шва.

Свариваемость низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистые сплавы хорошо подаются свариванию. При этом можно отметить следующие моменты:

  1. В подобных сплава концентрация углерода менее 0,25%. Этот показатель свойственен сплавам, которые имеют повышенную гибкость и относительно невысокую твердость поверхностного слоя. Кроме этого, снижается значение хрупкости. Поэтому низкоуглеродистые стали часто используют при создании листовых заготовок. При добавлении небольшого количество легирующих элементов может быть повышена коррозионная стойкость.
  2. Для повышения основных характеристик в состав могут добавлять различные легированные элементы, но в небольшом количестве. Примером можно назвать марганец и никель, а также титан.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Низкоуглеродистая сталь

Как правило, подобные металлы не нужно перед обработкой подвергать подогреву, а после проведения процедура закалка или отпуск выполняется только для при необходимости.

Свариваемость закаленной стали

Распространенной термической обработкой можно назвать закалку. Она предусматривает воздействие высокой температуры, которая может изменить структуру материала. После охлаждения происходит перестроение структуры, за счет чего происходит упрочнение структуры и повышение твердости поверхностного слоя. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

  1. Закалка предусматривает увеличение концентрации углерода в поверхностном слое. Именно поэтому степень свариваемости существенно снижается.
  2. Подогрев заготовки проводится для того, чтобы упростить проводимую работу. Для этого может использоваться газовая грелка или иной источник тепла.

Закаленная сталь сложна в обработке. Кроме этого, если ранее не проводился отпуск в структуре может быть переизбыток напряжения, что и приводит к появлению трещин.

Повторная обработка швов может не привести к повышению их прочности.

Как влияет на свариваемость металла увеличение содержания углерода

Закаленная сталь

В заключение отметим, что хорошей податливость сварке обладают металлы из различных групп. Примером можно назвать некоторые нержавейки, которые даже после воздействия тепла обладают коррозионной устойчивостью. Именно поэтому для сварочных работ рекомендуется выбирать материал, который характеризуется хорошей обрабатываемостью.

Читайте также:  Плотность металла это его удельный вес

Влияние легирующих элементов на свариваемость металлов

Влияние легирующих элементов на свариваемость металлов

При сварке металлов, имеющих различные легирующие элементы (Молибден, Кремний, Хром и др.) могут возникать различные проблемы, влияющие непосредственно на качество полученного сварного соединения (трещины, поры, непровары и т.д.). Для того, чтобы избежать трудностей и проблем, необходимо очень хорошо знать, как влияет тот или иной легирующий элемент на свариваемость изделия.

Знание влияния легирующих элементов на свариваемость различных сталей поспособствует лучшему пониманию процессов сварки.

Углерод Один из самых значительных химических элементов в сталях. Содержание углерода в сталях влияет на прочность, закаливаемость, вязкость, свариваемость. У низкоуглеродистых сталей (углерода менее 0,25%) свариваемость практически не ухудшается. При увеличении содержания углерода свариваемость резко ухудшается, так как в зонах ЗТВ (зонах термического влияния) возникает большое количество закалочных структур, которые вызывают трещины.

При высоком содержании углерода в присадочном материале увеличивается вероятность образования пор.

Марганец Марганец является хорошим раскислителем. Электроды или проволоку необходимо применять при сварке в среде СО2. При содержании марганца в металле до 0,8 %, процесс сварки не усложняется. При увеличении содержания стали в металле (1,8%-2,5%) появляется опасность возникновения ХТ (холодных трещин), т.к. марганец способствует появлению хрупких структур (закалочных). При повышенном содержании марганца (11-16%) во время сварки происходит интенсивное выгорание данного вещества. Следовательно, необходимо применять специальные меры, например, использовать сварочные материалы с бОльшим содержанием марганца.

  • Кремний
  • Хром
  • Никель
  • Молибден
  • Вольфрам
  • Ванадий
  • Титан

Так же как и марганец является хорошим раскислителем. При малом количестве кремний (до 0,03%) на свариваемость не влияет. При содержании кремния 0,8-1,5% свариваемость ухудшается из-за повышенной жидкотекучести кремнистой стали и образования тугоплавких оксидов кремния. При повышенном содержании кремния, из-за увеличенной жидкотекучести особенно опасно появление горячих трещин. Содержание хрома в сталях способствует увеличению коррозионной стойкости. Но, при сварке сталей образуются карбиды хрома, которые увеличивают твердость в ЗТВ (зоне термического влияния). Также образуются тугоплавкие окислы, которые затрудняют процесс сварки, а значит ухудшают свариваемость. Содержание никеля в сталях способствует увеличению ударной вязкости, которая особенно важная при работе сталей при низких температурах. Также никель способствует увеличению пластичности, прочности стали и измельчению зерна. При этом свариваемость стали не ухудшается. Но, из-за высокой цены данного легирующего элемента, применение ограничено экономическими соображениями. Содержание молибдена в сталях увеличивает несущую способность при высоких температурах и ударных нагрузках, измельчает зерно. С другой стороны, молибден способствует образованию трещин в ЗТВ и наплавленном металле шва. Во время сварке окисляется и выгорает. Следовательно, необходимо использовать специальные меры. Содержание вольфрама в сталях резко увеличивает твердость стали и ее работоспособность при высоких температурах (красностойкость). С другой стороны, вольфрам затрудняет процесс сварки и активно окисляется. Содержание ванадия в сталях резко увеличивает закаливаемость стали. Из-за закаливаемости, а также из-за окисления ванадия и его выгорания, ухудшается свариваемость сталей. Использование титана как легирующий элемент обусловлено его высокой коррозионной стойкостью.

Ниобий

Использование ниобия, аналогично титану, обусловлено его высокой коррозионной стойкостью. При сварке сталей ниобий способствует образованию горячих трещин.

Свариваемость сталей

Свариваемостью называется свойство металла (или другого материала) образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия (ГОСТ 2601).

Свариваемость различных металлов и их сплавов существенно отличается.

Степень свариваемости оценивают изменением свойств сварного соединения по отношению к основному металлу. Степень свариваемости сплава тем выше, чем больше способов сварки и режимов при каждом способе можно применить. Примером хорошей свариваемости является малоуглеродистая сталь.

Под технологической свариваемостью понимают отношение металла к конкретному способу сварки и режиму.

Физическая свариваемость определяется процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, по завершении которых образуется неразъемное сварное соединение.

Все однородные металлы обладают физической свариваемостью. Свойства разнородных металлов зачастую препятствуют протеканию необходимых физико-механических процессов в зоне сплавления.

В этом случае металлы не обладают физической свариваемостью.

Влияние элементов, содержащихся в сталях, на их свариваемость

Углерод. Малоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми видами сварки. С увеличением содержания углерода в стали повышается твердость и снижается пластичность. Металл в сварном соединении закаливается, и образуются трещины. В результате интенсивного окисления углерода при сварке образуется значительное количество газовых пор.

Марганец. В количестве 0,3…0,8 % марганец не ухудшает свариваемость стали. Является хорошим раскислителем и способствует уменьшению содержания кислорода в стали. При содержании марганца 1,5…2,5 % свариваемость ухудшается и возможно появление трещин из-за увеличения твердости стали и образования закалочных структур.

Кремний. Содержание кремния в углеродистых сталях незначительно (0,03…0,35 %). Кремний вводят как раскислитель, и при содержании до 1 % он не влияет на свариваемость.

С увеличением содержания кремния более 1 % свариваемость ухудшается, так как образуются тугоплавкие окислы, которые приводят к появлению шлаковых включений.

Металл сварного шва имеет повышенные прочность, твердость и хрупкость.

Хром. В углеродистых сталях содержание хрома не превышает 0,25 % и в таком количестве его влияние на свариваемость не значительно. Конструкционные стали типа 15Х, 20Х, 30Х, 40Х содержат от 0,7 до 1,1 % хрома.

При таком содержании хрома твердость увеличивается, а свариваемость ухудшается, особенно с увеличением содержания углерода. Стали, содержащие значительное количество хрома (Х5, 1X13, Х17) имеют самую плохую свариваемость.

При сварке образуются тугоплавкие окислы, снижается химическая стойкость стали и образуются закалочные структуры.

Никель. Никель повышает прочность и пластичность металла сварного соединения и не ухудшает свариваемость.

Молибден. В теплоустойчивых сталях содержание молибдена составляет 0,2…0,8 %, а в специальных сталях, предназначенных для работы при высоких температурах, увеличивается до 2…3 %. Молибден значительно повышает прочность и ударную вязкость стали, но вызывает склонность к образованию трещин, как в самом шве, так и в переходной зоне.

Ванадий. Ванадий повышает прочность сталей. Содержание его в инструментальных и штамповых сталях достигает 1,5 %. Ванадий ухудшает свариваемость, так как способен сильно окисляться и при сварке необходимо вводить в зону плавления активные раскислители.

Вольфрам. Содержание вольфрама в специальных (инструментальных и штамповых) сталях составляет до 2 %. Стали с содержанием вольфрама имеют значительную твердость и прочность при высоких температурах. Вольфрам ухудшает свариваемость, сильно окисляется и поэтому сварка требует особых приемов.

Титан и ниобий. Титан и ниобий улучшают свариваемость стали. При сварке высоколегированных хромистых и хромоникелевых сталей углерод взаимодействует с хромом и образуются карбиды хрома.

Это приводит к уменьшению содержания хрома по границам зерен, образованию межкристаллитной коррозии и разрушению сварных швов.

При введении в стали титана или ниобия в количестве 0,5…1 % происходит их взаимодействие с углеродом, что препятствует образованию карбидов хрома.

Медь. В сталях, используемых для ответственных конструкций, содержание меди составляет 0,3…0,8 %. Медь улучшает свариваемость, повышает прочность, пластические свойства, ударную вязкость и коррозионную стойкость сталей.

Сера. Повышенное содержание серы приводит при сварке к образованию горячих трещин. Наибольшее допускаемое содержание серы до 0,06 %.

Фосфор. Повышенное содержание фосфора ухудшает свариваемость, так как вызывает при сварке появление холодных трещин. Допускается содержание фосфора в углеродистых сталях не более 0,08 %.

Кислород. Кислород ухудшает свариваемость стали, снижая ее механические свойства – прочность, пластичность, ударную вязкость.

Азот. Азот из окружающего воздуха при охлаждении сварочной ванны образует нитриды железа, которые повышают прочность и твердость стали и значительно снижают пластичность.

Читайте также:  Почем можно сдать металл

Водород. Водород попадает в сварочную ванну из влаги и коррозии на поверхности металла, скапливается в отдельных местах сварного шва, образует газовые пузырьки, вызывает появление пористости и мелких трещин.

Классификация сталей по свариваемости

  • Свариваемость сталей оценивается такими признаками как склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.
  • Количественной характеристикой свариваемости стали является эквивалентное содержание углерода Сэк, которое определяют по формуле
  • Сэк = С + (Мn/6) + [(Cr + Mo +V)/5 + (Ni + Cu)/15] ,
  • где С – содержание углерода, %;
  • Мn, Cr, Mo, V, Ni, Cu – содержание легирующих элементов (марганец, хром, молибден, ванадий, никель, медь), %.
  • Наибольшее влияние на свариваемость стали оказывает количество содержащегося в ней углерода и легирующих компонентов.
  • Стали по свариваемости делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся стали, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся и плохо сваривающиеся стали.

К первой группе относятся стали, сварку которых выполняют по обычной технологии без подогрева. Возможно применение термообработки для снятия внутренних напряжений.

Ко второй группе относятся стали, у которых при сварке в нормальных условиях, как правило, трещин не образуется. Для сварки сталей этой группы имеются ограничения по толщине свариваемого изделия и температуре окружающей среды.

К третьей группе относятся стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергают термообработке после сварки.

К четвертой группе относятся стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

В табл. 1 приведена свариваемость и условия сварки сталей различных видов и марок.

Таблица 1. Свариваемость сталей и условия сварки

Группа свариваемости Эквивалентное содержание углерода, Сэк Углеродистые стали Легированные стали Высоколегированные стали Условия сварки
I Хорошая До 0,25 ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4,
Стали 08, 10,
15, 20, 25
15Г, 20Г, 15Х, 20Х,

  1. 15ХМ, 20ХГСА,
  2. 10ХСНД, 10ХГСНД,
  3. 15ХСНД
08Х20Н14С2,

  • 20Х23Н18,
  • 08Х18Н10,
  • 12Х18Н9Т, 15Х5
Без ограничений, в широком диапазоне режимов сварки независимо от толщины металла, жесткости конструкции, температуры окружающей среды
II Удовлетворительная Свыше 0,25
и до 0,35
ВСт5,
Стали 30, 35
12ХН2, 12ХН3А,
20ХН, 20ХН3А,
30Х, 30ХМ, 25ХГСА
30Х13, 25Х13Н2,
9Х14А, 12Х14А
Сварка при температуре окружающей среды не ниже + 5 оС и толщине металла до 20 мм при отсутствии ветра
III Ограниченная Свыше 0,35
и до 0,45
ВСт6
Стали 40, 45
35Г, 40Г, 45Г, 40Г2,

  1. 35Х, 40Х, 45Х,
  2. 40ХМФА, 40ХН,
  3. 30ХГС, 30ХГСА,
  4. 35ХМ, 20Х2Н4МА
17Х18Н9Т,

  • 12Х18Н9,
  • 36Х18Н25С2,
  • 40Х9С2
Сварка с предварительным или сопутствующим подогревом до 250 оС в жестком диапазоне режимов сварки
IV Плохая Свыше 0,45 Стали 50, 55,
60, 65, 70, 75,
80, 85
50Г, 50Г2, 50Х, 50ХН,
45ХН3МФА, 6ХС,
7Х3
40Х10С2М,

  1. 40Х13, 95Х18,
  2. 40Х14Н14В2М,
  3. 40Х10С2М, Р18, Р9
Сварка с предварительным и сопутствующим подогревом, термообработкой после сварки

Свариваемость сталей: показатели и определение

СОДЕРЖАНИЕ

Свариваемость сталей – это ключевой параметр для оценки пригодности детали к подобной обработке. Различные добавки в металл определяют его устойчивость к высоким температурам, а значит, без оценки свариваемости невозможно будет прогнозировать прочность и долговечность соединения.

С учетом сказанного выделяют несколько групп сталей по их свариваемости. В нашей статье мы расскажем об этой классификации, разберем нюансы работы с различными сталями и поговорим, как можно высчитать этот показатель.

Понятие свариваемости сталей

Под свариваемостью стали подразумевается ее свойство образовывать прочное соединение при проведении сварочных работ. Экспертиза качества полученного результата и готовности изделия к эксплуатации выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 2601.

Каждый материал имеет собственные характеристики свариваемости.

Оценив изменение свойств сварного соединения по отношению к основному металлу, можно выяснить степень свариваемости. Наличие множественных вариантов способа сварки и режимов, которые могут быть применены в ходе сварочных работ, говорит о высокой степени свариваемости. Одним из самых податливых с этой точки зрения материалов является малоуглеродистая сталь.

Реакцию металла на тот или иной способ сварки и его способность обеспечить качество сварного соединения, соответствующее необходимым эксплуатационным характеристикам, называется технологической свариваемостью.

: «Уровень качества сварного шва: методы контроля»

Физическая свариваемость – это способность металла или сплава образовывать на границе основного и наплавленного материала прочное монолитное соединение. Данным качеством обладают все однородные металлы. Большая часть разнородных металлов неспособна обеспечить необходимые физико-механические процессы в зоне сплавления, а значит, таким качеством, как физическая свариваемость, не обладает.

К числу свойств металлов, на которые ориентируются при определении критериев свариваемости, относят:

  • характер реакции на тепловое воздействие, оказываемое на металл в процессе сварки;
  • его предрасположенность к росту зерна с сохранением прочности и пластичности;
  • изменение структуры металла в зоне воздействия высоких температур;
  • степень химической активности свариваемого материала и характер процесса окисляемости;
  • сопротивляемость к образованию пор и трещин в холодном состоянии и в момент разогрева.

В составе такого материала, как сталь, может содержаться различное количество кремния, марганца и других химических элементов. От того, в каких пропорциях они распределены, зависит так называемая раскисляемость материала. На основе данного показателя выделяют три вида сталей: кипящая – «кп», полуспокойная – «пс» и спокойная – «сп».

Классификация свариваемости сталей

Классификация сталей по свариваемости формируется с учетом такого показателя, как устойчивость к образованию трещин. В ней выделяют четыре основных варианта:

  • Хорошая свариваемость – показатель стали, в процессе обработки которой сохраняется ее прочность, а надежный шов способен выдержать серьезное механическое воздействие. Процесс сварки может идти без предварительного подогрева.
  • Удовлетворительная свариваемость также характеризуется отсутствием трещин, но в некоторых случаях для достижения нужного результата необходим предварительный подогрев и последующая термообработка.
  • Ограниченно свариваемые стали могут быть соединены без трещин только при условии тщательной предварительной подготовки и последующей термической обработки. Качественный шов удастся получить только в процессе использования специального оборудования.
  • Плохо свариваемые стали практически не могут быть соединены швами без трещин. Подогрев требуется не только в начале работы, но и на всем ее протяжении. Но даже максимум усилий не может обеспечить прочности швов и монолитности конструкций, поэтому для создания ответственных конструкций такие виды стали не используются.

Исходя из особенностей присущих каждой группе и характеристик свариваемости стали, любой материал находит свое место в классификации. Так, сталь 20 относится к первой группе, а сталь 45 – к четвертой.

Разница между ними обусловлена следующими обстоятельствами:

  • Первая группа представлена металлами с минимальной концентрацией углерода. Именно это обеспечивает возможность работы с материалом без предварительного подогрева и заключительной термической обработки и позволяет снять напряжение металла.
  • Вторая группа также характеризуется отсутствием трещин, но, для того чтобы гарантировать результат, подогрев и термическая обработка материала уже необходимы. В противном случае повышенное напряжение стали может привести к образованию дефектов.
  • Третья группа предрасположена к образованию трещин, и процесс качественной сварки может быть обеспечен только при условии соблюдения всех особенностей работы с такими материалами.
  • Четвертая группа – это группа в которую входят стали, предрасположенные к образованию трещин. Проблема не решается ни в ходе предварительного разогрева, ни в результате последующей обработки. Добиться более высоких показателей свариваемости стали из этой группы можно только путем многоступенчатого улучшения.

Также показатели свариваемости могут быть улучшены благодаря азотированию стали или ее закалке.

Определение свариваемости сталей

Важнейшим критерием при определении свариваемости материалов является содержание в металле соединений углерода. Для оценки свариваемости стали коэффициент углерода также является основным показателем.

  • Посчитать его можно по этой формуле:
  • Сэк = C + Mn / 6 + Cr + Mo / 5 + V + (Ni + Cu) / 15,
  • где:
  • Сэк — коэффициент углерода;
  • С — содержание углерода в %;
  • Mn — содержание марганца в %;
  • Cr — содержание хрома в %;
  • Mo — содержание молибдена в %;
  • V — содержание ванадия в %;
  • Ni — содержание никеля в %;
  • Cu — содержание меди в %.
Читайте также:  Формулы соединений щелочноземельных металлов химия

Данные о коэффициенте Cэк стали позволяют выяснить, к какой группе свариваемости стали можно отнести данный образец. Руководствоваться при этом нужно следующими параметрами:

  • Группа 1 — сварка без ограничений — Сэк до 0,25 %.
  • Группа 2 — сварка в ограниченном режиме — Сэк от 0,25 до 0,35 %.
  • Группа 3 — затруднения в процессе сварки — Сэк от 0,35 до 0,45 %.
  • Группа 4 — сварка невозможна — Сэк более 0,45 %.

Влияние добавок на свариваемость сталей

Рассмотрим особенности сваривания легированных сталей, содержащих разное количество примесей. Данные для анализа приведены в следующей таблице:

Легирующая примесь Описание примеси
Углерод (С) Примесь, от содержания которой зависят такие важные свойства стали, как эластичность и прочность. Показатели свариваемости не будут снижаться даже при наличии в металле 0,25 % углерода. Более высокие значения уже недопустимы, так как это приведет к появлению в металле закалочных структур, которые в результате термического воздействия будут способствовать образованию трещин. 
Сера (S) и фосфор (Р) Сера и фосфор должны содержаться в стали в минимальном количестве и не превышать уровня 0,4–0,5 %. В противном случае результатом их присутствия станет появление красных тещин. Сера придает металлу такое негативное свойство, как красноломкость, а фосфор — хладноломкость. 
Кремний (Si) Уровень содержания этого раскислителя должен быть равен примерно 0,3 %. Это обеспечит сохранение свариваемости. Негативное влияние на это свойство будет оказано в том случае, если доля кремния составит 0,8–1 %. В результате свариваемость стали ухудшится по причине формирования тугоплавких оксидов. 
Марганец (Mn) Для сохранения свойств свариваемости содержание марганца необходимо держать на уровне, не превышающем 1 %. При показателях от 1,8 до 2,5 % в металле начнут образовываться закалочные структуры, наличие которых обеспечит появление трещин.
Хром (Cr) Содержание хрома зависит от вида материала. В низкоуглеродистых сталях оно фиксируется в пределах 0,3 %, в конструкционных – от 0,7 до 3,5 %, в легированных – от 12 до 18 %, а в хромоникелевых – от 9 до 35 %. Наличие данной примеси провоцирует развитие коррозийных процессов и негативно влияет на результат из-за образования тугоплавких карбидов.
Никель (Ni) Оптимальное содержание никеля в составе обычной стали соответствует 0,3 %. В легированных сталях показатель выше: для низколегированных это 5 %, а для высоколегированных — 35 %. Наличие примесей никеля не оказывает отрицательного влияния на характеристики стали. Благодаря ему уровень прочности и пластичности металла только повышается.
Ванадий (V) Примесь ванадия в составе легированных сталей колеблется от 0,2 до 0,8 %. Она также положительно сказывается на степени прокаливаемости и таких свойствах материала, как пластичность и вязкость.
Молибден (Mo) Количество примеси должно быть менее 0,8 %. Соответствие показателя данной норме положительно сказывается на прочности, но при этом в процессе сварки происходит выгорание данного компонента, и в наплавленном металле появляются нежелательные трещины.
Титан и ниобий (Ti и Nb) Ниобий также может стать причиной появления трещин, если сварные работы происходят с участием сталей типа 1–18. Но умеренное содержание титана и ниобия в составе антикоррозионных и жаропрочных сталей повышает их устойчивость к негативным факторам внешней среды. Показатель в этом случае не должен быть выше, чем 1 %.
Медь (Cu) Данный вид примеси не способствует улучшению характеристик свариваемости стали, хотя устойчивость к коррозии у таких материалов выше. Содержание примеси в стали соответствует 0,3 %. Если речь идет о низколегированных материалах, показатели колеблются от 0,15 до 0,5 %. У высоколегированных их значение составляет от 0,8 до 1 %.

Нюансы сварки различных видов стали

Углеродистые стали

Особенности свариваемости углеродистых сталей предполагают специфику выполнения сварочных работ. Так, при соединении деталей очень важно обеспечить особое расположение шва — «на весу». Для этого потребуются приспособления в виде скоб, струбцин и других фиксаторов, с помощью которых свариваемую конструкцию можно будет надежно закрепить на специальном столе.

Если детали имеют существенную толщину и многослойная сварка осуществляется в несколько подходов, с лицевой стороны шва разрешают делать прихватки.

Основная задача мастера – добиться, чтобы прочность металла шва и околошовной области максимально соответствовала прочности остального металла.

Низкоуглеродистые стали

Это вид стали, в составе которой есть не только углерод, но и легирующие добавки, положительно влияющие на показатели ее свариваемости.

Сварка таких материалов может производиться любым способом и доступна даже тем специалистам, квалификация которых пока еще недостаточно высока.

Среднеуглеродистые стали

Содержат большое количество углерода, что осложняет процесс ведения сварочных работ. Возникают трудности, связанные с тем, что металл детали и сварного стыка обладает разными показателями прочности. Также нередко в районе кромок шва появляются трещины и очаги с очевидно выраженной хрупкостью материала.

  1. Упростить задачу можно с помощью применения электродов, изготовленных из материалов с низким содержанием углерода.
  2. : «Уровень качества сварного шва: методы контроля»
  3. Исключить возможность проплавления основного металла в результате повышения тока можно с помощью разделки кромок соединяемых деталей.
  4. Если количество углерода приближено к его содержанию в высокоуглеродистых сталях, рекомендуется использовать специальный флюс.

Высокоуглеродистые стали

При сварке изделий из такого материала возникают ощутимые трудности. Особенности свариваемости данных марок стали вынуждают искать альтернативные способы соединения деталей конструкции.

Это может быть газовая сварка ацетиленом при условии, что мощность пламени горелки будет обеспечивать расход газа в пределах 75–90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины шва.

Аустенитные стали

В составе таких материалов содержится аустенит. Это гранецентрированная модификация металла, проявляющая себя при высоких температурах. Его присутствие в хромоникелевых сталях обеспечивает возможность их использования в агрессивных средах и при больших значениях температуры.

Сварка конструкций из аустенитных сталей с легирующими добавками хрома и никеля производится с использованием материалов с низким содержанием углерода. Это позволяет обеспечить отсутствие межкристаллической коррозии в околошовной зоне и избежать коррозионного растрескивания.

Нержавеющая сталь

Антикоррозийные свойства нержавеющие стали приобретают в результате введения в их состав хрома и никеля.

Свариваемость хромированных сталей имеет свои особенности. Так, при повышении температуры до 500 °C появляется вероятность окисления материала на стыках.

Предупредить эту проблему можно, используя аргонодуговую сварку или сварку TIG (ТИГ), технология которых предполагает отсутствие доступа кислорода в зону наложения шва. Это устраняет возможность окисления материала.

Инструментальные стали

Это материалы, обладающие твердостью и особой устойчивостью к механическим воздействиям. Они используются в процессе производства и ремонта слесарных и столярных инструментов и отдельных элементов промышленного оборудования.

К прочности и однородности сварных швов в данном случае применяются очень высокие требования. Они должны обеспечить отсутствие концентрации напряжений при работе.

  • Качественного результата можно добиться, используя в процессе сварки специальные электроды — УОНИ-13/НЖ/20Ж13.
  • Если речь идет о сварке углеродистых сталей узконаправленного применения, следует выбирать электроды, подходящие к параметрам свариваемости конкретных марок стали.
  • : «Сварка нержавейки электродом»

Хорошая свариваемость стали — залог успешного результата. Материалов, хорошо поддающихся сварке и демонстрирующих антикоррозийные свойства, довольно много. Выбирайте их в соответствии со стоящими перед вами задачами и создавайте с помощью сварки прочные и надежные конструкции.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector