Сталь остается самым популярным видом из категории черных металлов. Она применяется в разных областях промышленного производства, строительства, обработки и сельского хозяйства. Классификация разделяет стальные сплавы по химическому составу и по свариваемости. С учетом характеристик подбирается технология для сварки или наплавки.
Разделение по химическому составу
Стальные сплавы можно разделить на две большие категории. В одной располагается углеродистая сталь, поскольку содержание углерода позволит выделить:- низко- (0,25%);
- средне- (0,25-0,6%);
- высокоуглеродистую (0,6-2%).
- низколегированная (до 2,5%);
- среднелегированная (2,5-10%);
- высоколегированная (свыше 10%).
- заложенные свойства и характеристики металлических сплавов;
- правильный подбор электродов и материалов для присадки;
- оптимальный режим для сваривания;
- температурный диапазон.
Классификация по свариваемости
Кроме химического состава, сталь принято классифицировать по свариваемости. Деление на несколько групп проводится с учетом показателя углеродного эквивалента (Сэкв):- Неплохой свариваемости способствует низкое содержание углерода (0,25%). Затрачивается минимум времени на подготовку, климатические условия не играют особой роли.
- Достаточно удовлетворительно проходит процесс при вырастании до 0,35%. Установлены требования по диаметру (до 20 мм) или температуре воздуха для стали определенной марки.
- Ограничения выдвигаются при содержании 0,35-0,45%. Не обойтись без предварительного нагрева, поскольку важно добиться сохранения прочностных характеристик.
- Плохо сваривать при превышении 0,45%. Добиться устойчивого соединения удастся при разделении процесса на несколько этапов. Придется периодически чередовать подогрев с охлаждением. После сварки не забывают позаботиться о термической обработке.
| Класс свариваемости | Углеродистые | Легированные |
| Хорошо | ВСт-1-4, 0.8-25 | 15Г (Х, ХМ, ХСНД), 20Г (Х, ХГСА), 10ХСНД |
| Удовлетворительно | ВСт-5, 30, 35 | 12Х17 (ХН2, ХН3А), 14Х17Н, 20Х13 (ХН, ХН3А), 30Х (ХМ) |
| Ограниченно | ВСт-6, 40, 45 | 35Г (Х, ХМ), 40Г (Г2, Х, ХН), 45Г (Х), 30ХГС(ХГС) |
| Плохо | 50, 55 до 85 | 50Г (Г2, Х, ХН) 6Хс, 7Х3 |
Степень сваривания начинает зависеть от нескольких важных факторов. Кроме объемов углерода, обращают внимание на присутствие вредных элементов, степень легирования, микроструктуру сплава, толщину изделий, возможность комбинирования марок и сварочного материала.
Влияние примесей
На качество сварных соединений в немалой степени влияет состав примесей. Особенно важно знать объем добавок в легированных сталях.- Углерод отражается на прочностных и эластичных свойствах металла. Незначительное содержание (0,25%) способствует отличной сварке. Превышение не исключает появление микротрещин.
- Нежелательно присутствие серы или фосфора. Вредные компоненты даже в небольшом количестве способствуют большей ломкости.
- Кремний (до 1%) умеет приводить к появлению оксидов, мешающих нормальной свариваемости частей.
- Марганец вполне нейтрален, если объем не начнет увеличиваться (норма 2-2,5%). Риск образования закалочных структур вырастает.
- В углеродистых сталях хрома немного (до 0,35%). В легированных допускается содержание от 12 до 35%. При повышении температур способны образовываться карбиды, затрудняющие сварку и приводящие к преждевременной коррозии.
- Никель может начинаться с 5% и вырастать до 35%. Благотворно влияет на повышении прочности и придает эластичность металлу.
- Незначительное присутствие ванадия (до 0,8%) не помешает улучшать свойства сплава и степень прокаливаемости.
- Молибдена содержится аналогичное количество. Важно не допустить полного выгорания, поскольку могут появляться трещины при наплавке.
- Титан и ниобий спасают от ржавчины (1%), если находятся в пределах нормы.
- Медь также борется с коррозией (0,3-1%), не мешает хорошо сваривать металлы.
Особенности сваривания углеродистых сталей
Стали с низким содержанием углерода и легирующими компонентами не требуют от сварщика высокой квалификации. Неплохо подходит дуговая сварка, шов получается достаточно прочный. Для избежания хрупкости наносится несколько слоев. Сплав отличает пластичность, ударная вязкость и упругость. Качества одинаково хорошо подходят для холодной штамповки и сваривания.
Часто отбирают электроды с рутиловым покрытием, удобно использовать ацетилен из-за небольшого расхода. Рекомендуется задействовать сварочную проволоку из марганца и кремния. Пламя убирают постепенно в сторону для избежания окислов.
Среднеуглеродистые сплавы соединять сложнее, поскольку прочность металла будет разной. Вблизи шва могут появляться трещинки и более хрупкие очаги. Избежать проблем помогают электроды с низким количеством углерода.
Важно во время работы избежать проплавления основного металла. Предварительный подогрев позволит задействовать полуавтомат и короткую дугу. Температура разогрева варьируется в пределах 250-650°, больше зависит от толщины деталей. Шов подвергают термической обработке.
Сложнее сваривать стали с высоким содержанием углерода. Обычно сварку применяют во время ремонта после разогрева до 300°. Температура на улице или в помещении не должна опускаться ниже +5°. Нельзя работать при сильном ветре и сквозняках. Сталь подходит для изготовления:- инструментов для резки, деревообработки и бурения;
- надежных пружин;
- проволоки с отличными прочностными параметрами;
- изделий и конструкций, способных прослужить не одно десятилетие.
Технологии для легированных сталей
Незначительный объем углерода вместе с добавками для легирования придают стали пластичность, способность выдерживать огромные нагрузки без деформации и разрушения. Низколегированная сталь потребует подбора технологии сварки и поддержки определенных температур при подогреве.Подходят электроды для дуговой сварки, имеющие фтористо-кальциевое покрытие. Выбор тока должен учитывать марку, диаметр, расположение шва и общие параметры заготовки. Работа проходит без перерывов и охлаждения разогретой детали. Скорость примерно 15-30 м в час.
Подходит односторонняя сварка для деталей в 8 мм с применением флюсовой подушки. Толщина двустороннего шва доходит до 20 мм. Проволока будет подбираться индивидуально с учетом типа газа или аргона. Улучшить свойства помогает проковка при температуре +850°.
При сварке среднелегированных сплавов стараются добиться надежности с помощью технологических приемов. Особо отбираются сварочные материалы. Предпочтение отдается низколегированным электродам, не содержащим органических компонентов. При использовании неплавящихся электродов из вольфрама толщина сварного соединения варьируется в границах 3-5 мм (аргонодуговая).
Активирующие флюсы подходят для механизированного метода, помогающего добиться равномерной глубины. Ацетилен с кислородом пригоден исключительно для дуговой сварки.Принципы сваривания высоколегированных сплавов
Высоколегированные сплавы отличают улучшенные характеристики. Можно подобрать стали одной марки для определения нужной технологии. Предварительно изучают теплофизические свойства, влияющие на распределение температуры при наплавке и соединении.Важно добиться максимальной концентрации тепловой энергии. При ручном методе подобрать проволоки, соответствующие действующим стандартам и марке стали. Ток обратной полярности способствует прокаливанию для избегания трещин и пор.
Кислостойкость обычно избавляет от коррозии. Газ подходит для жаростойкой стали с толщиной в 1-1,2 мм. При увеличении до 3,5 мм потребуется флюс, гарантирующий качество соединения по всей длине. Равномерность плавления спасает от окисления, требует особых усилий от высококвалифицированного специалиста.
Нюансы соединения нержавеющих сталей
Нержавеющие стали способны отличаться по свойствам и видам. В зависимости от этого подбирается нужная технология. Классификация разделяет сплавы на:- аустенитные;
- мартенситные;
- ферритные.
Мартенситные выдает содержание хрома и углерода (не выше 12%). Металл отличает твердость и хрупкость. Сплав понадобится для изготовления турбин, режущих изделий, бытовых приспособлений.
В ферритных также присутствует хром. Отсутствие закалки не мешает выносить агрессивные среды без последствий. Свойства подходят для строительной отрасли, выпуска втулок и штуцеров. Допускается сварка:- ручная (дуговая);
- с вольфрамовым электродом (аргон);
- при помощи полуавтомата (инертная атмосфера).
Жаропрочные сплавы соединит электрод из вольфрама вместе с аргоном или гелиевой средой. Расход газа будет сокращен, нет необходимости повышать напряжение. Для закаливания при сварке важно повысить температуру до 1100º и резко охлаждать после нагрева.
Выбор электродов
Выбор электродов в немалой степени влияет на качество соединения. Стержни имеют сердечник, плавящийся при сваривании, и внешнее покрытие. Между частями должен образоваться шов. Неплавящиеся делают из металла или искусственного угля. В качестве расходника нужна присадочная проволока и прутки (ХВС, ХС12). В качестве материала изготовления понадобится:- сталь с низким содержанием углерода для соединения углеродистых и низколегированных сплавов;
- нержавеющая сталь с высокой проводимостью тепла;
- медь для получения неплохих швов.
- для углеродистых и низколегированных марок больше подходят варианты Э-38, Э-46 и Э-46А;
- при соединении прочных конструкций предпочтительней задействовать типы Э-50 или Э-50А, поскольку вырастают требования по пластичности;
- для легированных сталей, работающих при понижении температуры, потребуется электрод Э-42, или Э-42А;
- для жаростойких и высокопрочных сталей подбирают модели Э-55, Э-60.
С учетом технологий
Разнообразие стальных сплавов привело к разработке множества технологий, используемых при соединении отдельных деталей. Нужно обязательно учитывать присущие физические свойства металла и знать точный объем входящих химических компонентов.При разработке формулы расчетов в первую очередь рассматривают объем углерода, способный подсказать оптимальный способ соединения металла. Не менее важно оценить содержание добавок, необходимых для легирования и улучшения качеств.
Технологический процесс может заметно отличаться. Цель операций заключена в получении шва, отвечающего стандартам. При плавлении возникает угроза образования видимых или мало заметных трещин. Некоторые марки стали в местах прогрева становятся более хрупкими и хуже выдерживают механическое воздействие.
Каждый метод содержит массу ценных рекомендаций. Предварительное изучение поможет избежать типичных ошибок. Опыт сварщика имеет значение, квалифицированный мастер обретает полезные навыки во время работы с разными видами металла. Сварка стали стала особенно востребованной и не обойтись без знакомства с деталями, содержащимися в описании технологий.