Технология на заваряване чрез стопяване на нисковъглеродна стомана. Заваряване на въглеродни стомани - видове и технологии на заваряване

Заваряването на въглеродна стомана 45 има някои особености и е придружено от определени трудности поради факта, че основният легиращ компонент в нея е въглеродът.

Стоманите, съдържащи 0,1-2,07 процента въглерод, се класифицират като въглеродни стомани. Сплави със съдържание на този химичен елемент в диапазона от 0,6-2,07 процента се считат за високовъглеродни, с въглероден капацитет от 0,25 до 0,6 процента - средно въглеродни, а ако сплавта съдържа по-малко от 0,25 процента въглерод - нисковъглеродни .

Заваряването на въглеродни стомани за всяка от горните категории се различава по технологията на нейното изпълнение. Но има и общи изисквания, които трябва да се спазват по време на процеса на заваряване:

• При използване на полуавтоматично заваряване с флюсова тел, газово заваряване, заваряване в защитна среда и ръчно заваряване на детайли с покрити електроди, заварките най-често се извършват по тегло.
• Когато се използва автоматично заваряване, е необходимо да се изберат техники за заваряване, които осигуряват необходимото проникване на корена на заваръчния шев и също така премахват изгарянето на материала.
• Заварените конструкции за надеждно фиксиране на елементите, включени в тях, се препоръчват да се сглобяват с помощта на специализирани скоби и различни монтажни устройства. Прихватите обикновено се използват за полуавтоматично заваряване с въглероден диоксид и за въглеродни легирани стомани, използващи покрити електроди.

За различни технологии за заваряване има индивидуални стандарти, които определят изискванията за размера на заваръчните шевове и процедурата за подготовка на ръбовете на заварените продукти.

Препоръки за използване на скоби при извършване на заваръчни работи

• Дължината на скобите се определя в зависимост от дебелината на заварения метал.
• Площта на напречното сечение на скобите е 2,5-3 cm (приблизително 1/3 от площта на напречното сечение на заваръчния шев).
• Препоръчително е да поставите захващания на обратната страна на детайла спрямо основния шев с едно преминаване. Ако се предполагат многопроходни заварки, тогава наслагването се извършва от противоположната страна на първия слой.
• Преди да започнете заваръчните работи, щифтовете трябва да бъдат добре почистени и визуално проверени. Ако се открият пукнатини, те трябва да бъдат отстранени.

Важен момент! При извършване на заваряване е необходимо да се постигне пълно претопяване на клемите, тъй като има възможност за образуване на пукнатини поради доста бързото отделяне на топлина. Пукнатините от своя страна могат да повлияят на качеството на заваръчните работи.

Характеристики на заваръчни продукти от високолегирани стомани

Заваряването на високолегирани стомани се различава от заваряването на нисковъглеродни стомани с по-висок коефициент на линейно разширение (надвишава 1,5 пъти) и по-нисък коефициент на топлопроводимост (при високи температури той е почти 2 пъти по-малък).

• Повишеният коефициент на разширение по време на заваръчни работи води до значителни деформации на заварените проби, с висока твърдост на продуктите, водещи до образуване на пукнатини (големи детайли, голяма дебелина на метала, твърдо закрепване на заварените елементи, липса на празнини между тях).

• Ниският коефициент на топлопроводимост по време на заваряване води до концентрация на топлина и съответно се увеличава дълбочината на проникване на метала. За да се избегне това, е необходимо да се намали заваръчният ток с приблизително 15 процента (+/-5%).

Образуване на пукнатини

Стоманите, легирани с алуминий, за разлика от нисковъглеродните стомани, са по-склонни към напукване.Най-често се образуват горещи пукнатини в аустенитни стомани, студени пукнатини - в закалени мартензитни, мартензитно-феритни стомани. Наличието на евтектична мрежа по границите на зърната прави заваръчните шевове крехки.

Материали, които са устойчиви на корозия, легирани с ванадий и не съдържат ниобий или титан, ако се нагреят до повече от 500 °, губят своите антикорозионни качества. Това се случва в резултат на утаяване на железни и хромни карбиди.

Топлинна обработка

С помощта на топлинна обработка (обикновено закаляване) могат да се възстановят антикорозионните характеристики на метала. Когато продуктът се нагрее до температура от 850 градуса, утаените хромни карбиди се разтварят отново в аустенит; при незабавно охлаждане те вече не се утаяват. Такава термична обработка се нарича стабилизация, но води до намаляване на вискозитета и пластичността на стоманата.

За да осигурите висок вискозитет, устойчивост на корозия и пластичност на материала, трябва да го загреете до 1000-1150 градуса и незабавно да го втвърдите (охладете във вода).

Характеристики на технологията за заваряване чрез триене

Технологичният процес на заваряване чрез триене включва нагряване на съединяваните чрез триене части (един от заваряваните елементи е в движение).

Принцип на работа

Заваряването на детайли от армировъчна стомана чрез триене включва заваряване, при което механичната енергия на един от заварените елементи, който се движи постоянно (върти), се превръща в топлинна енергия. Обикновено или една от частите, които се заваряват, или вложката между тях се върти. Свързаните по този начин метални детайли се притискат едновременно един към друг под определен или постепенно нарастващ натиск. В този случай отоплението се извършва директно на мястото на заваряване.

Основни етапи на процеса на заваряване чрез триене

• Разрушаване на оксидни филми чрез триене и тяхното отстраняване.
• Нагряване на ръбовете на заварените части до пластмасово състояние, унищожаване на временния контакт.
• Екструдиране на най-пластичните обеми стомана от съединението.
• Спиране на движението (въртене) на заварявания елемент, образувайки монолитна фуга.

След завършване на процедурата по заваряване на заготовки, изработени от армировъчна стомана, настъпва утаяване, моментално спиране на движението (въртене) на съединения продукт. Контактните повърхности на частите в зоната на заваряване, когато скоростта на въртене се увеличава, се смилат една срещу друга под налягане на натиск.

Контактните и мастните филми върху свързаните продукти се унищожават. След това граничното триене се превръща в сухо триене. Индивидуалните микроиздатини започват да влизат в контакт един с друг и съответно настъпва деформация. Образуват се ювенилни зони, в които повърхностните атоми нямат наситена връзка - между тях моментално се образуват метални връзки, които моментално се разрушават поради относителното движение на повърхностите.

Заключение

Като се има предвид сложността на технологичния процес на заваряване на конструкции от високолегирани стомани, заваръчните работи трябва да се извършват само от професионални заварчици.

В зависимост от химичния състав стоманата може да бъде въглеродна или легирана. Въглеродната стомана се разделя на нисковъглеродна (съдържание на въглерод до 0,25%), средно въглеродна (съдържание на въглерод от 0,25 до 0,6%) и високо въглеродна (съдържание на въглерод от 0,6 до 2,07o). Стоманата, която в допълнение към въглерода съдържа легиращи компоненти (хром, никел, волфрам, ванадий и др.), Нарича се легирана. Легираните стомани са: нисколегирани (общото съдържание на легиращи компоненти, с изключение на въглерод, е по-малко от 2,5%); средно легирани (общо съдържание на легиращи компоненти, с изключение на въглерод, от 2,5 до 10%), силно легирани (общо съдържание на легиращи компоненти, с изключение на въглерод, повече от 10%).

Въз основа на тяхната микроструктура стоманите се класифицират в перлитни, мартензитни, аустенитни, феритни и карбидни класове.

Според метода на производство стоманата може да бъде:

а) обикновено качество (съдържание на въглерод до 0,6%), кипящо, полуспокойно и спокойно. Кипящата стомана се получава чрез непълно дезоксидиране на метала със силиций, съдържа до 0,05% силиций. Спокойната стомана има равномерна, плътна структура и съдържа най-малко 0,12% силиций. Полуспокойната стомана заема междинна позиция между кипящи и спокойни стомани и съдържа 0,05-0,12% силиций;

б) висококачествени - въглеродни или легирани, в които съдържанието на сяра и фосфор не трябва да надвишава 0,04% от всеки елемент;

в) висококачествени - въглерод или сплав, в които съдържанието на сяра и фосфор не трябва да надвишава съответно 0,030 и 0,035%.Такава стомана също има повишена чистота за неметални включвания и се обозначава с буквата А, поставена след обозначение на марката.

Според предназначението си стоманите могат да се използват за строителни, инженерни (конструкционни), инструментални стомани и стомани със специални физични свойства.

Конструкциите, изработени от средно въглеродна стомана, могат да бъдат заварявани добре при спазване на правилата, посочени в гл. 13, както и следните допълнителни указания. В челни, ъглови и Т-образни съединения, при сглобяване на елементите, които се свързват, трябва да се поддържат празнините, предвидени от GOST, между ръбовете, така че напречното свиване при заваряване да се извършва по-свободно и да не причинява кристализационни пукнатини. Освен това, като се започне от дебелина на стоманата от 5 mm или повече, ръбовете се изрязват в челни фуги и заваряването се извършва на няколко слоя. Заваръчният ток е намален. Заваряването се извършва с електроди с диаметър не повече от 4-5 mm, като се използва постоянен ток с обратна полярност, което осигурява по-малко топене на ръбовете на основния метал и следователно по-малък дял от него и по-ниско съдържание на С в заваръчния метал. За заваряване се използват електроди E42A, E46A или E50A. Стоманените пръти на електродите съдържат малко въглерод, така че когато се стопят и смесят с малко количество средно въглероден неблагороден метал, няма да има повече от 0,1-0,15% въглерод в заваръчния шев. В този случай заваръчният метал е легиран с Mn и Si поради разтопеното покритие и по този начин се оказва равен по якост на основния метал. Заваряването на метал с дебелина над 15 mm се извършва в "шипа", "каскада" или "блокове" за по-бавно охлаждане. Използва се предварително и съпътстващо нагряване (периодично нагряване преди заваряване на следващата "каскада" или "блок" до температура 120-250 ° C). Конструкциите от стоманени марки VSt4ps, VSt4sp и стомана 25 с дебелина не повече от 15 mm и без твърди елементи обикновено се заваряват без нагряване. В други случаи е необходимо предварително и спомагателно нагряване и дори последваща топлинна обработка. Дъгата се запалва само на мястото на бъдещия шев. Не трябва да има незаварени кратери и резки преходи от основата към наслоения метал, подрязвания и пресичания на шевове. Създаването на кратери върху основния метал е забранено. На последния слой на многослойния шев се нанася валяк за отгряване.

Заваряването на средно въглеродни стомани от марки VSt5, 30, 35 и 40, съдържащи въглерод 0,28-0,37% и 0,27-0,45%, е по-трудно, тъй като с увеличаване на съдържанието на въглерод заваряемостта на стоманата се влошава.

Средно въглеродната стомана от марките VSt5ps и VSt5sp, използвани за стоманобетонна армировка, се заваряват по метода на банята и конвенционалните разширени шевове, когато са свързани с наслагвания (16.1). За заваряване краищата на свързаните пръти трябва да бъдат подготвени: за заваряване в долно положение, отрязани с нож или трион, а за вертикално заваряване, отрязани. Освен това те трябва да бъдат почистени в ставите до дължина, която надвишава заваръчния шев или фугата с 10-15 mm. Заваряването се извършва с електроди E42A, E46A и E50A за удължени шевове. При температури на въздуха до минус 30 °C е необходимо да се увеличи заваръчният ток с 1% за всеки 3 °C спад на температурата от 0 °C. Освен това трябва да използвате предварително загряване на съединените пръти до 200--250 °C за дължина от 90--150 mm от съединението и да намалите скоростта на охлаждане след заваряване чрез обвиване на ставите с азбест, а в случай на баня заваряване, не отстранявайте оформящите елементи, докато съединението не се охлади до 100 °C и по-ниска.

При по-ниски температури на околната среда (от -30 до -50 ° C) трябва да се ръководите от специално разработена технология за заваряване, която осигурява предварително и едновременно нагряване и последваща топлинна обработка на армировъчните съединения или заваряване в специални парници.

Заваряването на други конструкции от средно въглеродна стомана класове VSt5, 30, 35 и 40 трябва да се извършва в съответствие със същите допълнителни инструкции. Съединенията на релсите обикновено се заваряват чрез заваряване във вана с предварително загряване и последващо бавно охлаждане, подобно на съединенията на армировката. При заваряване на други конструкции от тези стомани трябва да се използва предварително и спомагателно нагряване, както и последваща термична обработка.

Заваряването на високовъглеродни стомани от марки VStb, 45, 50 и 60 и въглеродни стомани със съдържание на въглерод до 0,7% е още по-трудно. Тези стомани се използват главно за отливки и производство на инструменти. Тяхното заваряване е възможно само с предварително и съпътстващо нагряване до температура 350-400 ° C и последваща термична обработка в нагревателни пещи. При заваряване трябва да се спазват правилата, определени за средно въглеродна стомана. Добри резултати се постигат при заваряване на тесни перли и малки площи с охлаждане на всеки слой. След приключване на заваряването е необходима топлинна обработка.

Въглеродните конструкционни стомани включват стомани, съдържащи 0,1 - 0,7% въглерод, който е основният легиращ елемент в стоманите от тази група и определя техните механични свойства. Увеличаването на съдържанието на въглерод усложнява технологията на заваряване и получаването на висококачествени заварени съединения. В заваръчното производство, в зависимост от съдържанието на въглерод, въглеродните конструкционни стомани условно се разделят на три групи: ниско, средно и високо въглеродни. Технологията на заваряване на стомани от тези групи е различна.

Повечето заварени конструкции в момента се изработват от нисковъглеродни стомани, съдържащи до 0,25% въглерод. Нисковъглеродните стомани са добре заварени метали с почти всички видове и методи на заваряване чрез стопяване.

Технологията за заваряване на тези стомани е избрана от условията за съответствие с набор от изисквания, осигуряващи на първо място еднаква якост на заварената връзка с основния метал и липсата на дефекти в заварената връзка. Завареното съединение трябва да е устойчиво на преход към крехко състояние, а деформацията на конструкцията трябва да бъде в граници, които не влияят на работата й. Заваръчният метал при заваряване на нисковъглеродна стомана се различава леко по състав от основния метал - въглерод съдържанието намалява, а съдържанието на манган и силиций се увеличава. Осигуряването на еднаква якост по време на електродъгово заваряване обаче не създава трудности. Това се постига чрез увеличаване на скоростта на охлаждане и легиране с манган и силиций чрез заваръчните материали. Ефектът от скоростта на охлаждане се проявява значително при заваряване на еднослойни шевове, както и в последните слоеве на многослоен шев. Механичните свойства на метала в зоната на топлинно въздействие претърпяват някои промени в сравнение със свойствата на основния метал - за всички видове дъгова заварка това е леко укрепване на метала в зоната на прегряване. При заваряване на стареене (например кипящи и полу-тихи) нисковъглеродни стомани в зоната на рекристализация на засегнатата от топлина зона е възможно намаляване на ударната якост на метала. Металът на зоната на топлинно въздействие става по-интензивно крехък по време на многослойно заваряване в сравнение с еднослойно заваряване. Заварените конструкции от мека стомана понякога се подлагат на топлинна обработка. Въпреки това, за конструкции с еднослойни ъглови заварки и многослойни заварки, прилагани периодично, всички видове топлинна обработка, с изключение на закаляването, водят до намаляване на якостта и увеличаване на пластичността на заваръчния метал. Шевовете, направени чрез всички видове и методи на заваряване чрез стопяване, имат доста задоволителна устойчивост на образуване на кристализационни пукнатини поради ниското съдържание на въглерод. Въпреки това, когато се заварява стомана с горна граница на въглеродно съдържание, могат да се появят кристализационни пукнатини, предимно във ъглови заварки, първия слой на многослойни челни заварки, едностранни заварки с пълно проникване на ръба и първия слой на челни заварки, заварени с задължителна празнина.

Ръчното заваряване с покрити електроди е широко разпространено при производството на конструкции от нисковъглеродни стомани. В зависимост от изискванията към заварената конструкция и якостните характеристики на заваряваната стомана се избира видът на електрода. През последните години широко се използват електроди от типа E46T с рутилово покритие. За особено критични конструкции се използват електроди с калциево-флуоридни и калциево-флуор-рутилови покрития тип Е42А, които осигуряват повишена устойчивост на заваръчния метал срещу кристализационни пукнатини и по-високи пластични свойства. Използват се и високопроизводителни електроди с прахово покритие от желязо и електроди за заваряване с дълбоко проникване. Типът и полярността на тока се избират в зависимост от характеристиките на покритието на електрода.

Въпреки добрата заваряемост на нисковъглеродните стомани, понякога трябва да се вземат специални технологични мерки, за да се предотврати образуването на втвърдяващи се структури в зоната на топлинно въздействие. Ето защо при заваряване на първия слой на многослойна заварка и ъглови шевове върху дебел метал се препоръчва предварителното му загряване до 120-150 ° C, което осигурява устойчивост на метала срещу появата на кристализационни пукнатини. За да се намали скоростта на охлаждане, преди да се коригират дефектните зони, е необходимо да се извърши локално нагряване до 150 ° C, което ще предотврати намаляване на пластичните свойства на отложения метал.

Стоманите с ниско съдържание на въглерод могат да бъдат заварени с газ без много затруднения, като се използва нормален пламък и, като правило, без поток. Силата на пламъка при левия метод се избира въз основа на консумацията на 100--130 dm3/h ацетилен на 1 mm дебелина на метала, а при десния метод - 120--150 dm3/h. Висококвалифицирани заварчици работят с пламък с висока мощност - 150-200 dm 3 / h ацетилен, използвайки тел за пълнене с по-голям диаметър, отколкото при конвенционалното заваряване. За да се получи връзка с еднаква якост с основния метал при заваряване на критични конструкции, трябва да се използва силициево-манганова заваръчна тел. Краят на жицата трябва да се потопи във вана с разтопен метал. По време на процеса на заваряване заваръчният пламък не трябва да се отклонява от басейна с разтопен метал, тъй като това може да доведе до окисляване на заваръчния метал с кислород. За уплътняване и повишаване на пластичността на отложения метал се извършва коване и последваща термична обработка.

Разликата между средно въглеродните и нисковъглеродните стомани се състои главно в различното съдържание на въглерод. Средно въглеродните стомани съдържат 0,26 - 0,45% въглерод. Повишеното съдържание на въглерод създава допълнителни трудности при заваряване на конструкции от тези стомани. Те включват ниска устойчивост на кристализационни пукнатини, възможността за образуване на нископластични втвърдяващи се структури и пукнатини в зоната на топлинно въздействие и трудността да се осигури еднаква якост на заваръчния метал с основния метал. Увеличаването на устойчивостта на заваръчния метал срещу кристализационни пукнатини се постига чрез намаляване на количеството въглерод в заваръчния метал чрез използване на електродни пръти и тел за пълнене с намалено съдържание на въглерод, както и намаляване на дела на основния метал в заваръчния метал, което се постига чрез заваряване с подготовка на ръбовете при условия, осигуряващи минимално проваряване на основния метал и максимална стойност на коефициента на формата на заваръчния шев. Това също се улеснява от електроди с висока скорост на отлагане. За преодоляване на трудностите, възникващи при заваряване на продукти от средновъглеродни стомани, се извършва предварително и съпътстващо нагряване, модификация на заваръчния метал и двойно дъгово заваряване в отделни басейни. Ръчното заваряване на средновъглеродни стомани се извършва с електроди, покрити с калциев флуорид от марки UONI-13/55 и UONI-13/45, които осигуряват достатъчна якост и висока устойчивост на заваръчния метал срещу образуване на кристализационни пукнатини. Ако към заварената връзка са наложени високи изисквания за пластичност, е необходимо тя да бъде подложена на последваща топлинна обработка. При заваряване трябва да се избягва използването на широки перли, заваряването се извършва с къса дъга и малки перли. Напречните движения на електрода трябва да бъдат заменени с надлъжни, кратерите трябва да бъдат заварени или поставени върху технологични плочи, тъй като в тях могат да се образуват пукнатини.

Газовото заваряване на средновъглеродни стомани се извършва с нормален или леко карбуризиращ пламък с мощност 75-100 dm3 / h ацетилен на 1 mm дебелина на метала само вляво, което намалява прегряването на метала. За продукти с дебелина над 3 mm се препоръчва общо нагряване до 250-350°C или локално нагряване до 600-650°C. За стомани със съдържание на въглерод в горната граница е препоръчително да се използват специални потоци. За подобряване на свойствата на метала се използва коване и термична обработка.

Високовъглеродните стомани включват стомани със съдържание на въглерод в диапазона 0,46-0,75%. Тези стомани обикновено не са подходящи за производство на заварени конструкции. По време на ремонтните работи обаче възниква необходимостта от заваряване. Заваряването се извършва с предварително, а понякога и с придружаващо нагряване и последваща термична обработка. При температури под 5°C и на течение не може да се извършва заваряване. Останалите технологични методи са същите като при заваряване на средно въглеродни стомани. Газовото заваряване на високовъглеродни стомани се извършва с нормален или леко карбуризиращ пламък с мощност 75 - 90 dm3 / h ацетилен на 1 mm дебелина на метала, загрят до 250 - 300 ° C. Използва се методът на ляво заваряване, което позволява да се намали времето за прегряване и времето, през което металът на заваръчната вана остава в разтопено състояние. Използват се флюси със същия състав като за средновъглеродни стомани. След заваряването шевът се изковава, последвано от нормализиране или темпериране.

През последните години намериха приложение термоукрепените въглеродни стомани. Стоманите с висока якост позволяват да се намали дебелината на продуктите. Режимите и техниките за заваряване на топлинно усилени стомани са същите като при конвенционалната въглеродна стомана със същия състав. Материалите за заваряване се избират, като се вземе предвид осигуряването на еднаква якост на заваръчния метал с основния метал. Основната трудност при заваряването е омекването на зоната на термично засегнатата зона, която се нагрява до 400 - 700 ° C. Следователно, за термично усилена стомана се препоръчват режими на заваряване с ниска мощност, както и методи на заваряване с минимално отделяне на топлина в основния метал.

Използват се и стомани със защитни покрития. Поцинкованата стомана е най-широко използвана при производството на различни конструкции на санитарни тръбопроводи. При заваряване на поцинкована стомана, ако цинкът попадне в заваръчната вана, се създават условия за появата на пори и пукнатини. Следователно цинковото покритие трябва да се отстрани от заваряваните ръбове. Като се има предвид, че по ръбовете остават следи от цинк, трябва да се вземат допълнителни мерки за предотвратяване на образуването на дефекти: в сравнение със заваряването на конвенционална стомана, празнината се увеличава 1,5 пъти, а скоростта на заваряване се намалява с 10 g-20%, електродът се движи по шева с надлъжни вибрации. При ръчно заваряване на поцинкована стомана най-добри резултати се получават при работа с електроди с рутилно покритие, които осигуряват минимално съдържание на силиций в заваръчния метал. Но могат да се използват и други електроди. Поради факта, че цинковите изпарения са изключително токсични, заваряването на поцинкована стомана може да се извършва при наличие на силна локална вентилация. След завършване на заваръчните работи е необходимо да се нанесе защитен слой върху повърхността на шева и да се възстанови в зоната на засегнатата от топлина зона.

Тема 2.1 Технология на заваряване на въглеродни стомани. Класификация и характеристики на стоманите. Заваряване на нисковъглеродни стомани. Технологични особености на заваряването. Заваръчни материали. Режими на заваряване. Заваръчна среда въглеродни стомани. Трудности при заваряване. Характеристики на заваръчната технология.

7.1 Технология на заваряване на въглеродни стомани

ТЕХНОЛОГИЯ ЗА ЗАВАРЯВАНЕ НА ВЪГЛЕРОДНА СТОМАНА

Стоманата е желязна сплав, съдържаща до 2% C. Във въглеродните конструкционни стомани, широко използвани в машиностроенето, корабостроенето и др., съдържанието на въглерод обикновено е 0,05-0,9%. Въглеродът е основният легиращ елемент и определя механичните свойства на тази група стомани. Увеличаването на съдържанието му в стоманата усложнява технологията на заваряване и затруднява получаването на заварено съединение с еднаква якост без дефекти. В допълнение към въглерода, стоманата съдържа примеси: полезни - манган и силиций и вредни - сяра, фосфор.

Въглеродните стомани са разделени на два класа: обикновено качество (GOST 380-2005) и високо качество (GOST 1050-88). Според степента на дезоксидация стоманата се прави кипяща, спокойна и полутиха (съответните индекси са "kp", "sp" и "ps"). Кипяща стомана, съдържаща не повече от 0,07% Si, се получава чрез непълно дезоксидиране на метала. Стоманата се характеризира с подчертано неравномерно разпределение на сяра и фосфор по цялата дебелина на валцувания продукт. Локалната повишена концентрация на сяра може да доведе до образуване на кристализационни пукнатини в заваръчния шев и зоната на термично въздействие. Кипящата стомана е склонна към стареене в зоната на топлинно въздействие и преминаване към крехко състояние при минусови температури. В меката стомана, съдържаща най-малко 0,12% Si, разпределението на сярата и фосфора е по-равномерно. Те са станали по-малко склонни към стареене. Полуспокойната стомана заема междинна позиция между кипяща и спокойна стомана.

Стоманата с обикновено качество се доставя без термична обработка в горещо валцувано състояние. Конструкциите, изработени от него, също обикновено не се подлагат на последваща топлинна обработка. Тази стомана се доставя в съответствие с GOST 380-2005 за въглеродна стомана с обикновено качество, GOST 5520-79 за стомана за котелно строителство, GOST 5521-76 за стомана за корабостроене.

Заваряемостта на въглеродните стомани до голяма степен се определя от съдържанието на въглерод. Въглеродните стомани се делят на три групи: нисковъглеродни (до 0,25% С), средно въглеродни (0,26-0,45% С) и високовъглеродни (0,46-0,90% С). За заварени конструкции се използват предимно нисковъглеродни стомани. Използването на средно въглеродни стомани и още повече на високовъглеродни стомани води до значително усложняване на заваръчната технология.

Въглеродната стомана с обикновено качество в съответствие с GOST 380-2005 е разделена на три групи. Стоманата от група А не се използва за производство на заварени конструкции. Стоманата от група B се доставя според нейния химичен състав, а стоманата от група B се доставя според нейния химичен състав и механични свойства. Обикновено стоманата от група B се използва за критични конструкции.

Висококачествените стомани (GOST 1050-88) за производството на заварени конструкции обикновено се използват в горещо валцувано състояние и в по-малка степен след термична обработка, нормализиране или закаляване и темпериране (топлинно укрепване).

Използваните нисковъглеродни конструкционни стомани имат следното обозначение: GOST 380-71 St1sp, St1ps, St2sp, St2ps, St3sp, St3ps; ГОСТ 1050-74 Стомана 10, 20, 30; GOST 5520-69 Стомани 12K, 15K, 16K, 18K, 20K.

Металургични особености на заваряване на въглеродни стомани.

Въпросните стомани имат добра заваряемост. Тяхната технология за заваряване трябва да отговаря на определен набор от изисквания, основните от които са осигуряване на надеждност и дълготрайност на конструкциите (особено тези, изработени от термично закалени стомани, обикновено използвани при производството на критични конструкции). Важно изискване при заваряване на разглежданите стомани е да се осигури еднаква якост на заварената връзка с основния метал и липсата на дефекти в заваръчния шев. За тази цел механичните свойства на заваръчния метал и термично засегнатата зона не трябва да бъдат по-ниски от долната граница на съответните свойства на основния метал.

В някои случаи специфичните условия на работа на конструкциите позволяват намаляване на определени показатели на механичните свойства на заварената връзка. Във всички случаи обаче, особено при заваряване на критични конструкции, шевовете не трябва да имат пукнатини, липса на проникване, пори или подрязвания. Геометричните размери и формата на шевовете трябва да съответстват на необходимите. Завареното съединение трябва да е устойчиво на чупливост. Понякога се налагат допълнителни изисквания към заварената връзка (работоспособност при вибрации и ударни натоварвания, ниски температури и др.). Технологията трябва да осигурява максимална производителност и ефективност на заваръчния процес при необходимата конструктивна надеждност.

Механичните свойства на заваръчния метал и завареното съединение зависят от неговата структура, която се определя от химичния състав, режима на заваряване, предишната и последващата топлинна обработка. Химическият състав на заваръчния метал при заваряване на разглежданите стомани се различава леко от състава на основния метал. Тази разлика се свежда до намаляване на съдържанието на въглерод в заваръчния метал, за да се предотврати образуването на структури от тип втвърдяване при повишени скорости на охлаждане. Възможно намаляване на якостта на заваръчния метал, причинено от намаляване на съдържанието на въглерод, се компенсира чрез легиране на метала чрез тел, покритие или поток с манган или силиций.

По този начин химичният състав на заваръчния метал зависи от дела на участието на основните и допълнителните метали в образуването на заваръчния метал и от взаимодействията между метала, шлаката и газовата фаза. Повишените скорости на охлаждане на заваръчния метал също спомагат за увеличаване на неговата якост (фиг. 1), но това намалява неговите пластични свойства и ударна якост. Това се обяснява с промени в количеството и структурата на перлитната фаза. Критичната температура на прехода на метала на еднослойна заварка в крехко състояние практически не зависи от скоростта на охлаждане. Скоростта на охлаждане на заваръчния метал се определя от дебелината на заварения метал, конструкцията на заваръчното съединение, режима на заваряване и началната температура на продукта.

Влиянието на скоростта и охлаждането е най-силно изразено при електродъгово заваряване на еднослойни ъглови заварки и последния слой на многослойни ъглови и челни заварки, когато се прилага върху студени, предварително заварени шевове. Металът на многослойните заварки, с изключение на последните слоеве, изложени на повтарящ се термичен цикъл на заваряване, има по-благоприятна финозърнеста структура. Следователно той има по-ниска критична температура на преход към крехко състояние. Пластичната деформация, която възниква в заваръчния метал под въздействието на заваръчните напрежения, също повишава границата на провлачване на заваръчния метал.

Фигура 1 – Връзка между скоростта на охлаждане и механичните свойства

заваръчен метал при електродъгово заваряване на нисковъглеродни стомани

Осигуряването на еднаква якост на заваръчния метал с помощта на методи за дъгово заваряване с ниско съдържание на въглерод обикновено не създава затруднения. Механичните свойства на метала в зоната на топлинно въздействие зависят от специфичните условия на заваряване и вида на термичната обработка на стоманата преди заваряване.

При заваряване на нисковъглеродни горещо валцувани (както са доставени) стомани с дебелина на метала до 15 mm при конвенционални условия, които осигуряват ниски скорости на охлаждане, структурата на заваръчния метал и термично засегнатата зона е феритно-перлитна. Увеличаването на скоростите на охлаждане при заваряване на метал с повишена дебелина в принудителни режими, еднопроходни ъглови заварки, при отрицателни температури и т.н. може да доведе до появата на втвърдяващи се структури в заваръчния метал и зоната на топлинно въздействие в области на прегряване и пълно и непълна рекристализация.

Както се вижда от данните на фиг. 2, скоростта на охлаждане за нисковъглеродни стомани има голямо влияние върху техните механични свойства. С увеличаване на съдържанието на манган този ефект се засилва. Следователно, дори при заваряване на горещовалцувана нисковъглеродна стомана клас VSt3 при горните условия, не може да се изключи възможността за получаване на втвърдяващи се структури в заварената връзка. Ако стоманата е претърпяла термично закаляване - закаляване - преди заваряване, тогава в зоната на топлинно въздействие на заваръчния шев в зоните на рекристализация и стареене ще се наблюдава темпериране на метала, т.е. намаляване на якостните му свойства. Нивото на промяна в тези свойства зависи от вложената топлина, вида на заварената връзка и условията на заваряване.

Шевовете, заварени върху нисковъглеродни стомани с помощта на всички методи на заваряване, имат задоволителна устойчивост на образуване на кристализационни пукнатини. Това се дължи на ниското им съдържание на въглерод. Въпреки това, за нисковъглеродни стомани, съдържащи въглерод в горната граница (над 0,20%), при заваряване на ъглови шевове и първи корен и многослойни заварки, особено при увеличена междина, е възможно образуването на кристализационни пукнатини, което е главно поради неблагоприятната форма на проникване (тясна дълбока форма на проникване с коефициент на форма 0,8-1,2). Легиращите добавки в нисколегираните стомани могат да увеличат вероятността от кристализационни пукнатини.

Фиг.2 - Влияние на скоростта на охлаждане при температура 550 0 C върху

механични свойства на стоманите:

1-Ст3, 2-19Г, 3-14Г2

Нисковъглеродните стомани могат да се заваряват добре чрез почти всички методи за заваряване чрез стопяване.

Средно въглеродните стомани имат ограничена заваряемост, тъй като са склонни да образуват втвърдяващи се структури в зоната на топлинно въздействие. Диапазонът на допустимите скорости на охлаждане е значително по-нисък от този на нисковъглеродните стомани. Например, обхватът на допустимите скорости на охлаждане на метала от термично засегнатата зона, който осигурява до 30% мартензит в металната структура на разглежданата зона, при заваряване на стомана 20 е ограничен до максимална скорост w 0 = 150° C/s, а при заваряване на стомана 35

w 0 = 7° C/s. При заваряване на средно въглеродни стомани, за да се предотврати образуването на студени пукнатини, като правило се използва нагряване до температура от 250-300 ° C. За изравняване на механичните свойства и повишаване на пластичността след заваряване, термичната обработка на заварената връзка е извършено.

Високовъглеродните стомани също имат ограничена термична заваряемост. Тези стомани имат по-висока склонност към образуване на втвърдяващи се структури в зоната на топлинно въздействие в сравнение със средновъглеродните стомани. Тъй като с увеличаване на съдържанието на въглерод има намаляване на критичната точка А 3 , тогава се увеличава вероятността от образуване на прегряваща структура в зоната, нагрята над температурата, при която започва интензивен растеж на зърното. При заваряване на високовъглеродни стомани се използва нагряване и топлинна обработка след заваряване.

Високовъглеродните стомани по правило не се използват за производството на заварени конструкции; Проблеми със заваряването на високовъглеродни стомани се срещат главно при извършване на ремонтни работи.

Характеристики на технологията и техниката на заваряване

Заварените съединения за фиксиране на частите, включени в тях една спрямо друга и поддържане на необходимите празнини преди заваряване, се сглобяват в монтажни приспособления или с помощта на халки. Дължината на халсите зависи от дебелината и варира между 20-120 mm с разстояние между тях 500-800 mm. Напречното сечение на гвоздите е приблизително 1/3 от напречното сечение на шева, но не повече от 25-30 mm 2. Прихващащото заваряване обикновено се извършва с помощта на покрити електроди или полуавтоматични машини във въглероден диоксид. Препоръчва се да се нанасят от страната, противоположна на полагането на основния еднопроходен шев или първия слой при многопроходни шевове. При заваряване заварките трябва да бъдат напълно претопени, тъй като в тях могат да се образуват пукнатини поради високата скорост на отделяне на топлина. Ето защо, преди заваряване, щипките се почистват внимателно и се проверяват. Ако има пукнатина в халс, тя се изрязва или отстранява по друг начин.

При електрошлаковото заваряване частите обикновено се монтират с междина, която се разширява към края на заваръчния шев. Относителното положение на частите се фиксира със скоби, монтирани на разстояние 500-1000 mm една от друга и отстранени при нанасяне на шева. При автоматичните методи на електродъгово заваряване и електрошлаково заваряване в началото и в края на шева се монтират входни и изходни ленти, за да се осигури заваряване на началото на шева с постоянен термичен цикъл (необходими размери на шева) и отстраняване на кратера от основен шев.

Заваряването на челни шевове ръчно или полуавтоматично в защитни газове и телове с флюсова сърцевина обикновено се извършва по тегло. При автоматично заваряване е необходимо да се използват техники, които осигуряват предотвратяване на прогаряне и висококачествено проникване в основата на заваръчния шев. За да се предотврати образуването на пори, пукнатини, липса на топене и други дефекти в шевовете, заварените ръбове преди заваряване се почистват старателно от шлака, останала след термично рязане, ръжда, масло и други замърсители.

Дъговото заваряване на критични конструкции се извършва най-добре от двете страни. По-благоприятни резултати се получават при многослойно заваряване. В този случай, особено при дебел метал, се постигат по-благоприятни структури в заваръчния метал и зоната на топлинно влияние. Изборът на метод за запълване на канала при многослойно заваряване обаче зависи от дебелината на метала и топлинната обработка на стоманата преди заваряване. Ако се появят дефекти в шевовете (пори, пукнатини, липса на топене, подрязвания и др.), Металът на мястото на дефекта се отстранява механично, чрез газопламъчно, въздушно-дъгово или плазмено изрязване и след почистване се заварява.

Трябва да се помни, че при заваряване на стомани изборът на техника и режим на заваряване влияе върху формата на проникването, дела на участието на основния метал в образуването на заваръчния шев, както и неговия състав и свойства.

Ръчно електродъгово заваряване с покрити електроди

В зависимост от степента на дезоксидация на стоманата, съдържанието на въглерод, както и условията и изискванията за заваряване Да сезаваръчен метал; за заваряване на въглеродни стомани се използват електроди с рудна киселина, калциев флуорид, рутил и органични покрития.

В зависимост от предназначението на конструкцията и вида на стоманата, електродите могат да бъдат избрани съгласно табл. 1. Режимът на заваряване се избира в зависимост от дебелината, вида на заварената връзка в пространствената позиция на заваряване.

При заваряване на коренови шевове в канали върху метал с дебелина 10 mm или повече се използват електроди с диаметър 3-4 mm. Стойностите на заваръчния ток, препоръчани за дадена марка електрод, неговия тип и полярност се избират в съответствие с паспорта на електрода, който обикновено съдържа неговите заваръчни и технологични свойства, типичния химичен състав на заваръчния шев и механичните свойства. Обикновените и критични конструкции от нисковъглеродни стомани се заваряват с електроди от типа E42 и E46 (табл. 1 и 2).

Таблица 1 – Марки електроди, използвани при заваряване с ниско съдържание на въглерод

Предназначение на електродите	Марки електроди	Забележка
Заваряване на нисковъглеродни стомани Заваряване на критични конструкции от нисковъглеродни стомани	OMM-5, ANO-3, ANO-4. АНО-5, АНО-6, ЦМ-7, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, СМ-5, МР-1, РБУ-5, ЕРС-2, КПЗ-32Р АНО-1, ДСК-50 , ВСП-1, ВСК-2, К-5А, УОНИ-13/45, УП-2/45, СМ-11, ОЗС-2, ОМА-2 MR-3, ERS-1, OMA-2, UONI-13/55, UP-1/45, UP-1/55, UP-2/55, AN-7, E-138/45N, E-138/ 50Н, К-5А, ДСК-50	Електроди: а) DSK-50 за нисковъглеродни стомани и 14KhGS, 15KhSND; б) ANO-1 за нисковъглеродни и 09G2 Електроди: а) UONI-13/65 за нисковъглеродни стомани и 14KhGS; b) E-138/45N, E-138/50N за нисковъглеродни и нисколегирани материали в корабостроенето; в) VSN-3 за тръбопроводи от стомана 10G2

Таблица 2 - Съответствие на марките на електродите с типа на електрода

Тип електрод ГОСТ 9467-75	Марки електроди
	ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, КПЗ-32Р, АНО-1, АНО-5. ANO-6, OMA-2, VSP-1, VSC-2
	УОНИ-13/45, СМ-11, УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2
	ANO-3, ANO-4, MR-1, MR-3, OZS-3, OZS-4, OZS-6, ERS-1; ЕРС-2, РВУ-4, РБУ-5
	УОНИ-13/55, УП-1/55, УП-2/55, ДСК-50, К-5А, Е-138/50Н

Понастоящем рядко се използват електроди с рудно-киселинно покритие (OMM-5, SM-5, TsM-7).

Електроди с калциев флуоридпокритие (тип E42A - степени UONI-13/45, SM-11, UP-1/45, TsU-1; тип E50 - степени UONI-13/55 и др.) се използва за заваряване с ниско и средно въглеродно съдържание стомани. Могат да се използват и при заваряване на високовъглеродни стомани. В същото време, за да се намали тенденцията за образуване на кристализационни пукнатини, съдържанието на въглерод в заваръчния метал при заваряване на средно-въглеродни и високо-въглеродни стомани се ограничава с помощта на електроди, които осигуряват необходимите свойства чрез легиране на отложения метал (главно със силиций и манган) при ниско съдържание на въглерод (обикновено до 0,13-0,14%), както и чрез намаляване на дела на основния метал.

Електродите с покритие от калциев флуорид са чувствителни към образуването на пори, когато има ръжда, котлен камък или масло по заварените ръбове, когато покритието е навлажнено и когато дъгата е случайно удължена. Такива свойства на електродите се дължат на характеристиките на шлаките, образувани на базата на карбонати и флуорошпат, и високата дезоксидация на заваръчния метал, която се постига чрез въвеждане на фероманган, феросилиций и в някои случаи феротитан и фероалуминий в покритието състав. Заваръчният метал, направен с електроди, покрити с калциев флуорид, е дълбоко закалена стомана, съдържаща 0,3-0,6% Si.

Електродите с рутилно покритие (тип E42 - степени ANO-1 ANO-5, ANO-6; тип E46 - степени MR-3, OZS-4, TsM-9, ANO-3) се използват главно за заваряване на нисковъглеродни стомани. Заваръчният метал, произведен от тези електроди, е междинен по качество между заваръчните метали, произведени от електроди. Vруда и покрития от калциев флуорид.

Електродите, покрити с рутилов тип, са по-малко склонни към образуване на пори при заваряване върху замърсена и окислена повърхност, с колебания в дължината на дъгата. Порьозността в заваръчния метал се открива при заваряване на стомани с високо съдържание на силиций, при заваряване при високи нива на ток и при заваряване с електроди, калцинирани при относително висока температура. Поддържането на определено гарантирано съдържание на влага в покритието на електрода позволява да се осигури най-малка чувствителност на заваръчния метал към порьозност. За тази цел се препоръчва да се калцинират влажни електроди с рутилово покритие при температура 180-200 ° C в продължение на 1 час и да се използват електродите за заваряване един ден след калцинирането.

Шлаковата основа на покритието от рутилов тип се състои от рутил, алумосиликати и карбонати. Защитата от газ се създава поради разлагането на карбонатите и органичните компоненти на покритието.

Металът на заварките, направени с електроди с рутилово покритие, в зависимост от състава на покритието, е полуспокойна или спокойна стомана. Дезоксидацията на заваръчния метал се извършва от манган и силиций. Източникът на манган е фероманганът на покритието; силицийът преминава в заваръчния шев поради развитието на процеса на редукция на силиций. Съдържанието на кислород в заваръчния метал обикновено не надвишава 0,04-0,08%.

Електроди с органично покритие (тип E42 - марки OMA-2, VSP-1, VSC-2) се използват сравнително рядко; Използват се при заваряване на метал с малка дебелина, при заваряване на тръбопроводи.

При заваряване с електроди, покрити с органичен тип, защитата на разтопения метал се осигурява главно от газове, образувани в резултат на разлагането на органичните компоненти на покритието.

При заваряване на нисковъглеродни стомани обикновено се осигуряват достатъчно високи механични свойства на завареното съединение и следователно в повечето случаи не се изискват специални мерки, насочени към предотвратяване на образуването на втвърдяващи се структури в него. Въпреки това, при заваряване на ъглови заварки върху дебел метал и първия слой на многослойна заварка, може да се наложи предварително загряване до температура от 120-150 ° C, за да се увеличи устойчивостта на метала срещу кристализационни пукнатини.

За заваряване на обикновени конструкции от нисковъглеродни стомани се използват електроди от тип E42A, а за критични - тип E46. Това осигурява производството на заваръчен метал с достатъчна устойчивост на кристализационни пукнатини и необходимите якостни и пластични свойства.

Техниката на запълване на шевовете и определеният от нея цикъл на термично заваряване зависи от предварителната топлинна обработка на стоманата. Заваряването на дебел метал в каскада и плъзгач, забавяйки скоростта на охлаждане на заваръчния метал и термично засегнатата зона, предотвратява образуването на втвърдяващи се структури в тях. Същото се постига чрез предварително загряване до температура 150-200 °C. Следователно, тези методи дават благоприятни резултати при неукрепени топлинно стомани. При заваряване на топлинно усилени стомани, за да се намали омекването на стоманата в засегнатата от топлина зона, се препоръчва да се заваряват с дълги шевове по охладени предишни шевове.

Трябва да се изберат режими на заваряване с ниска топлинна мощност. В същото време се постига и намаляване на дължината на зоната на омекотения метал в зоната на топлинно въздействие. При коригиране на дефекти в заварки на нисковъглеродни стомани с повишена дебелина със заварки с малко напречно сечение, поради значителната скорост на охлаждане, металът на заваръчния шев и неговата термично засегната зона има намалени пластични свойства. Следователно дефектните зони трябва да бъдат заварени с шевове с нормално сечение с дължина най-малко 100 mm или предварително загряти до температура 150-200 ° C.

Заваряване под флюс

Автоматичното заваряване обикновено се извършва с електродна тел с диаметър 3-5 mm, полуавтоматично заваряване с тел с диаметър 1,2-2 mm. Равномерна якост на съединението се постига чрез избора на подходящи флюсове и състави за отстраняване на електроди и избора на режими и техники на заваряване. При заваряване на нисковъглеродни стомани в повечето случаи се използват потоци от класове AN-348-A и OSTS-45, AN-60 и др. и нисковъглеродни електродни проводници от класове Sv-08 и Sv-08A. При заваряване на критични конструкции, както и ръждясал метал, се препоръчва използването на електродна тел Sv-08GA.

Използването на тези материали дава възможност да се получи заваръчен метал с механични свойства, равни или превишаващи свойствата на основния метал. Заваръчният метал има слаба склонност към образуване на пори и кристализационни пукнатини.

Основата на шлаковата система от потоци AN-348-A и OSTS-45 са оксиди на манган и силиций. Такъв състав на шлаката осигурява прехода на силициеви и манганови дезоксидиращи елементи в заваръчната вана в резултат на развитието на процеси на редукция на силиций и манган на границата шлака-метал. Основният недостатък на този метод за въвеждане на дезоксидиращи елементи в заваръчната вана е замърсяването на заваръчния метал с микроскопични включвания на шлака (общото съдържание на кислород в заваръчния метал достига 0,05%). Това води до леко намаляване на пластичните свойства на заваръчния метал и неговата ударна якост. Въпреки това, въпреки известно замърсяване на заваръчния метал със шлакови включвания, по отношение на нисковъглеродните стомани, пластичните свойства на заваръчния метал се характеризират с доста високо ниво (an = 10-14 kgf-m / ​​cm).

За придаване на определени физични и технологични свойства (вискозитет, точка на топене, чувствителност към влага и др.) Към флюса се добавя калциев флуорид.

Слабата склонност на заваръчния метал към образуване на кристализационни пукнатини при заваряване с високоманганови флюсове се дължи на факта, че значителна част от сярата при наличието на големи количества MnO в шлаката е под формата на MnS съединение.

При заваряване със силикатни флюсове с високо съдържание на манган, фосфорът може да се прехвърли от шлаката в заваръчната вана. Фосфорът влиза във флюса като примес с манганова руда. Тъй като фосфорът намалява ударната якост на заваръчния метал, когато се използват потоци с високо съдържание на манган, е особено необходимо да се следи чистотата на потока по отношение на фосфора.

Слабата тенденция за образуване на пори в заваръчния метал при наличие на котлен камък или ръжда върху заварените ръбове се дължи на наличието на (Si0 2) и (CaF 2) в шлаката. Силициевият оксид намалява концентрацията на свободен железен оксид в шлаката, като по този начин намалява преноса на кислород в заваръчната вана. Развитието на процеса на намаляване на силиция до известни граници (по отношение на мащаба или съдържанието на ръжда) осигурява достатъчен преход на силиций в заваръчната вана. Това предотвратява образуването на пори, причинени от отделянето на CO.

Ниската чувствителност към влага, съдържаща се в ръжда или адсорбирана, се дължи на наличието на калциев флуорид във флюса. Калциевият флуорид намалява стабилността на дъгата и служи като източник на образуване на вредни флуорни газове. За да се увеличи стабилността на дъгата при захранване с променлив ток, са необходими източници с повишено напрежение на отворена верига (не по-ниско от 65-70 V).

Необходимата защита на заваръчната зона от въздушната атмосфера и стабилен процес се постигат с определена дебелина на слоя флюс, която се предписва в зависимост от мощността на дъгата (дебелината на слоя флюс е 25-35 мм с заваръчен ток Iw = 200-400 A и 45-60 mm с Isv = 800-1200 A).

Образуването на заваръчния метал зависи от физическото състояние на флюса, подобно на пемза или стъкло. Подобните на пемза флюсове (например AN-60) имат по-ниска обемна плътност от стъкловидните флюсове (например AN-348A) и следователно се топят по-лесно. Това осигурява по-голяма подвижност на дъгата и насърчава образуването на широки шевове с ниска армировка. За високоскоростно заваряване се използват флюсове от пемза. Защитните свойства на флюса от пемза обаче са по-ниски. Така например при заваряване под стъклен флюс съдържанието на азот в заваръчния метал е 0,0025%, а при заваряване под флюс от пемза е 0,038%. Потокът от пемза може да внесе повече водород (влага) в областта на дъгата, така че потоците от пемза изискват по-внимателен контрол на влагата.

Способността за образуване на флюса също зависи от неговата гранулация, тъй като последната определя газопропускливостта на флюса. С увеличаване на мощността на дъгата се поддържа добро образуване на заваръчен шев, като същевременно се осигурява достатъчна газопропускливост. Следователно, когато мощността на дъгата се увеличава, се използва по-едрозърнест флюс.

Автоматичните режими на заваряване под флюс могат да варират в широки граници в зависимост от дебелината на заваряваните елементи, диаметъра на електрода, формата на заваръчния шев (прав, кръгъл), наличното оборудване и др. Металът на заваръчните шевове, направени чрез автоматично заваряване под флюс има доста високи свойства: = 460-500mPa; = 26-32%.

За заваряване на нисковъглеродни стомани се използват керамични потоци (K-2, KVS-19, K-11 и др.). В сравнение с разтопените флюсове, керамичните флюсове са по-малко чувствителни към образуването на пори, когато има ръжда и влага по заварените ръбове. Въпреки това, керамичните флюсове имат по-малка якост, което ги прави трудни за повторна употреба и са по-чувствителни към условията на заваряване. По отношение на заваряването на нисковъглеродни стомани е най-рационално и икономически оправдано да се използват керамични потоци за заваряване на ръждясал и навлажнен метал, когато операцията за отстраняване, която осигурява пълно отстраняване на ръждата, причинява значителни затруднения.

В конструкции, изработени от нисковъглеродни стомани, заедно със заваряване с ръбови канали, широко се използва заваряване на челни заварки и заварки без ръбови канали. Увеличаването на съотношението на основния метал в заваръчния метал, характерно за този случай, и лекото увеличаване на съдържанието на въглерод в него може да повиши якостните свойства и да намали пластичните свойства на заваръчния метал.

Таблица 1 – Режими на заваряване под флюс

Дебелина на метала или заваръчен крак	приготви се ка ръбове		електрод- няма жица			Скорост
Автоматично челно заваряване
		Двустранен
Автоматично и механизирано ъглово заваряване
	Без рязане	Наклонен електрод В лодката

Забележка: DC токът е с обратна полярност.

Режимите на заваряване на нисковъглеродни стомани зависят от конструкцията на съединението, вида на заваръчния шев и техниката на заваряване (Таблица 1).

Свойствата на метала в зоната на топлинно въздействие зависят от термичния цикъл на заваряване. При заваряване на еднослойни ъглови шевове и челни и ъглови шевове върху дебела листова стомана от типа VStZ в режими с ниска топлинна мощност е възможно образуването на втвърдяващи се структури с намалена пластичност в зоната на топлинно въздействие. Това може да се предотврати чрез увеличаване на напречното сечение на шевовете или използване на заваряване с двойна дъга.

В зависимост от условията на заваряване и охлаждане свойствата на заварените съединения на нисковъглеродни стомани варират в широки граници.

Заваряване в защитен газ

За заваряване на въглища ­ чисти стомани като защитен газ използвайте въглища ­ киселинен газ, по-рядко смес от инертен газ с кислород или въглерод ­ киселинен газ; Инертните газове (аргон) практически не се използват.

Заваряване в атмосфера инертни газовеЗа метал с дебелина до 2 мм се използва волфрамов електрод. Често фланцовите съединения се заваряват, за да се елиминира телта за пълнене.

Аргонът се използва главно като защитен газ за увеличаване на стабилността на дъгата, подобряване на образуването на заваръчен шев и намаляване на чувствителността на процеса към порьозност от - За водород се използва аргон сдобавяне на кислород (до 5%) или въглероден диоксид (до 10%).

За метал се използва заваряване с консумативен електрод ­ дебелина над 0,8 mm. Диаметърът на електродната тел се избира в зависимост от дебелината на заварения метал в рамките на 0,5-3 mm.

Заваряване в атмосфера въглероден двуокисшироко използвани в производството на продукти от въглеродна стомана. В зависимост от дебелината на заварявания метал се използва неконсумативен въглероден или графитен електрод (за дебелини до 2 mm) или консумативен електрод (при дебелини над 0,8 mm).

Въглеродният диоксид предпазва метала в зоната на заваряване от въздушната атмосфера, но в същото време окислява защитения метал. Окисляването на течен метал възниква в резултат на директно взаимодействие на метала с въглероден диоксид, както и с кислород, образуван в резултат на дисоциацията на въглероден диоксид:

Окисляването на течен метал причинява големи загуби на легиращи елементи от капки електроден метал, което води до увеличаване на съдържанието на кислород в метала на заваръчната вана. В резултат на това вероятността от образуване на пори поради отделянето на въглероден оксид по време на кристализацията се увеличава и механичните свойства на заваръчния метал намаляват.

Образуването на пори поради отделянето на въглероден оксид по време на заваряване на въглеродни стомани се предотвратява, ако заваръчният метал съдържа до 0,12-0,14% С, не по-малко от 0,17-0,20% Si, не по-малко от 0,5-0,8% MP. В този случай заваръчният метал се характеризира с ниска склонност към образуване на кристализационни пукнатини и доста високи механични свойства. Увеличаването на въглеродното съдържание води до увеличаване на вероятността от образуване на кристализационни пукнатини. Увеличаването на съдържанието на силиций над 0,45% намалява пластичните свойства на заваръчния метал и също така увеличава вероятността от образуване на кристализационни пукнатини. Вероятността от тяхното образуване намалява с увеличаване на съдържанието на манган до 1,2%.

В повечето случаи при заваряване на нисковъглеродни стомани се получават заварки без пори с горния състав чрез използване на силициево-манганови електродни проводници Sv-08G2S и Sv-08GS, които осигуряват ниско замърсяване на заваръчния метал с оксидни включвания. Съдържанието на оксидни включвания при заваряване на нисковъглеродна стомана с тел Sv-08GS е 0,014%, а с тел Sv-08G2S 0,009%. По-малкото замърсяване на заваръчния метал с оксидни включвания при заваряване на нисковъглеродна стомана с тел Sv-08G2S се дължи на по-рационалното съдържание на силиций и манган в заваръчния метал (0,23% Si, 0,72% Mn), при което продуктите на дезоксидация са образувани под формата на течни силикати.

Процесът на електродъгово заваряване с въглероден диоксид е по-малко чувствителен към ръжда по заварените ръбове в сравнение със заваряването под флюс. Това се дължи на газовата струя, която изтласква влагата, която се изпарява от ръждата по време на заваряване, и на окислителните свойства на газовата среда. Подобен ефект обаче се постига при използване на въглероден диоксид с ниско съдържание на водни пари. Използването на въглероден диоксид с високо съдържание на водна пара може да доведе до образуване на пори в шевовете и намаляване на пластичните свойства на заваръчния метал. В такива случаи е необходимо предварително изсушаване на газовете. Обикновено за тази цел се използват абсорбери (калциев хлорид, силикагел и др.).

Свойствата на заваръчния метал (образуване на пори, механични свойства) също са силно повлияни от замърсители, присъстващи на повърхността на електродния проводник: технологична смазка (обикновено сапун), антикорозионна смазка (обикновено натриев нитрит), ръжда. Най-рационалният начин за отстраняване на повърхностните смазки е калцинирането на телта при температура 150-250 ° С в продължение на 1,5-2 часа.Ръждата се отстранява чрез ецване или оголване преди калциниране.

Образуването на пори при заваряване във въглероден диоксид е възможно, ако е нарушена газовата защита: с прекомерно удължаване на дъгата, наличие на течение, значителни празнини в ставите. Нарушаването на защитата води до увеличаване на съдържанието на кислород и азот в заваръчния метал и образуване на порьозност.

За заваряване във въглероден диоксид се използват телове от рутилов флуорит (PP-AN4, PP-AN9 и др.) И рутил (PP-AN8 и др.) Видове. Използването на тел с флюсова сърцевина вместо твърда тел също позволява да се увеличи стабилността на изгарянето на дъгата, да се намали разпръскването на електродния метал, да се повишат пластичните свойства на метала и да се подобри образуването на шевове. Когато използвате тел с сърцевина, трябва да се има предвид, че овлажняването на материала на сърцевината на телта може да доведе до образуване на пори. Калцинирането на телта при температура 240-250°C помага да се предотврати развитието на тези дефекти. Това също така гарантира отстраняването на технологичната смазка от повърхността на проводника.

Заваряването в атмосфера на въглероден диоксид с въглероден или графитен електрод се извършва с постоянен ток с права полярност.

При заваряване с обратна полярност се наблюдава карбуризация на заваръчния метал. Заваряването с консумативен електрод се извършва с постоянен ток с обратна полярност. При заваряване с прав поляритет стабилността на дъгата намалява и разпръскването на електродния метал се увеличава.

При заваряване във въглероден диоксид има увеличение на използване на други методи за заваряване, разпръскване на електродния метал (дори при заваряване с обратна полярност при достатъчна плътност на тока). Някои от капчиците разтопен метал, излитащи от зоната на заваряване, се залепват или се сливат със заваряваната част, дюзата на горелката и тоководещата дюза. Адхезията на капки към повърхността на дюзата и тоководещия мундщук може да наруши равномерното подаване на електродния проводник и да наруши защитата на газа, така че е необходимо периодично да почиствате дюзата и токопроводящия мундщук от пръски. В някои случаи е необходимо да се отстранят полепналите капки от повърхността на продукта.

Намаляването на разпръскването на метала на електрода се улеснява чрез увеличаване на тока, намаляване на диаметъра на електродния проводник и напрежението на дъгата. За да се намали адхезията на капки към частите на горелката и повърхността на заварения продукт, понякога се използват незалепващи смазки, например алуминиев прах, смесен с течно стъкло или смес от циркон с течно стъкло и др.

Добавките към аргон въглероден диоксид (75% Ar, 25% CO 2) (понякога в тази смес се въвежда кислород) променят технологичните свойства на дъгата (дълбочина на проникване и форма на заваръчния шев, стабилност на дъгата и т.н.), намаляват разпръскването на дъгата електроден метал и ви позволяват да регулирате концентрацията на легиращи елементи в заваръчния метал.

Таблица 2 показва режимите на механизирано и автоматично заваряване във въглероден диоксид

Таблица 2 - Режими на механизирано и автоматично заваряване във въглероден диоксид

Дебелина мех, мм							Скорост
Челни заварки
Ъглови заварки

Заваряване със сърцевина и плътна тел без

допълнителна защита

Заваряването с отворена дъга с флюсова сърцевина е един от обещаващите методи. Понастоящем в промишлеността се използват телове с флюсова сърцевина от марките PP-1DSK, PP-2DSK, PP-AN3, PP-AN4 и EPS-15/2. Използването на тел PP-1DSK при заваряване на ъглови и челни заварки с празнина между ръбовете може да доведе до пори в шевовете. За да се получат шевове без пори, телта EPS-15/2 изисква спазване на условия в тесен диапазон. Високите работни токове ограничават използването на тази тел за заваряване на метал с малка дебелина. Проводниците PP-AN7 и PP-2DSK имат добри заваръчни свойства в широк диапазон от режими (Таблица 3).

Таблица 3 Оптимални режими на заваряване с телове с флюсова сърцевина

Тел клас		Челна заварка		Ъглов шев на лодка
			Волтаж		Волтаж

Механичните свойства на заваръчния метал при заваряване с флюсова тел са приблизително на нивото на свойствата на съединенията, направени с електроди тип E50A , За заваряване на критични конструкции от нисковъглеродни и нисколегирани стомани можем да препоръчаме PP-2DSK и телове PP-AN4, които осигуряват добра студочупливост на заваръчните шевове.

Започва да се използва методът за заваряване с електродни телове без специална защита. За заваряване на нисковъглеродни стомани по този метод се използват телове Sv-15GSTYUTSA и Sv-20GSTYUA. Технологичните свойства на дъгата при заваряване по този метод са малко по-лоши. Повърхността на шевовете е покрита с плътен филм от оксиди, плътно прилепнали към повърхността. Механичните свойства на заварения метал са на нивото на свойствата на заваръчния шев с електрод тип E50.

Във въглеродните конструкционни стомани, широко използвани в машиностроенето, корабостроенето и др., съдържанието на въглерод обикновено е 0,06-0,9%. Въглеродът е основният легиращ елемент и определя механичните свойства на тази група стомани. Увеличаването на съдържанието му в стоманата усложнява технологията на заваряване и затруднява получаването на заварено съединение с еднаква якост без дефекти.

Според степента на дезоксидация стоманата се произвежда кипяща, полуспокойна и спокойна (съответните индекси са "kp", "ps" и "sp").

Нисковъглеродните стомани, чието съдържание на въглерод не надвишава 0,25%, са добре заварени в широк диапазон от условия на заваряване, независимо от дебелината на заваряваните елементи и температурата на въздуха.

Стоманата с обикновено качество се доставя без термична обработка в горещо валцувано състояние. Изработените от него конструкции обикновено не се подлагат на последваща топлинна обработка. Тази стомана се доставя в съответствие с GOST 380-71 за въглеродна стомана с обикновено качество, GOST 5520-69 за стомана за котелно строителство, GOST 5521-76 за стомана за корабостроене.

Въглеродната стомана с обикновено качество е разделена на три групи. Стоманата от група А не се използва за производство на заварени конструкции. Стоманата от група B се доставя според нейния химичен състав, а стоманата от група B се доставя според нейния химичен състав и механични свойства. Обикновено стоманата от група B се използва за критични конструкции.

В зависимост от степента на дезоксидация на стоманата, съдържанието на въглерод, както и условията на заваряване и изискванията към заваръчния метал, за заваряване на въглеродни стомани се използват електроди с киселинно, основно, рутилно и целулозно покритие. Във всички случаи електродният прът е направен от заваръчна тел Sv-08 и Sv-08A, а през покритието в заваръчната вана се въвеждат легиращи елементи (дезоксиданти).

Видът и марката на електрода се избират въз основа на следните изисквания: осигуряване на еднаква якост на заварената връзка с основния метал; липса на дефекти в шевовете; получаване на необходимия химичен състав на заваръчния метал; осигуряване на устойчивост на заварени съединения при условия на вибрации и ударни натоварвания, при ниски или високи температури.

При избора на електроди се взема предвид предназначението на заварения продукт и степента на неговата отговорност. В зависимост от степента на отговорност на заварявания продукт се използват електроди от типове E42 и E42A (степени OMM-5, SM-5, TsM-7, OMA-2, UONI-13/45, SM-11 и др. ). Електроди тип Е42 - отговорен и Е42А - особено отговорен.

За да се увеличи якостта на наслоения метал и заварените съединения при заваряване на продукти от дебели листове (10 mm или повече) в позиции, които са неудобни за заварчика, в условия на монтаж, на строителни площадки, електроди от типове E46 и E46A (ANO -3, MR-3, OZS) се използват -3, OZS-4 и др.) Калцинирането на електродите преди заваряване трябва да се извършва при температурата, посочена в паспорта.

Повишеното съдържание на въглерод (0,26-0,45% - средно въглерод, ≥0,46% - високо въглерод) затруднява заваряването на тези стомани - поради ниската устойчивост на заваръчния шев срещу образуване на кристализационни пукнатини, образуването на нископластичност втвърдяващи конструкции по време на заваряване, а също и поради необходимостта да се осигури еднаква якост на заваръчния метал с основния метал.

Общ подход за преодоляване на тези трудности е да се намали съдържанието на въглерод в заваръчния метал и да се извърши предварително загрято заваряване. Следователно, при ръчно дъгово заваряване на средно и високо въглеродни стомани, заваряването се извършва с минимално проникване на основния метал, като се използват заваръчни материали с по-ниско съдържание на въглерод от заварявания метал.

Надежден начин за постигане на еднаква якост на заварено съединение с нисък процент въглерод е допълнителното легиране на заваръчния метал със силиций и манган.

Средно- и високовъглеродните стомани се заваряват с електроди УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5А, АНО-7, АНО-8 и др.

Тема 2.2 Технология на заваряване на легирани стомани. Класификация на легираните стомани. Основни свойства. Характеристики на заваряване на нисколегирани стомани. Методи за заваряване на нисколегирани стомани. Избор на заваръчни материали. Режими на заваряване. Технология на заваряване на нисколегирани стомани.

ТЕХНОЛОГИЯ НА ЗАВАРЯВАНЕ НА ЛЕГИРАНИ СТОМАНИ

В зависимост от съдържанието на легиращи елементи стоманите се делят на три групи: нисколегирани, съдържащи общо до 2,5% легиращи елементи; средно легирани, съдържащи 2,5-10% легиращи елементи; силно легирани, съдържащи над 10% легиращи елементи.

Въвеждането на легиращи елементи в стоманата позволява да й се придадат определени механични и физикохимични свойства. Степента на промяна на свойствата зависи не само от съдържанието на легиращи елементи, но и от естеството на тяхното взаимодействие с елементите стомана-желязо и въглерод.

Легиращи елементи от групата на никела (никел, манган, мед, азот, въглерод) разширяват гамата -твърди разтвори. Елементите от групата на хрома (хром, ванадий, молибден, волфрам, титан, силиций, алуминий, ниобий, берилий, бор и цирконий) стесняват тази област. В зависимост от съдържанието някои елементи от първата група могат да придадат на стоманата стабилна аустенитна структура, а елементите от втората група - стабилна феритна структура.

Въз основа на естеството на тяхното взаимодействие с въглерода стоманените елементи могат да бъдат разделени на две групи: елементи, които не образуват карбиди в стоманата (никел, силиций, алуминий, мед, както и фосфор и сяра); елементи, които образуват карбиди (в намаляваща степен на активност спрямо въглерод - титан, цирконий, ванадий, ниобий, волфрам, молибден, хром, манган и желязо).

Като влияят върху алотропните трансформации на желязото, както и върху свойствата и поведението на карбидите, легиращите елементи променят чувствителността на стоманата към топлинна обработка. Това се дължи на факта, че легиращите елементи забавят скоростта на разлагане на аустенита в областта на перлитната трансформация, т.е. водят до изместване на кривите, характеризиращи разпадането на аустенита, надясно. В резултат на това закаляването на стоманата се увеличава. Закаляването на стоманата се повишава от елементи като хром, никел, молибден и манган. Особено е влиянието върху закаляването на такива силни карбидообразуващи елементи като ванадий, титан, ниобий и отчасти волфрам. При температури на нагряване за закаляване около 900°C карбидите на тези елементи не се превръщат в аустенит. В този случай те ускоряват разлагането, тъй като неразтворените карбиди служат като готови центрове за кристализация по време на разлагането на аустенита. При високи температури на нагряване за втвърдяване, когато карбидите на разглежданите елементи се разтварят в аустенит, стабилността на аустенита по време на охлаждане, напротив, се увеличава.

Легиращите елементи също влияят върху температурата на мартензитна трансформация; някои от тях (алуминий, кобалт) го повишават, други (никел, хром, молибден манган) го намаляват.

Поради различното влияние на легиращите елементи върху естеството на трансформацията на аустенита по време на процеса на охлаждане, както и върху трансформацията на закалена стомана по време на темперирането, свойствата на легираните стомани могат да варират в широки граници в зависимост от вида на термичната обработка. Въз основа на естеството на структурата, получена чрез охлаждане във въздуха (проби с малка дебелина), стоманите се разделят на следните класове: перлитни, мартензитни, аустенитни, феритни.

Недостатъкът на някои легирани стомани (предимно среднолегирани стомани) е склонността им да стават крехки при определени условия на темпериране - крехкост при отпускане.

Значителна промяна в свойствата на легираните стомани в зависимост от вида на термичната обработка ги прави чувствителни към термичния цикъл на заваряване.

Легираните стомани, в сравнение с нисковъглеродните стомани, обикновено са по-чувствителни към процесите на металургичния цикъл на заваряване. Промяната в свойствата може да се дължи на промяна в състава на заваръчния метал поради селективно изпаряване и окисление (особено легиращи добавки, въведени в малки количества) и повишени процеси на сегрегация по време на кристализация, поради което в някои случаи тенденцията на стомана за образуване на кристализационни пукнатини в зоната на заварените съединения се увеличава.

ТЕХНОЛОГИЯ НА ЗАВАРЯВАНЕ НА НИСКОЛЕГИРАНИ СТОМАНИ

Нисколегираните стомани се използват в заварени конструкции, както прости конструктивни (механични и конструктивни), така и топлоустойчиви. Стоманите от тези групи се различават не само по своите експлоатационни свойства, но и по отношение на чувствителността към процеса на заваряване.

Характеристики на конструкционните стомани и особености на тяхното заваряване Свойствата на нисколегираните стомани се контролират в определени граници чрез промяна на съдържанието на въглерод и легиращи елементи. Тъй като съдържанието на въглерод се увеличава, заваряемостта на стоманата се влошава поради повишената вероятност от горещи и студени пукнатини. Увеличаването на вероятността от образуване на горещи пукнатини с увеличаване на съдържанието на въглерод се дължи на тенденцията на въглерода да се отделя, а студените пукнатини - поради факта, че въглеродът намалява температурата на мартензитната трансформация и насърчава образуването на ниска пластичност ( сдвоен) мартензит. Промените в обема (увеличаване на обема) по време на превръщането на аустенита в мартензит се увеличават с увеличаване на съдържанието на въглерод. Това води до увеличаване на вътрешния стрес.

Във връзка с това, което беше отбелязано, нисковъглеродните, нисколегирани стомани с висока якост, съдържащи до 0,23% С и принадлежащи към перлитния клас, се използват главно в заварени конструкции. Имат достатъчна якост и относително добра заваряемост. Основните легиращи елементи на нисколегираните стомани са манган, силиций, хром. Някои стомани съдържат никел, ванадий, мед и др. За да се намали растежа на зърната в зоната на топлинно въздействие, стоманите, използвани в заварени конструкции, обикновено се деоксидират допълнително с алуминий или титан.

Нисколегираните стомани се доставят предимно в горещовалцувано състояние или след нормализиране.

През последните години се използват високоякостни нисколегирани стомани с мартензитна или бейнитна структура (14Kh2GMR, 14KhMNDFR и др.), Които наред с високите механични свойства имат задоволителна заваряемост. Комбинацията от тези свойства се постига чрез сложно многокомпонентно легиране на стомана с ниско съдържание на въглерод. Ниското съдържание на въглерод гарантира, че при охлаждане на аустенит, в зависимост от скоростта му на охлаждане, се получава производство на метал със структура на летвен мартензит или бейнит.

Решетъчен (или дислокационен) нисковъглероден мартензит, подсилен в резултат на образуването на дислокации по време на процеса на трансформация, за разлика от ламеларния (или сдвоен) мартензит, образуван в стомани, съдържащи повече от 0,22% С, е по-пластичен. Тъй като мартензитната трансформация при ниско съдържание на въглерод протича в областта на относително високи температури (над 350 ° C), тя е придружена от относително ниски напрежения. Всичко това намалява вероятността от образуване на студени пукнатини при заваряване на такива стомани.

Металургични характеристики на заваряването. В повечето случаи нисколегираните стомани са меки стомани. При избора на марка електродна тел обикновено се стремим да гарантираме, че съставът на заваръчния метал е близък до основния метал, както и необходимите експлоатационни свойства. Образуването на горещи пукнатини по време на заваряване на нисколегирани стомани се дължи главно на наличието на въглерод, сяра и фосфор в заваръчния метал над допустимите граници. Допустимото съдържание на сяра и фосфор в заваръчния метал се регулира от стандарта за основния метал и електродната тел.

Образуването на горещи пукнатини също се предотвратява чрез рационален избор на заваръчни материали: потоци, електроди, електродни проводници по такъв начин, че при прилагането на всяка от посочените металургични опции се осигурява намаляване на вредните примеси в заваръчния метал. Съдържанието на въглерод в заваръчния метал обикновено се определя на не повече от 0,15%, а необходимите свойства се получават чрез допълнително легиране.

Образуването на пори при заваряване на нисколегирани стомани, както и въглеродни стомани, е свързано с освобождаване на въглероден окис, водород и азот. Вероятността от образуване на пори поради отделянето на въглероден оксид по време на заваряване на нисковъглеродни стомани е малка, тъй като в заваръчната вана обикновено се осигурява достатъчна концентрация на силни дезоксиданти (например силиций). Вероятността от образуване на пори поради водород при заваряване на нисколегирани стомани е по-висока, отколкото при заваряване на въглеродни стомани поради повишената степен на дезоксидация. Следователно при заваряване на нисколегирани стомани е необходимо да се вземат мерки за намаляване на вероятността от навлизане на водород и азот в зоната на заваряване.

Промени в структурата и свойствата на метала в зоната на топлинно въздействие. Като цяло, нисковъглеродните, нисколегирани стомани имат задоволителна термична заваряемост. Въпреки това, в сравнение с нисковъглеродните, при заваряване на нисколегирани, особено при заваряване на дебел метал, се използва нагряване.

При разработването на режими на заваряване трябва да се има предвид, че в металната структура на зоната на заварено съединение на нисковъглеродни, нисколегирани стомани е допустимо до 90% мартензит, ако твърдостта на метала не надвишава 415HV. Това се дължи на относително високите пластични свойства на нисковъглеродния летвен (дислокационен) мартензит.

Заваряване с покрити електроди. За заваряване на нисколегирани стомани с висока и висока якост се използват главно електроди с основен тип покритие.

В зависимост от свойствата на заваряваната стомана се използват стандартни (GOST 9467-60) електроди: тип E42A (марки UONI-13/45, SM-11 и др.); тип E46A (клас E-138/45N за стомани 09G2, 10HSND, 15HSND и др.); тип E50A (степени UONI-13/55, DSK-50, AN-Kh7 и др. за стомани 14KhGS, 10KhSND, 15KhSND и др.); тип Е55 (клас УОНИ-13/55У за стомани 18Г2С, 25ГС, 15ГС) и др.

За някои стомани от тип 09G2 се използват и електроди, покрити с рутил тип E42 (например електроди от марката ANO-1).

Заваряване под флюс. В този случай се използват силициеви и манганови потоци AN-348A, AN-60 и потоци с намалено съдържание на MnO и Si0 2 - AN-47, AN-15, AN-22, AN-42 (Таблица). Електродната тел се избира в зависимост от състава на заваряваната стомана (Sv-08GA, Sv-10G2, Sv-08KhM, Sv-08KhMFA, Sv-10NMA и др.).

Таблица - Химичен състав на флюсовете за заваряване на легирани стомани

Марка Flux

Най-рационално е да се използват потоци с намалено съдържание на MnO и Si0 2 за заваряване на нисколегирани стомани, тъй като замърсяването на заваръчния метал с шлакови включвания намалява.

Добри резултати са получени при заваряване на високоякостни нисколегирани стомани с помощта на потоци AN-17 и AH-17M в комбинация със силициево-манганови и други легирани телове (например Sv-08KhN2M; Sv-08KhMFA). Тези потоци се характеризират с намалено съдържание на MnO и Si0 2 и наличието на малки количества железни оксиди. В този случай потоците съдържат достатъчно количество калциев флуорид и калциев оксид. Подобен състав на флюса и съответно на шлаката осигурява добри металургични условия за образуване на заваръчната вана и води до намаляване на първоначалната концентрация на сяра и фосфор, както и на водород в заваръчния метал.

Заваряване в атмосфера на защитни газове.Технологията за заваряване на нисколегирани стомани в атмосфера на защитни газове не се различава много от технологията за заваряване на въглеродни стомани.

Нисколегираните стомани се заваряват с консумативен електрод в повечето случаи във въглероден диоксид. При заваряване на стомани 09G2, 10G2SD, 14KhGS, 15KhSND и подобни се използва главно електродна тел Sv-08G2S. За повишаване на устойчивостта на корозия на заварени съединения в морска вода се използва заваръчна тел Sv-08KhG2S.

В някои случаи, за да се увеличи производителността на заваряване, да се подобри външния вид на шевовете и да се подобрят пластичните свойства на заваръчния метал, се използват телове с флюсова сърцевина от марките PP-AN8, PP-AN10, PP-AN4, PP-AN9. Теловете PP-AN4 и PP-AN9 осигуряват по-високи механични свойства на заваръчния метал при минусови температури. Високоякостните нисколегирани стомани се заваряват с електродни телове със сложно легиране, които се избират в зависимост от свойствата на заваряваните стомани.

Електрошлаково заваряване.Технологията за електрошлаково заваряване на нисколегирани стомани е подобна на технологията за заваряване на въглеродни стомани. Заваряването се извършва главно с помощта на поток AN-8, но е възможно да се използва поток AN-22. Електродната тел се избира в зависимост от свойствата на заваряваната стомана. Например при заваряване на стомани 09G2S, 16GS, 14GS, 15HSND се използват телове Sv-08GS и Sv-10G2. Тел Sv-08GA не осигурява достатъчна якост на заваръчния метал.

В зависимост от предразположеността на основния метал към растеж на зърната и изискванията към заваръчното съединение се предписва термична обработка след заваряването. За стомани, склонни към растеж на зърна, обикновено се предписва нормализиране; за стомани, които не са склонни към растеж на зърна, като правило темперирането е ограничено до температура от 650 ° C.

Характеристики на топлоустойчиви стомани и особености на тяхното заваряване.Нисколегираните топлоустойчиви стомани принадлежат главно към перлитния клас (например стомана 12Х1МФ.) Те се характеризират с достатъчна топлоустойчивост, топлоустойчивост, граница на пластичност и структурна стабилност при температури до 600 ° C, което им позволява да бъдат използва се в зависимост от състава за работа в температурен диапазон 450 -585°С.

Повишената якост на стоманата при високи температури се постига чрез укрепване с легиращи елементи
-твърд разтвор на желязо и образуване на стабилни карбиди, които не са склонни към коагулация. Основните легиращи елементи на топлоустойчивите стомани са карбидообразуващите елементи: хром, молибден, ванадий, волфрам, ниобий. Съдържанието на въглерод в хром-молибденови и хром-молибден-ванадиеви стомани обикновено е 0,08-0,12%.

Топлоустойчивите стомани се укрепват чрез топлинна обработка. Въпреки това, като правило, стоманите се използват или в отгрято състояние, или след нормализиране и високо темпериране (при температура 650-750 ° C, в зависимост от марката на стоманата). Използването на стомани в такива състояния се дължи на особеностите на тяхната работа: дълъг експлоатационен живот (стотици хиляди часове) при повишени температури (450-585 ° C).

Топлоустойчивите стомани се считат за спокойни стомани.

Заварените съединения от топлоустойчиви стомани като правило се подлагат на продължителна работа при повишени температури. При такива условия процесите на дифузия се развиват значително. Ако има разлика в състава на заваръчния метал и основния метал, особено в карбидообразуващите елементи, е възможно преразпределение на въглерода, който има повишена дифузионна подвижност в сравнение с други стоманени компоненти. Това може да доведе до неблагоприятна промяна в свойствата на метала в областта на заварената връзка. За да се предотврати развитието на тези процеси, съставът на заваръчния метал трябва да бъде близък до основния. На първо място, това се отнася до съдържанието на карбидообразуващи елементи.

За да се предотврати образуването на кристализационни пукнатини, съдържанието на въглерод в заваръчния метал е ограничено до 0,07-0,12%, а необходимите свойства на заваръчния метал се осигуряват чрез допълнително въвеждане на легиращи елементи, които изключват забележимо развитие на дифузионни процеси в областта на границата на синтеза. В този случай е рационално да се използва комплексно легиране на заваръчния метал с хром, молибден, ванадий и волфрам, така че градиентът на концентрация за всеки елемент в зоната на топене да е малък.

Промени в структурата и свойствата на метала в зоната на топлинно въздействие.В зоната на топлинно въздействие на топлоустойчиви стомани могат да се разграничат два характерни участъка, които определят работата на завареното съединение: участък с повишена твърдост, който включва област с висока температура и зона на аустенизация, и участък от намалена твърдост, включително зона на непълна рекристализация и омекване в случай на използване на стомана в състояние след нормализиране и висока ваканция.

Аустенитът в топлоустойчивите стомани е склонен към преохлаждане и образуване на втвърдяващи се структури. Това трябва да се има предвид при избора на режим на заваряване, особено при многослойно заваряване на дебели елементи. За да се предотврати образуването на студени пукнатини, заваряването на топлоустойчиви стомани, особено когато дебелината на съединяваните елементи е над 10 mm, се извършва с нагряване.

Температурата на нагряване (местна или обща) се предписва в зависимост от класа на заваряваната стомана. С увеличаване на съдържанието на въглерод и степента на легиране температурата на нагряване се повишава.

Ефективността на заварените съединения в топлоустойчиви стомани е силно повлияна от втората секция, особено в областта на непълна рекристализация. Това се дължи на факта, че в определената зона на заваръчното съединение, заедно с продуктите на разпадане на новообразувания при заваряване високовъглероден аустенит, металната структура съдържа ферит с намалена (в сравнение с аустенита) концентрация на въглерод. Следователно зоната на непълна рекристализация се характеризира с хетерогенност на структурата и механичните свойства, което особено засяга дълготрайната якост при високи температури.

Разрушаването на съединенията се извършва в зона на непълна рекристализация поради локализирането на пластичната деформация и разрушаването на феритните зърна.

Подобряването на свойствата на метала в зоната на топлинно въздействие се постига, като правило, чрез високотемпературно темпериране. По-оптимални свойства се постигат чрез извършване на пълна термична обработка (нормализиране и високотемпературно отвръщане) на заварения продукт. Въпреки това, като правило, не е възможно да се приложи такава термична обработка за обемисти заварени продукти.

Характеристики на заваряване. Заваряването с покрити електроди е основният метод за създаване на заварени съединения на топлоустойчиви стомани. Това се дължи на факта, че частите и възлите на енергетиката се отличават със сложността и разнообразието от дизайнерски решения и единния характер на производството. Заваряването се извършва предимно с електроди с основно покритие. В зависимост от състава на заваряваната стомана се използват електроди; за заваряване на стомана 12МХ - тип Е-МХ (клас GL-14 с прът от тел Св-08ХМ); за заваряване на стомани 12Kh1MF, 15Kh1M1F, 20KhMF-L - тип E-KhMF (клас TsM-20-63 с прът от тел Sv-08KhMFA) и др.

Заваряването под флюс се извършва в комбинация с легирана електродна тел, например комбинация от поток AN-22 с тел Sv-08KhMFA или поток AN-17M с тел Sv-08KhGSMFA.

Заваряването в атмосфера на защитен газ се използва успешно за топлоустойчиви стомани. Особено широко се използва методът на електродъгово заваряване в атмосфера на въглероден диоксид. Степента на телта се избира в зависимост от състава на заваряваната стомана. За стомана 20KhM се използва тел Sv-10KhG2SMA, за стомани 12Kh1MF, 15Kh1M1F, 20KhMF-L - тел Sv-08KhGSMFA.

Електрошлаково заваряване

Електрошлаковото заваряване се използва широко при производството на конструкции от дебели листови нисковъглеродни стомани. Когато атом, еднаква якост на заваръчното съединение се постига чрез легиране на заваръчния метал през електродната тел и прехода на елементи от разтопения метал към ръбовете на основния метал. Последващата термична обработка, освен че намалява остатъчните напрежения, има благоприятен ефект върху структурата и свойствата на заваръчните съединения.

При електрошлаково заваряване на разглежданите стомани се използват потоци AN-8, AN-8M, FC-1, FC-7 и AN-22. Изборът на електродна тел зависи от състава на стоманата. При заваряване на меки нисковъглеродни стомани със съдържание до 0,15% С се постигат добри резултати при използване на телове от марки Sv-08A и Sv-08GA. За да се предотврати образуването на газови кухини и мехурчета при заваряване на кипящи стомани, съдържащи малко силиций, се препоръчва електродна тел Sv-08GS с 0,6-0,85% Si.

При разпръскване на стоманени класове VStZ се получават задоволителни резултати при използване на електродни проводници от класове Sv-08GA, Sv-10G2 и Sv-08GS.

Нисколегирани стомани. Нисколегираните конструкционни стомани се разделят на нисковъглеродни, топлоустойчиви и средно въглеродни. В стоманите от тази група съдържанието на въглерод не надвишава 0,25%, а легиращите елементи 2-5%. В зависимост от легирането нисковъглеродните стомани се разделят на манганови (14G, 14G2), силициево-манганови (09G2S, 10G2S1, 14GS и др.), Хром-силициево-манганови (14KhGS и др.), Хром-силициево-никелови -мед (10KhSND, 15KhSND и др.).

Нисколегираните топлоустойчиви стомани имат повишена якост при високи работни температури. Те се използват най-широко при производството на метални конструкции на електроцентрали.

Нисколегирани средно въглеродни стомани (повече от 0,25% въглерод) (17GS, 18G2AF, 35ХМ и др.) Обикновено се използват в термично обработено състояние.

Характеристики на заваряване на нисколегирани стомани. Тези стомани са по-трудни за заваряване от нисковъглеродните стомани. По време на заваряване могат да се образуват втвърдяващи се структури и е възможно прегряване (растеж на зърно) в зоната на топлинно въздействие. За да се предотврати образуването на втвърдяващи се структури, се използва нагряване на продукта, многослойно заваряване с кратък интервал от време между нанасянето на метални слоеве в шева и др.

Покритите заваръчни електроди са избрани така, че съдържанието на въглерод, сяра и фосфор в тях да е ниско.

Нисколегираните нисковъглеродни стомани 09G2, 09G2S, 10HSND, 10G2S1 и 10G2B не се втвърдяват при заваряване с покрити електроди и са по-малко склонни към прегряване. Заваряването на тези стомани е подобно на заваряването на нисковъглеродни стомани. За да се осигури еднаква якост по време на заваряване, се използват електроди от типове E46A и E50A. Продуктът не се нагрява преди заваряване. Твърдостта и якостта на зоната на термично въздействие и основния метал са практически еднакви.

Когато правите връзки от нисколегирани нисковъглеродни стомани 12GS, 14G, 14G2, 14KhGS, 15KhSND, 15G2F, 15G2SF, режимът на заваряване трябва да бъде избран така, че да няма втвърдяващи се структури и силно прегряване на метала. За да се предотврати прегряване, стоманите 15KhSND и 14KhGS трябва да се заваряват при нисък заваръчен ток, като се използват електроди с по-малък диаметър (в сравнение със заваряването на нисковъглеродни стомани). Еднаква здравина на заварената връзка при заваряване на стомани 15KhSND и 14KhGS се постига чрез използване на електроди от тип E50A или E55. Заваряването се извършва с електроди с диаметър 4-5 mm в няколко слоя, а когато дебелината на стоманата е повече от 15 mm, шевовете се изпълняват в "каскада" или "блокове", докато металът не се нагрява също много, за да не се прегрее засегнатата от топлината зона.

За заваряване на нисколегирани стомани с висока и висока якост като правило се използват електроди с основно покритие. В зависимост от свойствата на заваряваната стомана се използват електроди: тип E42A (марки UONI-13/45, SM-11 и др.); тип E46A (клас E-138/45N за стомани 09G2, 10HSND, 15HSND и др.); тип E50A (степени UONI-13/55, DSK-50 и други за стомани 14KhGS, 10KhSND, 15KhSND и др.); тип Е55 (клас УОНИ-13/55У за стомани 18Г2С, 25ГС, 15ГС и др.).

За някои стомани от тип 09G2 се използват и електроди, покрити с рутил тип E42 (например електроди от марката ANO-1).

Дефектните зони трябва да бъдат заварени с шевове с нормално сечение с дължина не повече от 100 mm или предварително загряти до 150-200 ° C.

При заваряване на топлинно усилени стомани, за да се намали омекването на метала в зоната на топлинно въздействие, се препоръчва да се заваряват с дълги шевове по охладени предишни шевове. Режимът на заваряване трябва да бъде избран така, че шевовете да се правят с ниска топлина.

Заваряваните метали (стомани, сплави) могат да имат еднакъв или различен химичен състав и свойства. В първия случай това са еднородни по химичен състав и свойства метали, във втория - различни.

Среднолегирани стомани. Среднолегираните стомани (съдържание на легиращи елементи 5-10%) се използват за производството на конструкции, работещи при ниски или високи температури, при ударни и променливи натоварвания, в агресивни среди и други трудни условия. Те се делят на топлоустойчиви, високоякостни и др.

За да се осигури необходимото качество на заварените съединения, е необходимо да се изпълнят редица технологични методи.

В части, изработени от високоякостна легирана стомана, трябва да се осигурят плавни преходи при свързване на елементи и промяна на секции, плавни закръгляния на ъглови съединения и други структурни форми, които елиминират концентрациите на напрежение.

Заварките се извършват с предварително и съпътстващо нагряване, ако якостта на завареното съединение не трябва да бъде по-ниска от якостта на основния метал. Листови конструкции с дебелина до 3 mm или по-малко се заваряват без нагряване, за по-големи дебелини се използва нагряване. Например, за стомани ZOKHGSA, 25KhGSA, температурата на нагряване е 200-300 ° C. За да се избегне прегряване, заваряването се използва при ниска топлинна мощност (ниска топлинна мощност). След заваряване съединението се подлага на термична обработка - високо темпериране.

Заваръчните шевове се извършват без предварително и съпътстващо нагряване, ако завареното съединение не е обект на изисквания за якост, подобни на якостта на основния метал. В този случай шевовете се заваряват с помощта на електроди, които осигуряват производството на аустенитен заваръчен метал. В този случай последваща термична обработка не се извършва.

При заваряване на среднолегирани стомани могат да се образуват втвърдяващи се структури и студени пукнатини и е възможно прегряване на метала в зоната на топлинно въздействие. Колкото по-високо е съдържанието на въглерод и легиращи примеси, толкова по-дебел е металът, толкова по-лоша е заваряемостта на тези стомани.

Среднолегираните стомани се заваряват с покрити електроди с основно покритие, като се използва постоянен ток с обратна полярност.

В зависимост от изискванията към заварения метал се използват електроди, които осигуряват производството на среднолегиран заваръчен метал. Те включват електроди от марките UONI-13/85 (тип E85), VI-10-6 (тип E100), NIAT-ZM (тип E125), NIAT-3 (тип E150) и електроди, които осигуряват производството на аустенитни заварки. метал, например марка NIAT-5 (тип E-11X15N25M6AG2).

Шевовете се правят многослойно, каскадно или блоково, с кратки интервали от време между нанасянето на слоевете. Нагряването на метала над 150 °C намалява вероятността от образуване на втвърдяващи се структури и пукнатини. Електродите се калцинират преди заваряване. Металните ръбове трябва да бъдат внимателно защитени от влага, ръжда, органични и други замърсители.

Стомани 20KhGSA, 25KhGSA, ZOKHGSA, ZOKHGSNA се заваряват с електроди от марките TsL-18-63, TsL-30-63, NIAT-ZM, TsL-14, UONI-13/85 с изключително къса дъга. След заваряване съединенията се подлагат на термична обработка – закаляване при температура 880°C и ниско темпериране с цел осигуряване на висока якост.

Заваряване на топлоустойчиви стомани. Топлоустойчивите стомани са предназначени за производство на детайли, работещи при високи температури (400-600 ° C) и при налягане на газ или пара до 30 MPa. Тези стомани имат склонност към напукване в зоната на топлинно въздействие. Следователно е необходимо предварително загряване до 200-400 °C и последваща топлинна обработка (темпериране) съгласно следния режим: нагряване на продукта до 710 °C, задържане при тази температура най-малко 5 минути на 1 mm дебелина на метала, последвано от бавно охлаждане. Понякога тези стомани се отгряват при температура 670-800 °C.

Изделия от стомани 12МХ и 20МХЛ, работещи при температури до 850°С, се заваряват с електроди ЦЛ-14. Заваряването се извършва с предварително нагряване на продукта до 200°C за стомана 12МХ и до 300°С за стомана 20МХЛ. След заваряване се използва високо темпериране при температура 710 °C.

Изделия от стомани 34ХМ и 20Х3МВФ, работещи при температури до 470°С, се заваряват с електроди ЦЛ-30-63. Заваряването се извършва с предварително и съпътстващо нагряване на продукта до 350°C -400°C. Заварените съединения се темперират при температура 600 °C.

Изделия от стомани 20ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, работещи при температури до 570°С, се заваряват с електроди ЦЛ-20-63 с къса дъга с предварително и съпътстващо нагряване до 350°С. След заваряване се препоръчва високо темпериране при 700-740 °C за 3 часа.

Заваряването на топлоустойчиви стомани с покрити електроди се извършва при същите условия като заваряването на нисколегирани конструкционни стомани. В този случай е необходимо напълно да се свари коренът на шева, за който първият слой се изпълнява с електроди с диаметър 2-3 mm. Повечето електроди са предназначени за заваряване с постоянен ток с обратен поляритет. Техниката за заваряване на топлоустойчиви стомани е подобна на техниката на заваряване на нисковъглеродни стомани. Многослойното заваряване се извършва по каскаден начин (без охлаждане на всеки слой от завършената заварка).

Заваряване на високоякостни стомани. При производството на критични заварени конструкции широко се използват високоякостни стомани 14Kh2GMRB, 14Kh2GMRL, 14Kh2GM и 12GN2MFAYU.

Основната трудност при заваряването на тези стомани е необходимостта да се предотврати образуването на заваръчен шев и топлинно засегната зона от студени пукнатини в метала, както и структури, които рязко намаляват устойчивостта на заварените съединения към крехко счупване. Решаването на проблема се усложнява от факта, че заварените съединения трябва да придобият необходимите експлоатационни и технологични свойства след заваряване без допълнителна термична обработка.

За да се увеличи устойчивостта на заварени съединения от високоякостни стомани срещу образуване на студени пукнатини, е необходимо електродите да се калцинират преди заваряване, за да се отстрани влагата. Трябва да се спазват и определени условия за подготовка за заваряване и свързване.

Ръчното заваряване на високоякостни стомани се извършва с електроди от клас ЕА-981/15. Тези електроди са лесни за използване за заваряване във всички пространствени позиции. Заваряването се извършва с постоянен ток с обратна полярност. Силата на заваръчния ток зависи от диаметъра на електрода и положението на шева. Например, заваряването в долна позиция с електрод с диаметър 4 mm се извършва при заваръчен ток 150-200 A. Преди заваряване електродите се калцинират при температура 420-450 ° C.

Преди заваряване повърхностите на частите и местата, където се нанасят шевовете, се почистват до пълното отстраняване на ръжда, котлен камък, боя, масло, влага и други замърсители. Оголването се извършва на площ, равна на ширината на шева плюс 20 mm във всяка посока.

При извършване на връзки е необходимо да се предотврати навлизането на влага в зоната на заваряване и да се предотврати бързото охлаждане на заварените съединения.

Сглобяването на части за заваряване често се извършва с помощта на инструменти за заваряване. Прихватите с дължина 50-100 mm се изработват с електроди от марките UONI-13/45A или EA-981/15. Разстоянието между гвоздите не трябва да надвишава 400-500 mm. Те не трябва да се монтират там, където шевовете се пресичат. Заваръчните шевове трябва да бъдат старателно почистени и проверени преди заваряване. Заваряването трябва да започва и завършва върху технологични (оловни) ленти, заварени към продукта. Освен това трябва да се създадат плавни преходи от шева към основния метал.

За да се предотврати образуването на студени пукнатини при заваряване на фуги с голяма дебелина и твърдост, трябва да се използва предварително загряване. По правило се предписва при заваряване на метал с дебелина над 20 мм. Температура на нагряване 60-150°C.

Устойчивостта на заварените съединения на образуването на студени пукнатини може да се увеличи чрез използване на технология за заваряване с меки слоеве. Тази технологична техника се състои в това, че първите слоеве на многослойния шев са направени с по-малко издръжлив и пластичен метал в сравнение с следващите. Понякога в процеса на запълване на краищата се прилагат пластмасови шевове в един или два слоя. За направата на меки слоеве могат да се използват електроди от марката UONI-13/45.

При заваряване на челни фуги от двете страни се препоръчва първият шев да се постави от страната, противоположна на халките. След нанасяне на всеки ръб, заваръчният метал и термично засегнатата зона се почистват старателно от шлака и метални пръски. Ако дъгата се счупи, е необходимо да почистите старателно кратера от шлака и едва след това да запалите дъгата отново.

След приключване на заваръчните работи в условия на монтаж, заварените фуги трябва да бъдат покрити с азбестова тъкан или ролки пясък за бавно охлаждане.

Високолегирани стомани и сплави. Високолегираните стомани включват стомани, в които съдържанието на един или повече легиращи елементи е 10-15%.

В съответствие с GOST 5632-72 има 94 степени на високолегирани стомани и 22 степени на високолегирани сплави.

Високолегираните стомани и сплави се класифицират според системата на легиране, структурата, свойствата и други характеристики.

Според системата на легиране високолегираните стомани се разделят на хромови, хром-никелови, хром-манганови, хром-никел-манганови и хром-манганов азот.

Според тяхната структура високолегираните стомани се разделят на мартензитни (15X5, 15X5M и др.), Мартензитно-феритни (15X6SYu, 12X13 и др.), Аустенитно-мартензитни (07X16N6, 08X17N5MZ и др.), Аустенитно-феритни ( 08X20N14S2 и др.) стомани и аустенитни класове (03Х17Ш4М2, 12Х18Н9 и др.).

Според свойствата си високолегираните стомани и сплави са устойчиви на корозия (неръждаеми), топлоустойчиви и топлоустойчиви.

Характеристики на заваряване на високолегирани стомани и сплави. Повечето високолегирани стомани и сплави, в сравнение с нисковъглеродните стомани, имат по-нисък (1,5-2 пъти) коефициент на топлопроводимост и по-висок (около 1,5 пъти) коефициент на линейно разширение. Ниският коефициент на топлопроводимост води до концентрация на топлина по време на заваряване и в резултат на това до увеличаване на проникването на метала, а високият коефициент на линейно разширение води до големи деформации на заварените продукти.

Тези стомани са склонни към образуване на горещи и студени пукнатини по време на заваряване, което усложнява процеса на осигуряване на качеството на заварените съединения с необходимите свойства. В тази връзка при заваряване на продукти, изработени от тези материали, трябва да се спазват определени изисквания. Обикновено заваряването се извършва при висока скорост и при нисък заваръчен ток, за да се получи минимална зона на нагряване.

Високолегираните стомани и сплави са по-склонни към напукване от нисковъглеродните стомани. Начини за предотвратяване на пукнатини по време на заваряване: създаване на двуфазна структура в заваръчния метал (аустенит и ферит); ограничаване на съдържанието на вредни примеси в шева (сяра, фосфор, олово, антимон, бисмут); използване на електродни покрития от основен и смесен тип; намаляване на твърдостта на заварените възли.

За да се получат заварени съединения без пукнатини, се препоръчва заварените части да се сглобяват с определена междина. По-добре е да направите шевове с електроди с диаметър 1,6-2,0 mm с минимално влагане на топлина.

Препоръчва се нагряване (общо или локално) до температура 100-300 ° C в зависимост от естеството на структурата на основния метал, съдържанието на въглерод, дебелината на заваряваните елементи и твърдостта на продукта. За мартензитни стомани и сплави нагряването на продукта е задължително, за аустенитни стомани се използва рядко.

При електродъгово заваряване на високолегирани стомани повърхностите трябва да бъдат защитени от пръски метал и шлака, тъй като те могат да причинят корозия или концентрации на напрежение, които отслабват структурата. За да се предотвратят пръски при заваряване, върху повърхността на метала в близост до шева се нанася защитно покритие.

Изискванията за качество на монтажа и почистването на метала преди заваряване са доста строги.

След заваряване мартензитните, мартензитно-феритните и понякога феритните стомани се подлагат на високо темпериране при температура 680-720 °C, а топлоустойчивите (12X13, 20X13 и др.) - при 730-750 °C. Закаляването подобрява структурата, механичните свойства и устойчивостта на корозия.

За заваряване на мартензитни, мартензитно-феритни и феритни стомани се използват електроди, чиито пръти и покрития осигуряват наслоен метал, който е близък по химичен състав до основния метал. Например, мартензитна стомана 15X11VMF се заварява с електроди от тип E12X11NVMF, клас KTI-10; мартензитно-феритна стомана 12Х13 - електроди тип Е12Х13 марка УОНИ-13/1Х13 и др.

Ако конструкциите от стомана от този клас са подложени на статично натоварване и няма високи изисквания за якост на шевовете, заваряването може да се извърши с аустенитни или аустенитно-феритни електроди. По този начин феритната стомана 15X25T се заварява с електроди от тип Е02Х20Н14Г2М2 клас OZL-20 и може да се пропусне темперирането след заваряване.

За да се предотврати растежа на зърното и да се увеличи крехкостта на засегнатата от топлина зона при заваряване на такива стомани, се използва режим с ниска топлина.

Високолегираните хром-никелови стомани включват стомани от аустенитни, аустенитно-мартензитни и аустенитно-феритни класове. Тези стомани и сплави съдържат малко вредни примеси, така че основните изисквания за заваряване са добрата защита на разтопения метал от въздуха и използването на електроди с прът с аустенитна структура и основен тип покритие.

Заваряването на аустенитни стомани не създава особени затруднения. Трябва да се има предвид, че в заварени съединения на аустенитно-феритни и аустенитно-мартензитни стомани е възможно отделяне на водород по границите на зърната. За да се предотврати това, завареното съединение се темперира за 1-2 часа при температура 150 °C.

GOST 10051-75 предоставя 49 вида електроди с покритие за ръчно дъгово заваряване на високолегирани стомани. Всеки тип електрод включва една или повече марки електроди.

Тема 2.3. технологиязаваръчна средалегирана закаляемастомани Характеристики на стоманите. Основенфактори,усложнява сезаваряване на закалени стомани от перлитни и мартензитни класове. Технологични особености на заваряването.Заваръчни материали. Техника на заваряване. Задаване на режими на заваряване.

ТЕХНОЛОГИЯ ЗА ЗАВАРЯВАНЕ НА СРЕДНОЛЕГИРАНИ СТОМАНИ

Характеристики на стоманите. Среднолегираните стомани, в зависимост от състава, се характеризират с висока якост на опън и течливост в комбинация с достатъчни пластични свойства (Z0KhGSNA), относително висока устойчивост на топлина (20KhZMVF), устойчивост на мащаб (12Kh5MA) и др.

Свойствата на среднолегираните стомани могат да се регулират в определени граници поради взаимната промяна на съдържанието на въглерод и легиращи елементи, както и в зависимост от режима на топлинна обработка.

Промяната в механичните свойства на стоманата в широк диапазон в зависимост от вида на термичната обработка причинява значителни трудности при заваряването. Среднолегираните стомани са чувствителни към студено напукване; те също са склонни към развитие на кристализационни пукнатини в заваръчния метал. Това е особено очевидно, когато е необходимо да се осигури еднаква якост на заваръчния метал с основния.

Среднолегираните стомани се доставят в съответствие с GOST 4543-71 и специални спецификации; те могат да принадлежат както към перлитните (25KhGSA, Z0KhGSA, 35KhGSA), така и към мартензитните (30Kh2GN2SVMA) класове.

Металургични характеристики на заваряването. Среднолегираните стомани се считат за спокойни стомани. Използваните в този случай шлакови системи не трябва да водят до значително развитие на окислително-редукционни реакции на границата шлака-метал, което позволява да се намали замърсяването на заваръчния метал със шлакови включвания. Например при заваряване с дъга под флюс AN-348A съдържанието на неметални включвания в заваръчния метал е 0,039%, а при заваряване с AN-15M е 0,006-0,008%. Въпреки повишеното замърсяване на заваръчния метал с шлакови включвания, в някои случаи се използват потоци от типа AN-348A при заваряване на среднолегирани стомани. Това се дължи на факта, че такива потоци осигуряват добро образуване на заваръчен шев, лесно отстраняване на шлакова кора и стабилно изгаряне на дъгата.

При избора на състава на заваръчния метал е необходимо да се вземат предвид условията на работа на заварената връзка и изискванията за заварени съединения. Тъй като въглеродът повишава чувствителността на стоманата към образуването на кристализационни пукнатини в заваръчния метал, съдържанието на въглерод в заваръчния шев обикновено се ограничава до 0,23%, а необходимите свойства се получават чрез допълнително легиране. Например заварени съединения от стомана 30KhGSA, направени с помощта на поток AN-15, след закаляване и темпериране при = 1300MPa в зависимост от проводника = 1300 MPa в случай на използване на проводник Sv-20Kh4GMA и = 1000 MPa - тел Sv-18KhMA.

За да се намали вероятността от горещо напукване поради сяра и фосфор, в заварени конструкции обикновено се използват висококачествени стомани.

Наред с намаляването на съдържанието на сяра и фосфор в изходните материали е рационално да се използват заваръчни материали (флюсове, електродни покрития, електродна тел), които намаляват концентрацията на сяра и фосфор в заваръчния шев или намаляват вредното им въздействие. Например, съдържанието на сяра и фосфор се намалява при използване на потоци с ниско съдържание на силиций с високо съдържание на калциев оксид, например поток AN-15M.

Основната причина за образуването на пори при заваряване на среднолегирани стомани е водородът. За да се предотврати образуването на пори, се използват различни металургични техники, за да се предотврати навлизането на влага в зоната на заваряване.

Промени в структурата и свойствата на метала в зоната на топлинно въздействие. Среднолегираните стомани имат ограничена заваряемост. Това се изразява в ограничаване на режимите на заваряване и термичните условия на процеса, при които се осигуряват необходимите свойства. Ограничената заваряемост се дължи на повишената закаляемост на среднолегираните стомани и високата зависимост на механичните свойства на стоманите от режима на топлинна обработка.

Най-опасният дефект в зоната на топлинно въздействие са студените пукнатини. Независимо от първоначалното състояние на заваряваните стомани, във високотемпературната област на зоната на аустенизация се наблюдава образуване на студени пукнатини. Преходът към режими на заваряване с по-високо внасяне на топлина позволява да се намали вероятността от образуване на студени пукнатини, ако промяната в режима води до намаляване на съдържанието на мартензит или предотвратява образуването му в металната структура на зоната на топлинно въздействие. В някои случаи такъв режим се предоставя само когато се използва отопление, предварително или съпътстващо. Предварителното загряване е препоръчително при заваряване на масивни части; предварителното загряване може да се използва както за тънкостенни, така и за масивни части.

Образуването на студени пукнатини се забавя, следователно, в случаите, когато времето преди термичната обработка на заварените съединения е по-малко от инкубационния период за образуване на студени пукнатини, образуването на студени пукнатини се предотвратява чрез темпериране след заваряване.

Ограниченията в режимите на заваряване за предотвратяване на образуването на студени пукнатини се увеличават с увеличаване на съдържанието на въглерод в стоманата. Това се дължи на няколко причини: намаляване на температурата на мартензитната трансформация, критичната скорост на охлаждане и пластичните свойства на мартензита с увеличаване на съдържанието на въглерод. Влиянието на температурата на началото на мартензитната трансформация върху образуването на студени пукнатини е свързано с развитието на самозакаляване на мартензита. Ако мартензитната трансформация настъпва при температури от 250-300 ° C, тогава. Поради развитието на процеса на самозакаляване на мартензита, рискът от образуване на студени пукнатини е намален. Тъй като пластичните свойства на мартензита намаляват с увеличаване на съдържанието на въглерод и вътрешните напрежения, образувани в резултат на мартензитната трансформация, се увеличават, за да се намалят ограниченията в технологията на заваряване, среднолегираните стомани с минимално съдържание на въглерод, което осигурява дадена якост, трябва да бъдат използвани.

Оптималните свойства на среднолегираните стомани се осигуряват след термична обработка, която в повечето случаи се състои от закаляване (нормализиране) и темпериране.

В зависимост от структурното състояние на елементите, доставени за заваряване, е възможно да се произвеждат заварени възли, като се използват две основни опции: елементите се доставят за заваряване в термично обработено състояние за оптимални свойства; термична обработка, която осигурява оптимални свойства на метала, се извършва след заваряване.

При заваряване на стомани в термично обработено състояние, якостта на завареното съединение се определя от якостта на зоната на омекване. Намаляването на степента на влошаване на свойствата на заварената връзка се постига чрез използване на режими с ниска топлина. Ако е възможно, извършете многослойно заваряване. Въпреки това режимите на ниска топлина могат да доведат до образуване на студени пукнатини. Образуването на студени пукнатини при заваряване на елементи в термично обработено състояние също се улеснява от повишената твърдост на метала. За да се предотврати образуването на студени пукнатини и да се намали загубата на свойства в зоната на омекване, се използват режими на заваряване, характеризиращи се с ниско влагане на топлина в комбинация с нагряване.

Обикновено температурата на нагряване се приема малко по-ниска от температурата, при която започва мартензитната трансформация. За стомани с висока якост (ZOKHGSA, ZOKHGSNA и др.) Температурата на нагряване се задава в диапазона 200-300 ° C. Ако е възможно, веднага след заваряването монтажът се подлага на темпериране, обикновено според режима на темпериране на стоманата. Най-рационално е да се използва съпътстващо локално нагряване (локална топлинна обработка), което не влияе на дължината на зоната на заваряване, засегната от топлината и в същото време позволява или темпериране на закаления метал в зоната на аустенизация, или режим близо до стъпаловидно втвърдяване.

Локалната термична обработка се извършва чрез последователно преместване на допълнителен източник на нагряване, газов пламък, плазмена струя, светлинен лъч или индуктор по дължината на заварената връзка. Локалната топлинна обработка може да се комбинира със заваряване или да се извърши отделно.

Ако предварителното или съпътстващото нагряване, както и темперирането на устройството след заваряване са неприемливи поради определени условия и образуването на пукнатини не се предотвратява чрез промяна на режима на заваряване, тогава използвайте тел, която осигурява производството на заваръчен метал с аустенитна структура. В този случай, като правило, якостта на връзката се определя от якостта на заваръчния метал.

Ако след заваряването се извърши пълна топлинна обработка, тогава основният критерий за избор на режим на заваряване е да се предотврати образуването на студени пукнатини. Не трябва да се използват режими на заваряване с очевидно високо входяща топлина, тъй като тяхното използване засилва образуването на прегряващи структури. Поради тази причина заваряването понякога се извършва в режими с ниско влагане на топлина, но в комбинация с отопление (общо или локално).

В повечето случаи след заваряване на среднолегирани стомани се извършва междинна топлинна обработка, обща или локална, за подобряване на структурата, намаляване на структурните напрежения, както и предотвратяване на образуването на студени пукнатини в зоната на заварените съединения. По правило локалната топлинна обработка е по-рационална, тъй като може да се извърши в общия производствен поток. Температурата на междинната термична обработка по време на общото нагряване се избира в диапазона до Ac1 (високо темпериране).

Характеристики на заваряване на стомани с различни методи. За заваряване с обвити електроди се използват предимно електроди с основен тип покритие. В зависимост от изискванията към заваръчния метал и технологията на заваряване се използват електроди, които осигуряват производството на среднолегиран заваръчен метал; НИАТ-ЗМ (тип Е85), VI10-6 (тип Е100); UONI-13/18KhMA (тип EYuO-F), NIAT-3 (тип E145) и електроди, осигуряващи аустенитен заваръчен метал, NIAT-b, VI12-6.

Заваряване под флюс. В зависимост от изискванията към заваръчния метал се използват високоманганови флюси - силикати от типа AN-348A и нискосилициеви безманганови флюси AN-15, AN-15M и др. към потоци с високо съдържание на манган, правят възможно получаването на заваръчен метал с по-високи пластични свойства. Потоците AN-15 и AN-15M са малко по-ниски от потока AN-348-A в технологично отношение и когато се използват, заваряването се извършва с постоянен ток с обратна полярност.

За електродъгово заваряване въглероден диоксид и аргон се използват като защитни газове. При заваряване във въглероден диоксид, в зависимост от изискванията за шева, се използват следните заваръчни телове: Sv-08GSMT, Sv-18KhGS, Sv-18KhMA, Sv-08KhG2S, Sv-08KhZG2SM, Sv-10KhG2SMA и др.

Тъй като телта Sv-18KhMA има намалено общо съдържание на дезоксиданти, най-рационално е да се използва при заваряване на едно- и двуслойни шевове. При заваряване на многослойни шевове се използва електродна тел Sv-08KhZG2SM, докато първият слой може да бъде направен с по-малко легирана тел, например Sv-08KhG2S, Sv-08GSMT и др.

При заваряване с консумативен електрод, за да се намали вероятността от образуване на пори и да се увеличи стабилността на процеса, е рационално да се използва аргон с добавяне на 5-10% кислород или въглероден диоксид.

При заваряване на стомани с висока якост ( > 1500 MPa) с малка дебелина (главно до 3 mm), е рационално да се използва едностранно двуслойно заваряване с аргонова дъга с волфрамов електрод чрез напречни вибрации.

При заваряване с неконсумативен електрод, за да се увеличи дълбочината на проникване, особено при използване на стомани със специално топене (претопяване на електрошлака, рафинирани със синтетични шлаки и др.), Препоръчително е да се използват активиращи флюсови пасти. Флюсът се нанася върху ръбовете, които трябва да бъдат заварени, под формата на тънък слой с помощта на специален молив. Компонентите, съдържащи се във флюса (главно флуориди и оксиди), допринасят за компресирането на стълба на дъгата, което осигурява увеличаване на дълбочината на проникване.

При електрошлаково заваряване се използват потоци AN-8, AN-8M, AN-22 и стандартни електродни проводници Sv-12GS, Sv-08GSMT, Sv-18KhMA, Sv-10Kh5M и др., Които се избират в зависимост от състава на стомана, която се заварява. Тъй като електродната тел има ниско съдържание на въглерод, обикновено се използва електродна тел, която позволява допълнително легиране на заваръчния метал.

За да се получи заваръчен метал с необходимите свойства, обикновено се използват режими, които осигуряват участието на основния метал в образуването на заваръчния шев до 50-60%, което позволява да се приведе съставът на заваръчния шев метал по-близо до основния метал.

При електрошлаково заваряване по правило не се наблюдава образуване на студени пукнатини. Това се дължи на ниските скорости на охлаждане на метала в зоната на аустенизация, което позволява да се предотврати образуването на втвърдяващи се структури или да се осигури тяхното самотемпериране. Такива топлинни условия обаче допринасят за образуването на прегряващи структури в термично засегнатата зона, което води до значително намаляване на пластичните свойства. За възстановяване на свойствата на метала в прегрята зона се използва пълна топлинна обработка (закаляване и темпериране).

Заваряването с електронен лъч, приложено към среднолегирани стомани и особено към стомани с висока якост, е обещаващ метод, тъй като позволява получаването на заварени съединения с благоприятна структура и високи механични свойства. Тази комбинация от свойства се осигурява чрез използване на режими с ниско входяща топлина.

Тенденцията за образуване на студени пукнатини в заварките, направени чрез електронно лъчево заваряване в режими с ниско влагане на топлина, е по-ниска, отколкото при заварките, направени чрез дъгова заварка. Това очевидно се дължи, от една страна, на по-ниското ниво на вътрешни напрежения в заварените съединения, направени чрез електронно лъчево заваряване, а от друга, на повишаването на температурата на мартензитната трансформация поради голямата хетерогенност на аустенита.

Електронно-лъчево заваряване дава добри резултати при заваряване на стомани с дебелина до 30 mm. При заваряване на по-дебел метал и съдържание на въглерод в стоманата над 0,2% възникват затруднения поради образуването на кристализационни пукнатини.

Тема 2.4. Технология на заваряване на високолегирани стомани. Състав и свойства. Основна информация за заваряемостта. Избор на методи за заваряване и заваръчни материали. Технология на заваряване на мартензитни и мартензитно-феритни високохромисти стомани. Технология на заваряване на високохромисти феритни стомани. Технология на заваряване на високолегирани аустенитни стомани.

ТЕХНОЛОГИЯ НА ЗАВАРЯВАНЕ НА ВИСОКОЛЕГИРАНИ СТОМАНИ

Характеристики на високолегирани стомани. В зависимост от структурата на основата (матрицата) високолегираните стомани могат да принадлежат към феритни, аустенитни и мартензитни класове. В допълнение към стоманите с еднофазна основа, сега широко се използват двуфазни стомани от преходни класове: аустенитно-феритни, аустенитно-мартензитни и мартензитно-феритни.

Основните легиращи елементи на високолегираните стомани са хром, никел и манган. Според системата на легиране стоманите се разделят на високохромни, хромо-никелови, хром-никел-манганови и др.

Стомани с високо съдържание на хром.В безвъглеродните желязо-хромови сплави площта -твърди разтвори се затварят при съдържание над 13% Cr. При наличие на въглерод площта -твърдите разтвори се разширяват. Например, в хромирана стомана, съдържаща 0,25% C, площта -твърдият разтвор се затваря при концентрация на хром над 21-22%. Така структурата и свойствата на хромовите стомани се определят от съдържанието на хром и въглерод.

В зависимост от развитието на структурните трансформации хромовите стомани се разделят на три групи.Стоманите от първата група обикновено са мартензитни (20Х13, 14Х17Н2 и др.), Втората - феритно-мартензитна (12Х13, 14Х12В2МФ) и третата - феритна ( 12Х17, 08Х17Т).

В хромните стомани хромът, като по-енергичен карбидообразуващ, измества желязото от цементита и образува сложни карбиди като (CrFe) 7 C 3; (CrFe)23C6. Хромът намалява критичната скорост на втвърдяване и насърчава закаляването на стоманата. Наличието на хром в стоманата повишава корозионните свойства на стоманата и със съдържание над 12-13% Cr стоманата не е подложена на корозия във въздушната атмосфера, а също и в някои среди и принадлежи към Да сеустойчиви на корозия.

Укрепването на ферита в стоманите с високо съдържание на хром се постига чрез легиране, главно с волфрам, молибден, никел, ванадий, както и закаляване от -региони

Образуването на мартензит се насърчава от елементи, които понижават температурата →М превръщания на никел, манган; напротив, волфрамът, молибденът и силицийът повишават температурата на трансформация, поради което ефектът на втвърдяване намалява. Термично закалените стомани с високо съдържание на хром придобиват оптимални свойства след закаляване и високо темпериране при температура от 650-700 ° C. Температурата на закаляване се избира в зависимост от съдържанието на хром и въглерод, тъй като температурата на нагряване влияе върху фазовия състав.

Стоманите с високо съдържание на хром с различни добавки се използват не само като устойчиви на корозия, но и като топлоустойчиви и топлоустойчиви.

Феритните топлоустойчиви стомани имат по-ниска топлоустойчивост в сравнение с аустенитните стомани. Феритните стомани са по-склонни към растеж на зърна в засегнатата от топлина зона по време на заваряване.

Хром-никелови стомани.Въвеждането на повече от 7% Ni в 18% хромирана стомана я превръща в аустенитно състояние. Стоманата с аустенитна структура, в сравнение с феритната стомана, има по-добри механични свойства (комбинация от висока якост и пластичност), по-малко склонна към растеж на зърна и е по-устойчива на корозия.

В зависимост от съдържанието на хром и никел, хромо-никеловите стомани могат да имат структурата на метастабилен аустенит - стомана тип 18-10 (18-9): 04Х18Н10, 08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т и стабилна - стомана тип 15-25 (напр. , 08Х15Н24В4ТР). В стомани с метастабилен аустенит при определени условия е възможно превръщането на аустенит или в мартензит (при ниски температури, особено в комбинация с деформация), или във ферит с освобождаване на карбиди (при повишени температури). В структурата на стомана тип X18N9 могат да се наблюдават карбиди, когато съдържанието на въглерод е над границата на разтворимост.

Утаяването на карбиди по границите на зърната зависи от времето, през което стоманата е в опасния температурен диапазон. Бърз оПоставянето на метала предотвратява утаяването на карбиди. Склонността към междукристална корозия може да бъде предотвратена чрез поддържане на съдържанието на въглерод в стоманата под границата на разтворимост.

Допълнителното легиране на хром-никелова стомана повишава топлоустойчивостта. В този случай устойчивостта на топлина се увеличава както поради укрепването на стоманената основа - аустенит, така и поради образуването на допълнителни фази - карбид или интерметален. Карбидното закаляване се използва в стомани с ниско съдържание на никел и съотношение Cr:Ni > 1 (стомана тип X18N9), в състава на стоманата се въвеждат елементи, които образуват стабилни карбиди: W, Nb, V. Стоманите с карбидно закаляване имат висока въглеродно съдържание (0,3 -0,5%).

Стоманите с относително високо съдържание на никел и съотношение Cr:Ni имат по-високи топлоустойчиви свойства.< 1 (стали типа Х12Н20). Благодаря повышенной концентрации никеля в сталях подобного типа создаются условия для интерметаллидного упрочнения.

Двуфазни стомани.През последните години двуфазните стомани намериха значително приложение в индустрията. Широкото въвеждане на двуфазни стомани беше улеснено от техните високи якостни свойства, съчетани с добра устойчивост на корозия и повишена устойчивост на междукристална корозия и корозия под напрежение. Двуфазните стомани като правило се различават от еднофазните стомани по по-добра заваряемост.

Най-широко използвани са двуфазните стомани на базата на системата Fe-Cr-Ni: 07X16N6, 08X17N5MZ, 12X21N5T, 08X22N6T, 10X20N6MD2T.

В зависимост от съотношението на хром и никел и температурата, при която започва мартензитната трансформация, двуфазните стомани могат да принадлежат към аустенитно-мартензитни, аустенитно-феритни и мартензитно-феритни класове. Стоманите от аустенитно-мартензитния и аустенитно-феритния клас се различават по температурата, при която започва мартензитната трансформация. Аустенитно-мартензитните стомани имат температура на началото на мартензитната трансформация от 60-20 ° C, температурата на началото на мартензитната трансформация на аустенитно-феритните стомани е в областта на отрицателните температури.

В повечето случаи двуфазните стомани се укрепват поради дисперсионно втвърдяване (укрепване поради отделяне на дисперсни фази от пренаситен твърд разтвор). Освен това, поради разликата в разтворимостта на укрепващата фаза в аустенит и ферит (мартензит), процесите на дисперсионно втвърдяване се развиват само във феритната (мартензитна) фаза. Следователно степента на закаляване на двуфазната стомана се определя от количеството феритна (мартензитна) съставка. В този случай аустенитният компонент играе ролята на вид бариерна фаза, повишавайки якостта и пластичността на стоманата, докато здравината на стоманата леко намалява.

Стомани, устойчиви на корозия при мартензитно стареене.В тези стомани (например в стомана 08Х15Н5Д2Т) висока якост в комбинация с висока пластичност и якост се постига чрез образуването на високолегирана нисковъглеродна мартензитна матрица, която има висока пластичност и последващо укрепване на матрицата по време на процес на дисперсионно втвърдяване-стареене. По този начин мартензитните стомани се различават от мартензитните стомани с високо съдържание на хром, които се укрепват по време на процеса на охлаждане поради наличието на въглерод в твърдия разтвор и частичното разлагане на мартензита с образуването на карбиди.

Образуването на мартензитна матрица с висока пластичност се постига чрез максимално легиране на стомана с никел при запазване на мартензитния клас и намаляване до минимум на съдържанието на въглерод и азот, както и на вредни примеси на сяра и фосфор. Поради ниското съдържание на интерстициални атомни примеси (азот и въглерод), изкривяванията на кристалната решетка и вероятността от закрепване на дислокациите са намалени.

Укрепването на мартензитната матрица се постига в резултат на развитието на процеса на дисперсионно втвърдяване и стареене, осъществяван чрез въвеждане в състава на стоманата на елементи, които образуват интерметални укрепващи фази. Когато се въведе мед, ефектът на втвърдяване се постига поради освобождаването на диспергирани частици от чиста мед. Титан, алуминий, манган, ниобий, цирконий, молибден, мед и силиций се използват като елементи за стареене.Особено е желателно да се въведе титан в стоманата, която чрез образуване на титанови карбонитриди помага за отстраняването на въглерода и азота от твърдия разтвор.Това помага за повишаване на пластичността на мартензитната матрица.

В мартензитни стомани съдържанието на легиращи елементи е избрано така, че началото и краят на мартензитната трансформация да са в температурния диапазон от 130-30 ° C. Обикновено структурата на стоманата след втвърдяване се състои от мартензит и задържан аустенит (около 10 %). Остатъчният аустенит осигурява закалена и състарена стомана с достатъчна якост. Намаляването на задържания аустенит поради бързо охлаждане по време на закаляване води до леко повишаване на якостта, но в този случай якостта на стоманата след стареене рязко намалява. Твърде бавното охлаждане по време на закаляването може да доведе до утаяване на хромни карбиди под формата на мрежа по границите на зърната и следователно до намаляване на якостта. Термичната обработка на заварените съединения се предписва в зависимост от условията на работа. Ако стоманата работи при нормални температури, тогава заварените съединения не са подложени на стареене; ако се очаква работа при повишени температури, тогава заварените съединения се обработват при температура 600-650 ° C. Такава обработка осигурява престаряване на мартензита и предотвратява стареенето на метала в зоната на заварените съединения по време на работа.

Металургични характеристики на заваряването.Високолегираните стомани са добре деоксидирани, като правило, с ниско съдържание на вредни примеси: сяра, фосфор и кислород.

При избора на пълнежни материали е необходимо да се вземат предвид не само условията на работа на заварените съединения, но и възможността за образуване на дефекти в заваръчния метал. За заварени съединения, работещи при високи температури, най-оптималният състав на заваръчния метал е съставът на основния метал. За подобряване на свойствата на заваръчния метал, особено при заваряване на еднофазни стомани - високохромни, хром-никелови аустенитни и др., Е рационално да се въведат малки добавки на елементи в метала на заваръчната вана, които осигуряват усъвършенстване на структурата, напр. титан.

При избора на състава на заваръчния метал е необходимо да се вземе предвид склонността на високолегираните стомани да образуват горещи пукнатини и да се предвидят мерки за предотвратяването им. В зависимост от стабилността на аустенита се използват различни методи за борба с горещи пукнатини. При заваряване на стомани с метастабилен аустенит (тип X18N9) образуването на горещи пукнатини се предотвратява чрез формиране на заваръчния метал с двуфазна аустенитно-феритна структура. С увеличаване на количеството на феритната фаза се увеличава устойчивостта на заваръчния метал срещу образуването на горещи пукнатини.

Наличието на ферит в аустенитната стомана увеличава вероятността от образуване на крехка фаза при продължителна работа при високи температури, така че в повечето случаи количеството ферит в заваръчния метал е ограничено до 2-7%.

Ако заварените съединения работят при температури под 300 0 С, увеличаването на количеството феритна фаза е рационално, тъй като наличието на феритна фаза повишава устойчивостта на корозия на заваръчния метал.

При заваряване на феритни стомани с високо съдържание на хром, образуването на заварки с двуфазна аустенитно-феритна структура е рационално, тъй като позволява да се повиши тяхната устойчивост на образуване на горещи пукнатини.

Студени пукнатини.Образуването на студени пукнатини се наблюдава при заваряване на стомани с високо съдържание на хром от мартензитни и мартензитно-феритни класове и се причинява от образуването на мартензит. В някои случаи се наблюдава образуване на студени пукнатини и при заваряване на феритни стомани, когато съдържанието на хром и силиций в стоманата е на долната граница. Предполага се, че образуването на студени пукнатини при такива условия се дължи на образуването на метастабилен аустенит при бързо нагряване в граничните слоеве на феритни зърна, където се наблюдава повишена концентрация на въглерод поради разтварянето на карбиди. По време на процеса на охлаждане метастабилният аустенит може да се трансформира в мартензит.

Във всички случаи при заваряване на стомани с високо съдържание на хром вероятността от студено напукване се увеличава с увеличаване на съдържанието на въглерод, тъй като увеличаването на съдържанието на въглерод намалява пластичните свойства на мартензита.

За да се предотврати образуването на студени пукнатини, като правило се използва нагряване до температура от 250-300 ° C (предварително или съпътстващо). В същото време осъществимостта на използването на отопление се увеличава с увеличаване на съдържанието на въглерод в стоманата, както и дебелината на заварения метал. Например за стомана 08X13 се предписва нагряване при заваряване на метал с дебелина над 16 mm; 12Х13 - над 10 мм, и 20Х13 - над 8 мм.

След заваряване на високохромни стомани от мартензитни и мартензитно-феритни, а в някои случаи и феритни класове, като правило се използва високотемпературно закаляване при температура 680-720 ° C за 3-5 часа и топлоустойчиви стомани се темперират при по-висока температура (730-750 С).

Понякога провеждането на почивка след заваряване причинява значителни трудности. В такива случаи закаляването може да не се извършва, ако заварените съединения работят при статични натоварвания и заваряването се извършва с аустенитни добавъчни материали, които осигуряват достатъчна якост на съединението поради образуването на заваръчния метал с аустенитен или аустенитно-феритен структура.

Закаляването не само подобрява механичните свойства на завареното съединение, но и повишава неговите корозионни свойства.

Междукристална корозия. Чувствителността на високолегираните хром-никелови стомани към междукристална корозия зависи от свойствата на стоманата и естеството на топлинния ефект. Тъй като при условия на заваряване чрез топене в зоната на топлинно въздействие металът се нагрява до температури от 500-800 ° C, това може да доведе до образуване на структура, склонна към междукристална корозия. Ето защо при производството на заварени конструкции, предназначени за работа в агресивни среди, се използват хром-никелови стомани, стабилизирани с титан или ниобий.

Заваръчният метал също трябва да бъде легиран със стабилизиращи елементи, особено от страна на излагане на агресивна среда. В зависимост от метода на заваряване като стабилизиращи елементи се използват титан или ниобий. При наличие на стабилизиращи елементи, продължителното излагане на метала на опасни температури може да доведе до образуване на структура, склонна към междукристална корозия. Следователно заваряването трябва да се извършва с режими с ниска топлина, особено при многослойни шевове.

Предразположение към междукристална корозия се наблюдава и при заварени съединения на стомани с високо съдържание на хром. Тенденцията на заварените съединения на стомани с високо съдържание на хром към междукристална корозия в областта, където нагряването надвишава 900 ° C, се наблюдава, когато заварените съединения се изпълняват в режими с ниско влагане на топлина. При заваряване при меки условия не се наблюдава склонност към междукристална корозия. Това поведение на стоманите с високо съдържание на хром се дължи на факта, че образуването на хромни карбиди с едновременното изчерпване на границите на феритните зърна в хрома се наблюдава само при заваряване при тежки условия.

Предполага се също, че вътрешните напрежения, свързани с образуването на карбиди по границите на зърната, играят определена роля в податливостта на стомани с високо съдържание на хром към междукристална корозия по време на заваряване при тежки условия. При заваряване в меки условия, поради високата скорост на дифузия в bcc феритната решетка, концентрацията на хром, както и напреженията в граничната зона се изравняват. Това предотвратява възможността за развитие на междукристална корозия.

Корозия на ножа.Тенденцията към корозия на ножа, като правило, се проявява в заварени съединения на хром-никелови стомани, стабилизирани с титан и по-рядко с ниобий. Ножовата корозия се проявява в интензивна локална корозия на основния метал близо до границата на топене. Възможността за развитие на корозия на ножа се появява след темпериране при температура от 650 ° C на еднослоен шев или в зоната на сливане на първия шев на многослойни шевове.

Причините за податливостта на метала в зоната на топене към корозия на ножа се дължат на утаяването на хромни и титанови карбиди. При заваряване нагряването на метала в зоната на термично въздействие до температури от 1200-1300 ° C води до разтваряне на титанов карбид в аустенитни зърна. При охлаждане титанът и въглеродът се фиксират в аустенит. Последващото нагряване (по време на темпериране или при направата на втория слой) на метала до температура 600-700 ° C води до утаяване на карбиди. В този случай се образуват титанови и хромови карбиди. Това се дължи на факта, че титанът в граничните слоеве на зърната не е достатъчен, за да свърже въглерода, който дифундира към границите с много по-висока скорост от титана.

Образуването на хромови карбиди води до изчерпване на граничните слоеве на аустенитните зърна в хрома. В резултат на това металът става податлив на локална корозия. Тъй като относителното съдържание на титан (Ti/C) в стоманата се увеличава, вероятността от развитие на корозия на ножа намалява. В този случай обаче е възможно крехкост на стоманата поради развитието на процеса на стареене. Корозията на ножа също се предотвратява, когато съдържанието на въглерод в стоманата не е по-високо от 0,02-0,03%. Във всички случаи, когато се правят двуслойни шевове, вторият шев трябва да бъде направен от страната на агресивната среда.

Крехкост на метала.Крехкостта на метала в зоната на заварените съединения може да бъде причинена или от образуването на прегряваща структура, характеризираща се с големи зърна, или от неблагоприятна форма на утаяване на излишни фази. В повечето случаи крехкостта на метала в зоната на топлинно въздействие се причинява от комбинация от тези процеси. Стоманите с високо съдържание на хром, особено феритният клас, както и хромо-никеловите стомани от преходния аустенитно-феритен клас, проявяват най-голяма склонност към крехкост.

Крехкостта на метала в зоната на заварените съединения на стомани с високо съдържание на хром е свързана с тяхната природа - образуването при температури, близки до солидуса, на феритна структура, в която процесите на дифузия протичат с по-висока скорост, отколкото в аустенита. Това улеснява огрубяването на металните зърна в термично засегнатата зона в областта на високи температури и допринася за по-интензивно утаяване на карбиди по границите на зърната по време на процеса на охлаждане. Въпреки това, малко въглерод остава във феритната матрица и изкривява нейната решетка. Последното затруднява движението на дислокациите по време на деформация и в резултат на това води до намаляване на пластичните свойства.

Крехкостта на стоманите с високо съдържание на хром се предотвратява чрез използване на режими с ниско влагане на топлина или чрез използване на стомана, легирана с елементи, които намаляват склонността й към растеж на зърна в зоната на топлинно въздействие.

Крехкостта на двуфазни аустенитно-феритни хром-никелови стомани е свързана с фазова рекристализация и растеж на зърната. В резултат на фазова рекристализация в металната структура на термично засегнатата зона, нагрята до високи температури (над 1200-1300 ° C), настъпва увеличаване на съдържанието на феритна фаза и в близост до зоната на топене се образува възможна е напълно феритна структура, насърчаваща интензивен растеж на зърното.

Разгледаните структурни трансформации в зоната на топлинно въздействие на двуфазни стомани по време на многослойно заваряване могат да доведат до катастрофално намаляване на пластичните свойства на метала поради утаяването на излишните фази под формата на непрекъсната мрежа по границите на зърната на зоната на топлинно въздействие на първите слоеве при извършване на следващите слоеве.

Характеристики на заваряване на стомани с различни методи.При заваряване на високолегирани стомани с електроди с покритие се използват електроди с основно покритие. Използването на електроди с покритие от калциев флуорид позволява да се осигури образуването на отложен метал с необходимия химичен състав, както и други свойства, чрез използването на високо легирана електродна тел и делегиране през покритието.

Комбинацията от легиране през електродния проводник и покритие позволява да се осигури не само гарантиран химичен състав в рамките на спецификационните данни, но и някои други свойства, например гарантирано съдържание на феритна фаза в тесни граници. Като пример можем да посочим електродите от марката TsT-15 (тип EA-1Ba, съдържание на феритна фаза 2,5-5,5% съгласно GOST 10052-75), предназначени за заваряване на аустенитни стомани 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и други подобни. Електродите TsT-15, когато се използва стандартен електроден проводник Sv-07Kh19N10B, осигуряват, поради делегирането през покритието, съдържанието на феритната фаза в отложения метал в диапазона от 2,5-4,5%.

При използване на електроди TsT-15, заваряването на първия слой на челната заварка, поради големия дял на основния метал, се препоръчва да се извършва с електроди TsT-15-1 (тип EA-1B, съдържание на феритна фаза 5,5- 15% съгласно GOST 10052-75), осигурявайки по-високо съдържание на феритна фаза в отложения метал (5,5-9%). Последното се постига чрез използване на стандартна електродна тел Св-07Х19Н10Б и допълнително легиране чрез покритието.

За стомани с ниско съдържание на въглерод наличието на значителни количества CaCO 3 в покритието на електрода е нежелателно, тъй като полученият въглероден диоксид може да доведе до карбуризация на метала на заваръчната вана. В такива случаи могат да се използват електроди с окислително ниско съдържание на силиций. В този случай е възможно да се избегне не само карбуризацията, но и прехвърлянето на силиций от покритието към заваръчната вана. Тези процеси до известна степен се осигуряват чрез използване на електроди с рутил-карбонатно-флуорно покритие, например електроди от марката OZL-14 (тип EA-1 съгласно GOST 10052-75).

Дълбоко аустенитните стомани с високо съдържание на силиций са склонни към образуване на горещи пукнатини. Следователно преходът на силиций от покритието към заваръчния шев в резултат на развитието на процеса на редукция на силиций е нежелан. В такива случаи наличието на SiO 2 в покритието се елиминира не само чрез избор на смес с подходящ състав, но и чрез използване на не течно стъкло като свързващо вещество, а високоалуминиев цимент в комбинация с добавки от натриев алуминат. Електродите на марката TsT-22 имат подобни свойства. Недостатъкът на съществуващите алуминатни покрития е тяхната недостатъчна якост.

Заваряване под флюс на високолегирани стомани. От металургична гледна точка най-рационалните за заваряване на високолегирани стомани са флуоридните флюси от типа ANF-5, които осигуряват добра защита и металургична обработка на метала на заваръчната вана и позволяват легирането на заваръчната вана с титан през електродна жица. В същото време процесът на заваряване е нечувствителен към образуването на пори в заваръчния метал поради водорода. Въпреки това, флуоридните безкислородни потоци имат относително ниски технологични свойства. Ниските технологични свойства на флуоридните потоци са причината за широкото използване на оксидни потоци за заваряване на високолегирани стомани.

Флюсовете на базата на оксиди включват флюсове с ниско съдържание на силиций от типа AN-26, които осигуряват добро формиране на заваръчния метал. Въпреки това, по време на заваряване се наблюдава интензивно окисляване на титан и алуминий (не е възможно да се легира шевът с тези елементи през жицата) и преходът на силиций в шева. Последното при заваряване на дълбоки аустенитни стомани увеличава вероятността от образуване на горещи пукнатини, а при заваряване на мартензитни стомани с високо съдържание на хром води до крехкост поради образуването на феритна фаза.

Наред с потоците с ниско съдържание на силиций за заваряване на високолегирани стомани се използват потоци на базата на високостабилни оксиди - силно основни потоци от типа AN-292 (поток на базата на системата A1 2 O 3 -CaO-MgO). Тези флюсове имат добри металургични и технологични свойства. Въпреки това, те са чувствителни към образуването на пори в заваръчния метал поради водорода.

Комбинацията от положителните свойства на флуоридните флюсове и флюсовете на основата на оксид се постига чрез използване на флуоридни неокисляващи флюсове от типа ANF-8 и флуоридни окисляващи флюсове от типове ANF-14, ANF-17 и ANF-22. Използва се поток ANF-14 вместо поток AN-26. Потоците ANF-17 и ANF-22 позволяват извършването на промени в състава на заваръчния метал, необходими при заваряване на дълбоки аустенитни стомани (намаляване на концентрацията на силиций, легиране с бор и манган). Флуоридните окислителни потоци са по-ниски от неокислителните потоци по техните формообразуващи свойства.

В някои случаи при заваряване на дълбоки аустенитни стомани, особено системата Cr-Ni-Mo-Cu, се използва силно окислителен поток с ниско съдържание на силиций AN-18, а при заваряване на топлоустойчиви мартензитни стомани с високо съдържание на хром се използва поток AN-17 използван, който е по-малко окислителен в сравнение с потока AN-18.

За да се намали вероятността от образуване на прегряваща структура, заваряването на високолегирани стомани обикновено се извършва в режими, характеризиращи се с ниска топлинна мощност. В този случай се предпочитат шевовете с малко напречно сечение, получени с помощта на електродна тел с малък диаметър (2-3 mm). Тъй като високолегираните стомани имат повишено електрическо съпротивление и намалена електрическа проводимост, стърчането на високолегиран електрод по време на заваряване се намалява с 1,5-2 пъти в сравнение с стърчането на електрод от въглеродна стомана.

За заваряване на високолегирани стомани в атмосфера на защитни газове се използват аргон, хелий (по-рядко) и въглероден диоксид.

Заваряването с аргонова дъга се извършва с консумативи и неконсумируеми волфрамови електроди. Консумативен електрод се заварява с помощта на постоянен ток с обратна полярност, като се използват режими, които осигуряват струен пренос на електродния метал. В някои случаи (главно при заваряване на аустенитни стомани), за да се увеличи стабилността на дъгата и особено да се намали вероятността от образуване на пори поради водород при заваряване с консумативен електрод, смеси от аргон с кислород или въглероден диоксид (до 10%) са използвани.

Заваряването с неконсумативен волфрамов електрод се извършва главно с постоянен ток с директна полярност; в някои случаи, когато стоманата съдържа значително количество алуминий, се използва променлив ток, за да се осигури катодно разрушаване на оксидния филм.

При заваряване на високолегирани стомани въглеродният диоксид се използва широко за защита на метала, което намалява вероятността от образуване на пори в заваръчния метал поради водород, като същевременно осигурява относително висок коефициент на преход на лесно окисляеми елементи. Например, коефициентът на пренос на титан от тел достига 50%. При заваряване в аргонова атмосфера коефициентът на пренос на титан от тел е 80-90%.

При заваряване на стомани с високо съдържание на хром и ниско съдържание на силиций във въглероден диоксид, върху повърхността на заваръчния шев се образува огнеупорен, труден за отстраняване оксиден филм. Неговото присъствие затруднява многослойното заваряване. При заваряване на стомани с ниско съдържание на въглерод (под 0,07-0,08%) е възможно карбуризиране на наслоения метал. Преходът на въглерод в заваръчната вана се подобрява от наличието на алуминий, титан и силиций в електродната тел. В случай на заваряване на дълбоки аустенитни стомани, известна карбуризация на метала на заваръчната вана в комбинация с окисляване на силиций намалява вероятността от горещо напукване. Карбуризацията обаче може да промени свойствата на заваръчния метал и по-специално да намали корозионните свойства.

При заваряване във въглероден диоксид се наблюдава повишено разпръскване на електродния метал. Наличието на пръски върху металната повърхност намалява устойчивостта на корозия. При разработването на заваръчната технология трябва да се вземат предвид характеристиките на заваряването в атмосфера на въглероден диоксид.

Тема 2.5. Технология на заваряване на разнородни стомани и сплави. Образуване на шевове. Характеристики на технологията и техниката за заваряване на стомани от същия конструктивен клас. Характеристики на технологията и техниката за заваряване на стомани от различни структурни класове.

ТЕХНОЛОГИЯ ЗА ЗАВАРЯВАНЕ НА ДИСИФЕРНИ СТОМАНИ

При работа със заварени конструкции условията на работа на различните агрегати често са различни. Определени части от конструкции, например, работят при високи температури и агресивни среди и следователно трябва да бъдат направени от материали, които имат устойчивост на топлина и корозия. Няма такива изисквания за други компоненти от същия дизайн; те трябва да имат определено ниво на якост само при нормални температури и в неагресивна среда.

Естествено, във всички случаи производството на цялата конструкция от скъпи стомани със специални свойства е непрактично, поради което при проектирането и производството на такива конструкции се използват различни материали за техните компоненти, което налага тяхното заваряване.

Гамата от стомани, използвани за комбинирани конструкции, е много широка и включва повечето от стоманите, чиято технология на заваряване беше разгледана в предишни лекции. В комбинираните заварени конструкции разглежданите стомани могат да бъдат намерени в голямо разнообразие от комбинации.

ФОРМИРАНЕ НА ШЕВА И ПОВЪРХНОСТНАТА ЗОНА

При заваряване на различни стомани, в допълнение към допълнителния (електроден) метал, два други основни метала, често значително различни по състав и свойства, участват в образуването на заваръчен шев.

Следователно при заваряване на различни стомани е необходимо да се вземат предвид допълнителни фактори, от които зависи изборът на основния и добавъчния метал и работата на завареното съединение: промени в състава на заваръчния шев в зони, съседни на основния метал; образуване в зоната на топене на разнородни материали (линия на топене и съседни зони на основния и заваръчния метал) на нискоякостни и непластични кристализационни и деформационни слоеве с променлив състав; наличието на остатъчни напрежения при заваряване в стомани от различни структурни класове; Тези напрежения в повечето случаи не могат да бъдат отстранени чрез термична обработка поради различните оптимални условия за термична обработка на различните видове стомани и разликите в коефициентите на линейно разширение.

По този начин заварените съединения на различни стомани имат значителна химична, структурна и механична хетерогенност. При многослойно заваряване на различни стомани може да се наблюдава химическа хетерогенност на заваръчния метал, т.е. различен химичен състав на метала на различните слоеве на заваръчния шев. Химическият състав на всеки слой на заваръчния шев се определя от дела на наслоения и разтопен основен метал от страната на всяка от заваряваните стомани.

При заваряване на втория и следващите слоеве съставът на метала на този слой ще включва определена част от метала на предишния слой и следователно съдържанието на елемента, преминаващ в заваръчния шев от една или друга заварена стомана, ще намалее леко и съдържанието на елементите, преминаващи в заваръчния шев от отложения метал, леко ще се увеличи.

В резултат на несъвършеното смесване на отложения метал с основния метал, слоеве от метал с променлив състав се появяват на границата на топене от страната на заваръчния шев. Дължината на тези слоеве обикновено е 0,2-0,6 mm. При свързване на стомани от същия структурен клас и перлитни стомани с хромови стомани (12% Cr), свойствата на тези междинни слоеве в повечето случаи имат междинни стойности между свойствата на основния метал и заваръчния метал.Наличието на такива междинни слоеве обикновено няма забележим ефект върху работата на ставата.

Значително влияние върху структурата на зоната на топене и свойствата на завареното съединение се оказва от развитието на преходни слоеве в него, причинени от дифузията на въглерод от нелегиран метал в метал, съдържащ големи количества енергийни карбидообразуващи елементи . Такива дифузионни слоеве възникват при заваряване на различни перлитни стомани и особено във връзки между перлитни и високолегирани мартензитни, феритни или аустенитни стомани. В зоната на топене се образува декарбюризирана зона от страната на по-слабо легираната стомана или заваръчния шев, а от страната на легирания компонент се образува слой от карбуризиран метал с висока твърдост, съдържащ голямо количество карбиди.

Интензивността на развитие на дифузионни слоеве зависи от силата на връзката между въглерод и карбид в контактуващите материали. Когато високолегирана заварка влезе в контакт с въглеродна стомана, се образуват дифузионни слоеве в присъствието на карбидообразуващи елементи като хром, молибден, волфрам, ванадий, манган, ниобий и титан в заварката.

Количеството въглерод в по-слабо легирания метал определя ширината на карбуризираните и декарбюризираните междинни слоеве. При по-ниско съдържание въглеродът дифундира от по-отдалечени обеми метал и ширината на декарбонизирания слой се увеличава. Увеличаването на въглеродното съдържание увеличава степента на карбуризирания слой. Интензивността на този процес също зависи от температурата и времето.

Интензивността на процеса на въглеродна дифузия и следователно степента на химическа хетерогенност на границата на топене може да бъде намалена чрез замяна на въглеродна стомана с нисколегирана стомана с ниско съдържание на въглерод и наличие на карбидообразуващи елементи в количество, достатъчно за пълно свързване на въглерод.

Наличието на дифузионни слоеве влияе върху работата на заварените съединения. Вероятността от повреда в зоната на топене е свързана с появата на състояние на обемно напрежение в тази зона и увеличаване на крехкостта на граничните участъци на заваръчния шев. Освен това може да възникне разрушаване на метала на декарбонизирания слой от страната на по-малко легираната стомана поради по-ниската му якост при излагане на корозивна среда и напрежение, както и корозионно напукване по декарбонизирания слой.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТЕХНОЛОГИЯТА И ТЕХНОЛОГИЯТА ЗА ЗАВАРЯВАНЕ НА СТОМАНА ОТ СЪЩИЯ СТРУКТУРЕН КЛАС

В практиката за производство на заварени конструкции има необходимост от заваряване на стомани от един и същ структурен клас, но с различно легиране. В такива случаи шевовете не са предмет на изискванията за повишена якост или специални свойства, характерни за по-легираната стомана. Ето защо при избора на заваръчни материали и технология за заваряване трябва да се даде предпочитание на материалите и технологията, които обикновено се използват за по-малко легирана стомана.

Технологичните режими на заваряване и температурите на нагряване трябва да се избират според свойствата на по-легираната стомана.

При заваряване на мартензитни, феритни, феритно-аустенитни стомани с високо съдържание на хром, изборът на заваръчни материали трябва да се основава на необходимостта да се получат заварки без пукнатини и без крехки участъци в тях. Тъй като тези стомани съдържат голямо количество енергичен карбидообразуващ агент - хром, не трябва да се очаква забележимо развитие на дифузионни слоеве в зоната на линията на топене.

Режимът на нагряване се избира въз основа на характеристиките на по-закаляващата се стомана, включена в разглежданата комбинация.

При заваряване на 12% хром мартензитни стомани с феритни и феритно-аустенитни стомани с високо съдържание на хром е за предпочитане да се изберат заваръчни материали от феритно-аустенитния клас. По време на топлинна обработка трябва да се вземат мерки за ускоряване на охлаждането, за да се предотврати крехкостта.

При заваряване на разнородни аустенитни стомани трябва да се има предвид повишената склонност към аустенитни заварки и образуването на горещи пукнатини. Следователно при избора на заваръчни материали трябва преди всичко да се изхожда от необходимостта надеждно да се предотврати появата на горещи пукнатини в заваръчния шев. Технологията на заваряване на тези стомани зависи от съотношението на съдържанието на хром и никел в метала. Ако се заваряват различни стомани с малка граница на аустенитет, тогава можете да използвате електроди, препоръчани за заваряване както на една, така и на друга стомана.

При заваряване на стомани с голяма граница на аустенитет една към друга е необходимо да се използват заваръчни материали, които позволяват да се получи хомогенна аустенитна или аустенитно-карбидна структура в заваръчния шев със задължително допълнително легиране с елементи, които повишават устойчивостта на образуване на пукнатини.

Типът термична обработка на заварени съединения, изработени от различни аустенитни стомани, се определя от техните условия на работа, вида на конструкцията и класовете на заварените стомани. При заваряване на конструкции от термично невтвърдяващи се стомани, предназначени за работа в диапазона от умерени температури при липса на изисквания за отстраняване на остатъчните напрежения при заваряване, термичната обработка може да не се извършва. Ако според условията на работа на конструкцията е необходимо да се премахнат остатъчните напрежения при заваряване, тогава стабилизирането се извършва при температура 800-850 ° C.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ТЕХНОЛОГИЯТА И ТЕХНОЛОГИЯТА ЗА ЗАВАРЯВАНЕ НА СТОМАНА

РАЗЛИЧЕН СТРУКТУРЕН КЛАС

Възможните комбинации на стомани от различни структурни класове в заварени съединения могат да бъдат разделени на две групи: I - заварени съединения на перлитни стомани с високохромни стомани от мартензитни, мартензитно-феритни и феритни класове; II - заварени съединения от перлитни стомани с аустенитни хром-никелови устойчиви на корозия и топлоустойчиви стомани.

При заваряване на перлитни стомани с 12% хромирани стомани, за да се осигури най-голяма пластичност на заваръчния шев, се използват заваръчни материали от перлитен клас. В този случай в преходните зони от страната на високолегирана стомана, съдържаща до 5% Cr, се поддържа висока пластичност и якост. За да се намали размерът на дифузионните слоеве, перлитният заваръчен метал трябва да бъде легиран с определено количество карбидообразуващи елементи.

Температурата на предварително загряване на съединението трябва да бъде избрана (изчислена) според характеристиките на високолегирана (12% хром) стомана по същия начин като режима на термична обработка, но за да се намали размерът на дифузионните слоеве, температурата на темпериране трябва да бъдат взети възможно най-ниско.

При заваряване на перлитни стомани със 17-28% хромови стомани, използването на перлитни електроди е непрактично поради прекомерното легиране на заваръчния шев с хром от стомана с високо съдържание на хром и произтичащата от това загуба на пластичност. Следователно най-подходящите заваръчни материали ще бъдат феритно-аустенитният клас, който осигурява достатъчна стабилност на заваръчния метал дори при наличие на значително проникване на перлитна стомана. При такива комбинации от стомани могат да се приемат и аустенитни електроди, но трябва да се вземе предвид структурната хетерогенност на връзката. В този случай не е необходима термична обработка след заваряване.

Когато заварявате перлитни стомани с аустенитни стомани, винаги трябва да използвате аустенитни заваръчни материали, които осигуряват производството на отложен метал с такава граница на аустенитизъм, че като се вземе предвид топенето и участието на нисколегирания компонент (перлитна стомана) във формирането на заваръчния шев, осигуряват аустенитна структура във високолегирания заваръчен шев. Приблизително необходимият състав на отложения метал за получаване на заваръчен шев с такава структура може да се определи от диаграмата на Шефлер, като се вземат предвид пропорциите на основния и допълнителните метали при образуването на заваръчния шев.

Големият резерв на аустенитет на заваръчния метал позволява да се предотврати образуването на нископластични зони с мартензитна структура в коренните заварки и слоевете, съседни на перлитна стомана. Като правило, различни съединения от перлитни и аустенитни стомани не се подлагат на термична обработка, тъй като режимите на термична обработка, които подобряват свойствата на зоната на топлинно въздействие на една от заваряваните стомани, нямат положителен ефект върху другата стомана или влошават определени негови свойства.

Освен това, поради разликата в коефициентите на линейно разширение на перлитните и аустенитните стомани, високото темпериране ще доведе само до преразпределение на остатъчните напрежения, а не до тяхното отстраняване. При производството на заварени възли от дебел метал с висока твърдост могат да възникнат крехки фрактури по зоната на топене на перлитна стомана с аустенитна заварка. За да се предотвратят тези щети, е необходимо да се използват заваръчни материали с високо съдържание на никел.

Ако перлитната втвърдяваща се стомана е сдвоена с аустенитна стомана, тогава наваряването се извършва по ръбовете на втвърдяващата се стомана с помощта на аустенитни електроди с предварително или съпътстващо нагряване, което осигурява необходимата скорост на охлаждане на засегнатата от топлина зона. В този случай заваръчните материали трябва да осигурят производството на отложен метал с високо съдържание на никел. След това темперира частите с отложени ръбове, за да елиминира втвърдяването в зоната на термично въздействие.

След това части от перлитна стомана с нанесени ръбове се заваряват с аустенитна стомана при условия, оптимални за последната, без предварително нагряване. С тази технология няма нужда от последващи празници.

Нисковъглеродните стомани са стомани с ниско съдържание на въглерод до 0,25%. Нисколегираните стомани са стомани, съдържащи до 4% легиращи елементи, с изключение на въглерод.

Добрата заваряемост на нисковъглеродните и нисколегирани конструкционни стомани е основната причина за широкото им използване в производството на заварени конструкции.

Химичен състав и свойства на стоманите

Във въглеродните конструкционни стомани въглеродът е основният легиращ елемент. Механичните свойства на стоманите зависят от количеството на този елемент. Нисковъглеродните стомани се делят на стомани с обикновено качество и висококачествени.

Стомана с обикновено качество

В зависимост от степента на дезоксидация стоманата с обикновено качество се разделя на:

• кипене - kp;
• полуспокоен - пс;
• спокойствие - сп.

Кипяща стомана

Стоманите от тази група съдържат не повече от 0,07% силиций (Si). Стоманата се произвежда чрез непълно деоксидиране на стомана с манган. Отличителна черта на кипящата стомана е неравномерното разпределение на сярата и фосфора по цялата дебелина на валцувания продукт. Ако зона с натрупване на сяра навлезе в зоната на заваряване, това може да доведе до появата на кристализационни пукнатини в заваръчния шев и зоната на топлинно въздействие. Когато е изложена на ниски температури, такава стомана може да стане крехка. Поддавайки се на заваряване, такива стомани могат да остареят в зоната на топлинно въздействие.

Спокойна стомана

Меките стомани съдържат поне 0,12% силиций (Si). Спокойните стомани се получават чрез деоксидиране на стомана с манган, силиций и алуминий. Те се отличават с по-равномерно разпределение на сярата и фосфора в тях. Спокойните стомани реагират по-малко на топлина и са по-малко склонни към стареене.

Полутиха стомана

Полуспокойните стомани имат средни характеристики между спокойни и кипящи стомани.

Въглеродните стомани с обикновено качество се произвеждат в три групи. Стоманите от група А не се използват за заваряване, те се доставят според техните механични свойства. Буквата "А" не се използва при обозначаването на стомана, например "St2".

Стоманите от групи B и C се доставят според техните химични свойства, съответно химични и механични. Буквата на групата се поставя в началото на обозначението на стоманата, например BSt2, VSt3.

Полутихите стомани класове 3 и 5 могат да бъдат доставени с по-високо съдържание на манган. В такива стомани буквата G се поставя след обозначението на марката (например BSt3Gps).

За производството на критични конструкции трябва да се използват обикновени стомани от група В. Производството на заваръчни конструкции от нисковъглеродни стомани с обикновено качество не изисква използването на термична обработка.

Качествени стомани

Качествените стомани с ниско съдържание на въглерод се доставят с нормално (класове 10, 15 и 20) и повишено (класове 15G и 20G) съдържание на манган. Висококачествените стомани съдържат намалено количество сяра. За производството на заваръчни конструкции от стомани от тази група се използват горещо валцувани стомани, по-рядко термично обработени стомани. За да се увеличи здравината на конструкцията, заваряването на тези стомани може да се извърши с последваща термична обработка.

Нисколегирани стомани

Ако във въглеродната стомана се въвеждат специални химически елементи, които първоначално не присъстват в нея, тогава такава стомана се нарича легирана стомана. Манганът и силицийът се считат за легиращи компоненти, ако тяхното съдържание надвишава съответно 0,7% и 0,4%. Следователно стоманите VSt3Gps, VSt5Gps, 15G и 20G се считат както за нисковъглеродни, така и за нисколегирани структурни стомани.

Легиращите елементи са способни да образуват съединения с желязо, въглерод и други елементи. Това спомага за подобряване на механичните свойства на стоманите и намалява границата на студена чупливост. В резултат на това става възможно да се намали теглото на конструкцията.

Легирането на метал с манган повишава якостта на удар и устойчивостта на студена чупливост. Заваръчните съединения от манганови стомани се характеризират с по-висока якост при променливи ударни натоварвания. Устойчивостта на стоманата срещу атмосферна и морска корозия може да се повиши чрез легиране с мед (0,3-0,4%). Повечето нисколегирани стомани за производство на заваръчни конструкции се използват в горещовалцувано състояние. Механичните свойства на легираните стомани могат да бъдат подобрени чрез термична обработка, поради което някои видове стомана за заварени конструкции се използват след термична обработка.

Заваряемост на нисковъглеродни и нисколегирани стомани

Нисковъглеродните и нисколегирани конструкционни стомани имат добра заваряемост. Тяхната технология на заваряване трябва да осигурява еднакви механични свойства на заваръчния шев и основния метал (не по-ниски от долната граница на свойствата на основния метал). В някои случаи, поради условията на работа на конструкцията, се допуска намаляване на някои механични свойства на шева. Шевът трябва да е без пукнатини, липса на проникване, пори, подрязвания и други дефекти. Формата и геометричните размери на шева трябва да съответстват на необходимите. Към заварената връзка могат да бъдат наложени допълнителни изисквания, които са свързани с условията на работа на конструкцията. Всички без изключение заварки трябва да са издръжливи и надеждни, а технологията да осигурява производителност и икономичност на процеса.

Механичните свойства на заварената връзка се влияят от нейната структура. Структурата на метала по време на заваряване зависи от химичния състав на материала, условията на заваряване и термичната обработка.

Подготовка и монтаж на детайли за заваряване

Подготовката и монтажът за заваряване се извършват в зависимост от вида на заваръчното съединение, метода на заваряване и дебелината на метала. За да се поддържа разстоянието между ръбовете и правилната позиция на частите, се използват специално създадени монтажни приспособления или универсални приспособления (подходящи за много прости части). Сглобяването може да се извърши с помощта на скоби, чиито размери зависят от дебелината на заварения метал. Дължината на халсите може да бъде 20-120 mm, а разстоянието между тях е 500-800 mm. Напречното сечение на халс е равно на приблизително една трета от шева, но не повече от 25-30 mm2. Прихващащото заваряване може да се извърши чрез ръчно дъгово заваряване или механизирано заваряване в защитен газ. Преди да се пристъпи към заваряване на конструкцията, клемите се почистват, проверяват и ако има дефекти, те се изрязват или отстраняват по друг начин. По време на заваряване прихватите се претопяват напълно, поради възможното възникване на пукнатини в тях в резултат на бързото отвеждане на топлината. Преди електрошлаковото заваряване частите се поставят с междина, която постепенно се увеличава към края на заваръчния шев. Фиксирането на частите за запазване на относителната им позиция се извършва с помощта на скоби. Скобите трябва да са на разстояние 500-1000 мм. Те трябва да бъдат отстранени, докато се прилага конецът.

За автоматичните методи на заваряване трябва да се монтират входни и изходни пръти. При автоматично заваряване е трудно да се осигури висококачествено проникване на корена на заваръчния шев и да се предотврати изгарянето на метала. За тази цел се използват оставащи и подвижни облицовки и флюсови подложки. Можете също така да заварявате корена на шева с помощта на ръчно електродъгово заваряване или полуавтоматично заваряване в защитни газове, а останалата част от шева се извършва с помощта на автоматични методи.

Заваряването чрез ръчни и механизирани методи се извършва по тегло.

Ръбовете на заваръчните части се почистват старателно от шлака, ръжда, масло и други замърсители, за да се предотврати образуването на дефекти. Критичните конструкции се заваряват предимно от двете страни. Методът за запълване на ръбовете на каналите при заваряване на дебелостенни конструкции зависи от неговата дебелина и топлинната обработка на метала преди заваряване. Липсата на проникване, пукнатини, пори и други дефекти, идентифицирани след заваряване, се отстраняват с механичен инструмент, въздушно-дъгово или плазмено рязане и след това се заваряват обратно. При заваряване на нисковъглеродни стомани свойствата и химичният състав на заваръчното съединение до голяма степен зависят от използваните материали и режимите на заваряване.

Ръчно дъгово заваряване на нисковъглеродни стомани

За да получите висококачествена връзка с помощта на ръчно електродъгово заваряване, е необходимо да изберете правилните заваръчни електроди, да зададете режимите и да приложите правилната техника на заваряване. Недостатъкът на ръчното заваряване е високата зависимост от опита и квалификацията на заварчика, въпреки добрата заваряемост на въпросните стомани.

Заваръчните електроди трябва да се избират въз основа на вида на заваряваната стомана и предназначението на конструкцията. За да направите това, можете да използвате каталога на електродите, където се съхраняват паспортните данни на много марки електроди.

Когато избирате електрод, трябва да обърнете внимание на препоръчителните условия за вида и полярността на тока, пространственото положение, силата на тока и т.н. Паспортът на електродите може да показва типичния състав на отложения метал и механичните свойства на връзка, осъществена от тези електроди.

В повечето случаи заваряването на нисковъглеродни стомани се извършва без мерки, насочени към предотвратяване на образуването на втвърдяващи се структури. Но все пак при заваряване на дебелостенни ъглови шевове и първия слой на многослойна заварка се използва предварително загряване на частите до температура от 150-200 ° C, за да се предотврати образуването на пукнатини.

При заваряване на нетермично усилени стомани се постига добър ефект с помощта на каскадни и плъзгащи методи за заваряване, което не позволява на заваръчния метал да се охлади бързо. Предварителното загряване до 150-200° C дава същия ефект.

За заваряване на топлинно усилени стомани се препоръчва да се правят дълги шевове по охладени предишни шевове, за да се избегне омекване на засегнатата от топлина зона. Трябва също така да изберете режими с ниско входяща топлина. Коригирането на дефекти по време на многослойно заваряване трябва да се извършва с шевове с голямо сечение с дължина най-малко 100 mm или стоманата трябва да бъде предварително загрята до 150-200 ° C.

Дъгово заваряване в защитен газ на нисковъглеродни стомани

Заваряването на нисковъглеродни и нисколегирани стомани се извършва с въглероден диоксид или негови смеси като защитен газ. Можете да използвате смеси от въглероден диоксид + аргон или кислород до 30%. За критични структури заваряването може да се извърши с аргон или хелий.

В някои случаи заваряването с въглероден и графитен електрод се използва за заваряване на бордови връзки с дебелина 0,2-2,0 mm (например корпуси на кондензатори, кутии и др.). Тъй като заваряването се извършва без използване на пълнежен прът, съдържанието на манган и силиций в заваръчния шев е ниско, което води до загуба на якост на съединението, която е с 30-50% по-ниска от тази на основния метал.

Заваряването с въглероден диоксид се извършва със заваръчна тел. За автоматично и полуавтоматично заваряване в различни пространствени позиции се използва тел с диаметър до 1,2 mm. За долната позиция използвайте тел 1,2-3,0 mm.

Както се вижда от таблицата, тел Sv-08G2S може да се използва за заваряване на всички стомани.

Дъгово заваряване под флюс на нисковъглеродни стомани

Висококачествено заварено съединение с еднаква здравина на шева и основния метал се постига чрез правилния подбор на флюсове, телове, режими и техники на заваряване. Препоръчително е да се извършва автоматично заваряване под флюс на нисковъглеродни стомани с тел с диаметър от 3 до 5 mm и полуавтоматично заваряване под флюс с диаметър 1,2-2 mm. За заваряване на нисковъглеродни стомани се използват потоци AN-348-A и OSTS-45. Нисковъглеродна заваръчна тел от марките Sv-08 и Sv-08A, а за критични конструкции можете да използвате тел Sv-08GA. Този набор от заваръчни консумативи дава възможност да се получат заварки с механични свойства, равни или по-добри от тези на основния метал.

За заваряване на нисколегирани стомани се препоръчва използването на заваръчна тел Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2 и други, съдържащи манган. Флюсовете са същите като при нисковъглеродните стомани. Такива материали позволяват да се получат необходимите механични свойства и устойчивост на метала от образуването на пори и пукнатини. При заваряване без скосяване, увеличаването на дела на основния метал в заваръчния метал може да увеличи съдържанието на въглерод. Това повишава якостните свойства, но намалява пластичните свойства на връзката.

Режимите на заваряване на нисковъглеродни и нисколегирани стомани се различават леко и зависят от техниката на заваряване, вида на съединението и шева. При заваряване на еднослойни ъглови шевове, ъглови и челни заварки от дебела стомана клас VSt3 в режими с ниско влагане на топлина, в зоната на топлинно въздействие могат да се образуват втвърдяващи се структури и пластичността може да намалее. За да се предотврати това, трябва да се увеличи напречното сечение на шева или да се използва заваряване с двойна дъга.

За да се предотврати разрушаването на заваръчния шев в зоната на термично въздействие при заваряване на нисколегирани стомани, трябва да се използват режими с ниско внасяне на топлина, а за заваряване на неукрепени стомани трябва да се използват режими с повишено внасяне на топлина. Във втория случай, за да се гарантира, че пластичните свойства на шева и съседната зона не са по-лоши от основния метал, е необходимо да се използва двойно дъгово заваряване или предварително загряване до 150-200 ° C.

Най-консумираният метал в света е стоманата; всъщност стоманата не е метал, а сплав от желязо и въглерод. В момента общото количество произведена стомана в света надхвърля милиард и половина тона годишно. Стоманите са разделени на въглеродни и легирани; легираните стомани се отличават с факта, че по време на производствения процес към стоманата се добавят различни елементи (например никел за повишаване на устойчивостта на корозия, манган за повишаване на якостните характеристики и т.н.), придавайки й специални свойства. Въглеродните стомани най-често се използват за заваряване, има нисковъглеродни стомани, съдържащи по-малко от 0,3% въглерод, те се поддават добре на всяко заваряване, средно въглеродните стомани със съдържание от 0,3 до 0,6% са по-малко податливи на процеса на заваряване, но по-здрави, но по-малко пластични, високовъглеродните стомани са най-здрави, но имат малко относително удължение и са най-малко податливи на процеса на заваряване. Те се различават по съдържание на въглерод и, следователно, по химични и физични свойства.

Нисковъглеродната стомана принадлежи към голяма група конструкционни стомани. Съдържанието на въглерод в него е не повече от 0,3%; поради толкова нисък процент той има следните свойства:

• Висока пластичност и еластичност;
• Подходящ за процеса на заваряване;
• Висока якост на удар.

Тази марка е широко използвана в строителството поради факта, че е много лесна за заваряване, тъй като в нейната структура има много малко въглерод, което има лош ефект върху процеса на заваряване, тъй като в металния шев могат да се образуват крехки структури и порьозности. , което след това води до провал. Също така, поради високата си мекота, части се изработват от него чрез студено щамповане.

Заваряване на въглеродни стомани

Заваряват се абсолютно всички видове стомана. Въпреки това, всеки тип метал има своя собствена технология за заваряване. Технологията за заваряване на въглеродни стомани трябва да отговаря на изискванията, които включват:

• Равномерно разпределение на якостта на шева по цялата дължина;
• Липсата на заваръчни дефекти, шевовете не трябва да имат различни пукнатини, пори, жлебове и т.н.;
• Размерите и геометричната форма на шева трябва да бъдат направени в съответствие със стандартите, предписани в съответния GOST 5264-80;
• Виброустойчивост на заварената конструкция;
• Използването на електроди с ниско съдържание на водород и въглерод, което може да има отрицателно въздействие върху качеството на шева;
• Конструкцията трябва да е здрава и твърда.

По този начин технологията трябва да бъде възможно най-ефективна, тоест да дава най-висока производителност на процеса, като същевременно осигурява висока якост и надеждност.

Механичните свойства на заваръчния метал и завареното съединение изцяло зависят от микроструктурата, която е химическият състав, а също така се определя от режима на заваряване и термичната обработка, която се извършва както преди, така и след заваряването.

Нисковъглеродна стомана: технология на заваряване

Както бе споменато по-горе, нисковъглеродните стомани се поддават най-добре на процеса на заваряване. Те могат да бъдат заварени чрез газово заваряване в кислородно-ацетиленов пламък без допълнителни потоци. Като добавка се използват метални проводници. Водородът, който може да образува пори, може да повлияе отрицателно на процеса на заваряване. За да се предотврати този проблем, се препоръчва да се извърши процесът на заваряване с добавъчен метал, съдържащ малко количество въглерод.

След процеса на заваряване конструкцията трябва да бъде термично обработена, за да се подобрят механичните свойства - пластичността и здравината ще бъдат същите. Топлинната обработка на заварени конструкции се извършва чрез операция за нормализиране, която се състои в нагряване на продукта до определена температура, приблизително 400 градуса, задържане и допълнително охлаждане във въздуха. В резултат на това структурата се изравнява, въглеродът под формата на цементит в метала дифундира в зърната, поради което структурата става равномерна.

Газовото заваряване се извършва в присъствието на аргон, което създава неутрална среда. Конструкциите, които се заваряват в аргонова среда, имат по-важна цел.

Заваряването на нисковъглеродни стомани може да се извърши ръчно, дъговото заваряване на такива материали изисква правилния избор на електрод. При избора на електрод е необходимо да се вземат предвид следните фактори, които ще осигурят еднаква структура на заваръчния шев без дефекти. Преди да извършите процеса на заваряване, е необходимо да калцинирате електродите, за да ги подготвите за по-нататъшна работа и да премахнете водорода. Заваряването на нисковъглеродни железни сплави трябва да бъде прецизно и бързо, а металните части трябва да бъдат подготвени преди започване на процеса.

Заваръчна среда въглерод

Процедурата за заваряване на стоманени части със средно съдържание на въглерод, от 0,3% до 0,55%, е по-трудна в сравнение с ниско въглерод, тъй като по-високото количество въглерод може да повлияе отрицателно на заваръчния шев. Въглеродът намалява границата на студена крехкост - т.е. разрушаване при ниски температури, увеличава якостта и твърдостта, но намалява пластичността на заваръчния шев.

За заваряване се използват електроди с ниско съдържание на въглерод, които осигуряват здрава връзка.

Заваряване на високовъглеродни стомани

Стоманите с висок процент съдържание на въглерод, от 0,6% до 0,85%, са много трудни за заваряване. В този случай не може да се използва газово заваряване, тъй като в процеса въглеродът изгаря в големи количества и се образуват втвърдяващи се структури, които влошават качеството на заваръчния шев. Най-добре е в този случай да използвате дъгова заварка.

Изисквания

При заваряване на въглеродни стомани, за постигане на максимални параметри, трябва да бъдат изпълнени следните изисквания:

• Заваръчните електроди и телове трябва да имат нисък процент въглерод, за да се избегнат ненужни дефекти;
• Необходимо е да се гарантира, че въглеродът от метала не се прехвърля в заваръчния шев под въздействието на висока температура; за това се използва тел за заваряване на стомани със средно съдържание на въглерод и по-високо, например Forte E71T-1, Bars-71 . Тези видове са идеални за заваряване на стомани със съдържание на въглерод над 0,3%;
• При извършване на процеса на заваряване трябва да се добавят потоци, които допринасят за образуването на огнеупорни образувания;
• Намалете химическата хетерогенност на шева чрез последваща топлинна обработка;
• Намалете съдържанието на водород чрез калциниране на електродите, използване на електроди с ниско съдържание на водород и др.

Особености

Трябва да се отбележат и следните характеристики на заваръчните въглеродни стомани:

• Преди да извършите тази операция, е необходимо да почистите добре заварения материал от ръжда, механични неравности, мръсотия и мащаб. Тези замърсители допринасят за образуването на пукнатини в заваръчния шев;
• Заваръчните конструкции от въглеродни стомани трябва да се охлаждат бавно във въздуха, така че структурата да се нормализира;
• При извършване на процеса на заваряване критичните части изискват предварително загряване до приблизително 400 градуса; с помощта на нагряване ще се осигури необходимата якост на шева; също в този случай заваряването може да се извърши в няколко подхода.

По този начин процесът на заваряване на въглеродни стомани зависи главно от съдържанието на въглерод в тях. Ето защо е необходимо да се обмисли какво съдържание и да се избере правилната технологична схема, за да се получи висококачествен, издръжлив продукт, който може да издържи дълго време.