Как правило стали с низким содержание углерода обладают хорошей свариваемостью, с высоким содержанием углерода ограниченной или плохой.
Стали, относящиеся к 1 группе могут быть сварены без подогрева и без обязательной последующей термообработки, она применяется только в том случае, если необходимо снять внутренние напряжения металла после сварки.
К хорошо свариваемым относят стали Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, сталь 08, 10, 15, 20, стали 15Г, 15Х, 20Г, 20Х, 20ХГСА, 12ХН2, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10 и многие другие малоуглеродистые марки сталей.
Стали, которые относят ко 2 группе при сварке в нормальных условиях не склонны к образованию трещин на швах, а также стали которые нуждаются в предварительном подогреве и последующей термообработке для достижения удовлетворительных свойств сварного шва.
К сталям второй группы относят Ст4пс, Ст5Сп, сталь 30, 35,30Л, 35Л, 12Х2Н4А, 20ХН3А.
Стали 3 группы склонны к образованию трещин на швах. Для предотвращения образования трещин стали 3 группы нагревают, а после сварки термообрабатывают.
К группе с ограниченной свариваемостью относят стали 40, 45, 50 Ст6пс, 17Х18Н9, 12Х18Н9, 20Х2Н4А 30ХМ, 30ХГС, 33ХС.
Стали 4 группы свариваются трудно, на швах часто образуются трещины, их необходимо подогревать перед сваркой так в ее процессе. После сварки также требуется термообработка.
Рассмотрим свариваемость самых распространенных марок стали.
Свариваемость стали 09г2с и Ст3
Стали Ст3 ГОСТ 380-94 и 09г2с ГОСТ 19281-89 относятся к группе 1, для их сварки не требуется нагрева. Сварной шов при соблюдении технологии не склонен к образованию трещин.
Свариваемость Сталей 10 и 20
Сталь 10 и сталь 20 ГОСТ 1050-88 относят к группе свариваемости 1. Детали, изготовленный из указанных марок стали хорошо свариваются без дополнительного подогрева.
Выделяют довольно большое количество параметров, которые определяют основные свойства металла. Среди них выделяют показатель свариваемости. На сегодняшний день сварка стали проводится крайне часто. Подобный способ соединения металлов и других материалов характеризуется высокой эффективностью, так сварной шов может выдерживать большую нагрузку. При плохом показателе провести подобную работу сложно, в некоторых случаях даже невозможно. Все металлы разделяются на несколько групп, о чем далее поговорим подробнее.
Основные критерии, устанавливающие свариваемость
Оценивая свариваемость сталей, всегда уделяют внимание химическому составу металла. Некоторые химические элементы могут повысить этот показатель или снизить его. Углерод считается самым важным элементов, который определяет прочность и пластичность, степень закаливаемости и плавкость. Проведенные исследования указывают на то, что при концентрации этого элемента до 0,25% степень обрабатываемости не снижается. Увеличение количества углерода в составе приводит к образованию закалочных структур и появлению трещин.
К другим особенностям, которые касаются рассматриваемого вопроса, можно отнести нижеприведенные моменты:
В зависимости от особенностей структуры и химического состава материала все сплавы делятся на несколько групп. Только при учете подобной классификации можно выбрать наиболее подходящий сплав.
Классификация сталей по свариваемости
Хорошей обрабатываемостью обладают сплавы, в которых при нагреве не образуются трещины. По данной характеристике выделяют четыре основных группы:
Классификация сталей по свариваемости
Каждая группа характеризуется своими определенными особенностями, которые нужно учитывать. Сталь 20 относится к первой группе, в то время как распространенная сталь 45 обладает низкой податливостью к сварке.
Группы свариваемости
Все группы свариваемости сталей характеризуются своими определенными особенностями. Среди них можно отметить следующие моменты:
Каждый сплав и металл относится к определенной группе. Кроме этого, степень свариваемости меняется после улучшения материала, к примеру, путем азотирования или закалки.
Как влияют на свариваемость легирующие примеси
Как ранее было отмечено, включение в состав большого количества легирующих элементов приводит к изменению основных характеристик. При этом отметим следующие моменты:
Именно поэтому при выборе легированного сплава уделяется внимание не только типу легирующих элементов, но и их концентрации. Принятые стандарты ГОСТ определяют то, что при маркировке могут указывать основные химические вещества и их количество в составе.
Влияние содержания углерода на свариваемость стали
Во многом именно углерод определяет основные эксплуатационные характеристики сплава. Слишком высокая концентрация подобного химического вещества приводит к повышению твердости и прочности, но также и хрупкости. Кроме этого, в несколько раз снижается степень свариваемости. К другим особенностям отнесем следующие моменты:
Стоит учитывать, что проводимая химикотермическая процедура может привести к снижению податливости к рассматриваемому способу соединения. Именно поэтому улучшение сплава проводится после создания конструкции путем обработки шва.
Свариваемость низкоуглеродистых сталей
Низкоуглеродистые сплавы хорошо подаются свариванию. При этом можно отметить следующие моменты:
Как правило, подобные металлы не нужно перед обработкой подвергать подогреву, а после проведения процедура закалка или отпуск выполняется только для при необходимости.
Свариваемость закаленной стали
Распространенной термической обработкой можно назвать закалку. Она предусматривает воздействие высокой температуры, которая может изменить структуру материала. После охлаждения происходит перестроение структуры, за счет чего происходит упрочнение структуры и повышение твердости поверхностного слоя. К другим особенностям отнесем следующие моменты:
Закаленная сталь сложна в обработке. Кроме этого, если ранее не проводился отпуск в структуре может быть переизбыток напряжения, что и приводит к появлению трещин.
Повторная обработка швов может не привести к повышению их прочности.
В заключение отметим, что хорошей податливость сварке обладают металлы из различных групп. Примером можно назвать некоторые нержавейки, которые даже после воздействия тепла обладают коррозионной устойчивостью. Именно поэтому для сварочных работ рекомендуется выбирать материал, который характеризуется хорошей обрабатываемостью.
В данной таблице свариваемости металла (сталей и сплавов) приведены наиболее распространенные стали и их заменители, а так же некоторые технологические особенности и рекомендуемыеспособы сварки.
Ограниченно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка.
Основными характеристиками свариваемости сталей является их склонность к образованию трещин и механические свойства сварного шва.
К группе 2 относят преимущественно стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещины не образуются, а также стали, которые для предотвращения трещин нуждаются в предварительном нагреве, стали, которые необходимо подвергать предварительной и последующей термообработке. Удовлетворительной свариваемостью обладают стали Ст5пс. Ст5сп по ГОСТ 380-94. стали 30; 35 по ГОСТ 1050-2013; стали З0Л; 35Л по ГОСТ 977-88; стали 20ХНЗА; 12Х2Н4А по ГОСТ 4543-71.
К группе 3 относят стали, склонные к образованию трещин в обычных условиях сварки. Их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Большинство сталей этой группы термически обрабатывают и после сварки. Ограниченной свариваемостью обладают стали Ст6пс. Ст6сп по ГОСТ 380-94; стали 40; 45; 50 по ГОСТ 1050-2013; стали 30ХМ; 30ХГС; ЗЗХС; 20Х2Н4А по ГОСТ 4543-71; стали 17Х18Н9; 12Х18Н9 по ГОСТ 5632-72.
К группе 4 относят стали, наиболее трудно сваривающиеся и склонные к образованию трещин. Сваривают обязательно с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Плохой свариваемостью обладают стали 40Г; 45Г; 50Г; 50Х по ГОСТ 4543-71. сталь 55Л по ГОСТ 977-88; стали У7; У8; У8А; У8Г; У9; У10; У11; У12 по ГОСТ 1435-90; стали 65; 75; 85; 60Г; 65Г; 70Г; 50ХГ; 50ХГА; 55С2; 55С2А; 60С2; 60С2А по ГОСТ 14959-79; стали Х12; XI2M; 7X3; 8X3. ХВГ; ХВ4; 5ХГМ; 6ХВГ по ГОСТ 5950-73.
При определении критериев свариваемости металлов и их сплавов ориентируются на следующие их свойства:
Большое влияние на качество сталей оказывает так называемая их раскисляемость, которая характеризуется содержанием марганца, кремния и некоторых других элементов и равномерностью их распределения. По этому параметру различают три вида стал ей: кипящая – «кп», полуспокойная – «пс» и спокойная – «сп».
Кипящая сталь отличается большой неравномерностью распределения вредных примесей (особенно серы и фосфора) по толщине проката и получается при неполном раскислении металла марганцем. Характерной особенностью этого вида сталей является склонность к старению и образование кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне, что приводит к переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.
Спокойная сталь получается при равномерном распределении примесей, поэтому она менее склонна к старению и меньше реагирует на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь занимает промежуточное значение между кипящей и спокойной.
Все эти свойства учитывают при выборе технологических приемов сварки, способов формирования сварочного шва, параметров теплового воздействия и т.д. В качестве примера приведем свариваемость сталей, как наиболее распространенных конструктивных материалов.
Для сварных конструкций лучше всего использовать низкоуглеродистые и низколегированные стали, обладающие высокой степенью свариваемости. Наибольшее влияние на качество сварного соединения оказывает углерод. Увеличение содержания углерода и ряда других легирующих элементов снижает свариваемость сталей, ухудшая качество шва. Сварные соединения высокоуглеродистых и высоколегированных сталей отличаются повышенным содержанием трещин и выполняются по специальной технологии.
Классификация сталей по свариваемости
Марка стали
Углеродистая
Конструкционная легированная
Примечание: Стали, относящиеся к хорошим, имеют содержание углерода менее 0,25%. Они хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.
Стали, относящиеся к удовлетворительным, имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильно подобранных режимах сварки дают качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.
Ограниченно свариваемые стали имеют содержание углерода от 0,36 до 0,45% и склонны к образованию трещин. Сварка требует обязательного подогрева. Плохо свариваемые стали содержат углерод в количестве более 0,45%. При их сварке требуются специальные технологические процессы.
Легирование стали одним или несколькими легирующими элементами придает ей определенные физико-механические свойства. Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости и первостепенная роль в этом принадлежит углероду.
Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами плавления. Получение же при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно у термоупрочненных сталей, вызывает определенные трудности. В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих швов эти зоны становятся участками деформационного старения. Это в конечном итоге приводит к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к появлению холодных трещин. В среднелегированных сталях увеличивается склонность к закалке, в связи с чем такие стали имеют высокую чувствительность к термическому циклу сварки. Их околошовная зона оказывается резко закаленной, а следовательно, и непластичной при всех режимах сварки, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва. Поэтому с целью снижения скорости охлаждения околошовной зоны при сварке этих сталей необходим предварительный подогрев свариваемого изделия.
При сварке высоколегированных хромистых 08X13, 08Х17Т и некоторых других сталей существуют отличительные особенности:
Сварку таких сталей необходимо выполнять с минимальным тепловложением, так как с увеличением погонной энергии возрастает склонность зон сварного соединения к росту зерен, появлению микротрещин и падению пластичности. При этом снижается сопро-тивляемость сварного соединения локальным повреждениям и межкристаллической коррозии. В процессе сварки возникает опасность коробления и появляется повышенный уровень остаточных напряжений. После сварки в ряде случаев требуется термообработка.
Окисляемость металла под термическим действием сварочной дуги определяется его химической активностью. От этого напрямую зависит степень защиты сварочного шва, применяемого при сварке. Чем выше химическая активность металла, тем качественнее должна быть защита. Наибольшей химической активностью отличаются титан, ниобий, цирконий, вольфрам, молибден, тантал и некоторые другие. Поэтому при сварке этих металлов недостаточно применение флюсов и защитных покрытий, так как в защите нуждаются не только сварочный шов, но и прилегающая к нему область. Самой эффективной защитой в данном случае служит сварка в вакууме или в среде инертного газа высокой чистоты.
Основные критерии, устанавливающие свариваемость
Главным показателем свариваемости является углеродный эквивалент, который обозначается, как Сэкв. Данный условный коэффициент учитывает уровень воздействия на свойства сварного шва карбона, легирующих компонентов.
Факторы, влияющие на свариваемость сталей:
Основным параметром для информации является химический состав материала.
Свариваемость различных марок стали
Рассмотрим свариваемость самых распространенных марок стали.
Свариваемость стали 09г2с и Ст3
Стали Ст3 ГОСТ 380-94 и 09г2с ГОСТ 19281-89 относятся к группе 1, для их сварки не требуется нагрева. Сварной шов при соблюдении технологии не склонен к образованию трещин.
Свариваемость Сталей 10 и 20
Сталь 10 и сталь 20 ГОСТ 1050-88 относят к группе свариваемости 1. Детали, изготовленный из указанных марок стали хорошо свариваются без дополнительного подогрева.
Свариваемость Стали 45
Углеродистая сталь 45 ГОСТ 1050-88 относится к группе свариваемости 3. Для сварки эту сталь необходимо подогревать, а после сварки — подвергнуть термообработке.
Сталь – основной конструкционный материал, который представляет собой сплав железа с углеродом и разными примесями. Все элементы, которые входят в состав стальных изделий, оказывают влияние на ее характеристики (в частности, на свариваемость сталей).
Главным показателем свариваемости является углеродный эквивалент, который обозначается, как Сэкв. Данный условный коэффициент учитывает уровень воздействия на свойства сварного шва карбона, легирующих компонентов.
Факторы, влияющие на свариваемость сталей:
Основным параметром для информации является химический состав материала.
Группы свариваемости
Учитывая все, выше перечисленные критерии, свариваемость можно подразделить на группы с различными свойствами.
Классификация металлов по свариваемости:
Группы свариваемости предоставляют возможность понимать технологическую специфику сваривания железоуглеродистых сплавов конкретных марок.
Зависимо от категории, технологических параметров, свойства сварных соединений могут корректироваться последовательными температурными воздействиями. Термообработка может осуществляться несколькими способами: отпуск, закаливание, нормализация, отжиг. Наиболее востребованы закалка, отпуск. Подобные процедуры повышают твердость, соответственно прочность сварного соединения, предотвращают формирование трещин на материале, снимают напряжение. Показатель отпуска будет зависеть от желаемых характеристик материала.
Как влияют на свариваемость легирующие примеси?
Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали
Свариваемость стали считается сравнительным показателем, зависящим от химического состава, физических характеристик, микроструктуры материала. При этом способность создавать высококачественные сварные соединения может корректироваться благодаря продуманному технологическому подходу, выполнения требований, предъявляемых к сварке, наличия современного спецоборудования.
Где применяют низколегированные стали
Применение низколегированных сталей зависит во многом от их состава.
Первыми рассмотрим магистральные газовые, нефтяные системы. Для их обустройства применяем электросварной прямошовный метод. Сырье для изготовления изделий – смеси с невысоким содержанием хрома, алюминия – предельно до 0.3 и 0.05% соответственно.
Стали 13Х используются для инструмента и спецоборудования. Прокаливание сплава не очень хорошее, термообработку больше 250 градусов не применяют.
Чтобы производить качественную арматуру для применения в строительной отрасли, применяют сплавы классов С, ГС, ХГАЮ, пр. Они подойдут для армирования ЖБ конструкций с разными несущими параметрами. Для создания надежных сварных соединений оптимально применять типы АФД, АФЮ, ГС, Сложные здания делают с применением сплавов вроде 12ХГН2МФБАЮ. Последний тип стали обязательно сначала закаливают, потом делают низкий отпуск.
В машиностроении
Отдельный вопрос – выбор сталей для эксплуатации в постоянно неблагоприятных условиях, то есть при осадках, низких температурах воздуха. Стойко такие воздействия выдерживают марки, произведенные согласно ГОСТ 19282. Такие стали не боятся коррозии, разрушений, не подвержены другим негативным изменениям.
Понятие свариваемости сталей, группы и классификации
При изготовлении самолетов, кораблей (космических, морских, речных), автомобилей, строительстве сооружений разного назначения, производстве продукции машиностроительной, пищевой, энергетической и других отраслей промышленности, в ЖКХ используют металлические конструкции, которые свариваются разными способами. Они изготавливаются из углеродистых и легированных марок сталей, чугуна, меди, титана, алюминиевых сплавов и т. д. Каждый раз способ сварки металла конкретной марки и технология проведения выбираются в индивидуальном порядке. В первую очередь смотрят на химический состав, который производитель металлопроката и сортамента обязательно указывает в сопроводительной документации к каждой партии товара. Это позволило отнести любую из почти 700 марок сталей к той или иной группе по свариваемости.
Определение свариваемости и ее категории
Свариваемость сталей – способность получать при выбранном оборудовании и технологии проведения процесса качественное соединение частей изделия, соответствующее требованиям эксплуатации конечного продукта. Проще говоря, место соединения должно максимально приближаться к прочностным характеристикам свариваемой марки стали. Различают два вида свариваемости: физическую и технологическую. В первом случае получают соединение с химической связью, что характерно для чистых металлов и технических сплавов. Технологический вид свариваемости заключается в характеристике места соединения стальных заготовок после выполнения сварочного процесса. Шов и околошовная зона должны соответствовать свойствам, которые предъявляются к изделию, и быть надежными в течение всего срока эксплуатации.
На свариваемость оказывают влияние такие факторы:
Совокупность факторов позволила марки сталей по свариваемости разделить на 4 группы: хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо подлежащие сварочному процессу. Влияние оказывает и квалификация сварщика. Если человек – дилетант, то качество соединения будет очень низким.
Вид качественно выполненного сварного шва при соединении труб из высоколегированной стали:
Характеристики групп некоторых марок сталей и нюансы проведения сварки указаны в таблице:
Группа по свариваемости
Содержание углерода в %,
Содержание легирующих элементов в %
ГОСТ
Марка стали
Особенности проведения сварочного процесса
I (хорошо)
не более 0,2
не более 2,5
380-94
Ст1 ÷ Ст4 (сп, кп, пс)
Выполняется по технологии, не требующей дополнительных мероприятий на соответствующих толщине металла режимах
803-81
10ЮА, 18 ЮА
977-88
15Л, 20Л, 25Л, 08ГДНФЛ, 2ДН2ФЛ, 13ХДНФТЛ
1050-88
08 ÷ 25 (пс, кп)
4041-71
25пс, 08Ю
4543-71
15Г ÷ 25Г, 10Г2, 16Х, 20Х, 12ХН, 15 ХА, 15 ХФ
II (удовлетвори- тельно)
0,2 ÷ 0,35
2,5 ÷ 10
380-94
Ст5 (пс, сп)
При сваривании необходимо: – готовить кромки; – придерживаться режима сварки; – применять соответствующие флюсы и присадочные материалы. В некоторых случаях осуществлять подогрев до температуры 100 ÷ 200 0С с последующей термообработкой
Качество обеспечивается предварительным нагревом заготовок до температуры не выше 250 0С и проведением термической обработки после соединения по режиму, соответствующему марке стали
Сварку выполняют с термообработкой до начала осуществления сварочного процесса, подогревом в процессе соединения и термообработкой после окончания сварки
1055-88
50, 55
1435-77
У7 ÷ У13А
4543-71
50Г, 45Г2, 50Г2, 45Х, 40ХС, 50ХГ, 50ХГА, 50ХН, 55С2, 55С2А, 30ХГСН2А и др.
5950-2000
9Х, 9X1
10702-78
38ХГНМ
Таблица свариваемости позволяет, если известна марка металла, сразу отнести его к конкретной группе и исходя из этого грамотно подобрать режим и способ осуществления соединения. Низкоуглеродистые и низколегированные стали свариваются любыми видами сварки без каких-либо ограничений, остальные марки требуют дополнительных мероприятий, которые позволят выполнить соединение соответствующего качества.
Факторы, оказывающие влияние на процесс сварки
Факторы, которые оказывают влияние на получение качественного соединения: химический состав и содержание вредных компонентов в воздухе.
Содержание углерода в марке стали – это очень важный фактор. Без проблем соединяются металлы с содержанием элемента не выше 0,2%, при более высоком показателе качество ухудшается. В околошовной зоне возникают трещины как горячие, так и холодные.
Содержание серы в количествах, превышающих 0,045%, ведет к такому явлению, как красноломкость, т. е. возникновение горячих трещин.
Вредной примесью является и фосфор. Если его количество превышает 0,4%, то не избежать такого дефекта, как хладноломкость, т. е. охрупчивание структуры.
Содержание марганца в стали в количествах более 1,8% затрудняет сварку. Место соединения становится хрупким, и в нем возникают трещины из-за закалочных процессов.
Хром в повышенных количествах ухудшает коррозионную стойкость шовного соединения, особенно у сталей, которые не содержат никеля. Количество хрома ограничивается верхним пределом – 0,3%.
Стали с количеством кремния до 0,8% свариваются хорошо, при превышении этой величины текучесть увеличивается и свариваемость ухудшается.
Сталь, особенно при сварке ответственных конструкций, необходимо защищать от вредных компонентов, находящихся в воздухе: кислорода и водорода. Они приводят к возникновению трещин и пор в сварном шве. Защитит место соединения от окисления при соединении слой флюса или защитный газ.
Режим и способ ведения также оказывают влияние на свариваемость металлов. Особенно когда марка стали неизвестна. В этом случае ее определяют экспериментально. Для этого сначала сваривают образцы из тех заготовок, из которых будет в дальнейшем изготавливаться конструкция или изделие, и отрабатывают режим проведения сварочного процесса.
Просим поделиться опытом тех, кто соединял высоколегированные и высокоуглеродистые стали, стали с высокой технологической пластичностью, а также алюминиевые сплавы и получал качественное соединение. Заранее благодарны за предоставление ценной информации, которая многим пригодится.
Технология сварки различных типов низколегированной стали
В составе разных типов низколегированной стали (чаще всего они же являются низкоуглеродистыми) присутствует небольшой процент легирующих компонентов (в основном, в пределах 2-3 %). В составе этих металлов есть железо, небольшой процент углерода и различные примеси.
Низколегированная сталь, устойчивая к высокотемпературному воздействию (до +200 °С), используется для производства хирургических, ювелирных, гравировальных инструментов, бритв и лезвий. Добавление небольшого количества хрома в состав позволяет получить металл, отличающийся высокой прочностью и долговечностью.
Низколегированная сталь входит в класс черных металлов, используется для производства габаритных сварных металлических конструкций. Хотя содержание легирующих компонентов в ее составе невелико, материал обладает высокой прочностью. Такие характеристики достигаются за счет присутствия в составе хрома, никеля и молибдена, улучшающих свойства низколегированной стали. Благодаря хрому и никелю повышается устойчивость металла к коррозионному воздействию.
Соблюдение технологии сварки стали этого типа позволяет достичь хороших результатов. Однако при работе с низколегированными металлами необходимо учитывать многочисленные особенности материала. Большую роль играет опыт сварщика.
Чаще всего мастера сталкиваются с перегревом сварной области. Такая проблема возникает при работе с различными марками низколегированных сталей. Из-за быстрого охлаждения сварного шва и заготовки в целом на месте соединения образуется мертенсит. Так называют твердую углеродистую структуру, возникающую на сварном шве из-за резкого охлаждения.
Технология сварки стали с низким содержанием углерода предполагает использование электродов с кальцием и фтором. Наиболее подходящими являются стержни, имеющие основное покрытие, такие как Э42А или Э50А. Лучшими считаются электроды марок УОНИ 13/45, МР-3, АНО-8, СМ-11. Впрочем, подойдут и другие, обладающие похожими характеристиками.
Технология сварки стали с низким содержанием углерода позволяет пользоваться полуавтоматической или автоматической сваркой под флюсом с полуавтоматом и присадочной проволокой. Флюс может быть заменен углекислым газом или смесью углекислого газа и аргона. Это позволяет повысить качество шва по сравнению с работой с электродами.
