Газовая сварка сталей Газовая сварка низкоуглеродистых сталей

Главная » Статьи » Профессионально о сварке » Металлы и сплавы

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!

Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!

Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!

Легированными

называют такие стали, в состав которых входят легирующие элементы, отсутствующие в углеродистой стали, или те же кремний и марганец, но в повышенном по сравнению с углеродистой сталью количестве.

Легирующие элементы в такой стали взаимодействуют с железом и углеродом и тем самым изменяют механические и физико-химические свойства металла. Как правило, легированные стали характеризуются высокими механическими свойствами, рядом специальных свойств (жаростойкость, коррозионная стойкость и др.) и повышенной стойкостью против хрупкого разрушения. Отмеченные особенности этих сталей широко используют при изготовлении из них соответствующих конструкций.

Легированные стали часто разделяют на три группы низко-, средне- и высоколегированные. В зависимости же от микроструктуры, получаемой при охлаждении на спокойном воздухе стандартных образцов, нагретых выше А3, эти стали разбивают на четыре структурных класса: 1) перлитный; 2) мартенситный; 3) ферритный; 4) аустенитный. Низколегированные стали относятся к перлитному классу, среднелегированные — к перлитному или мартенситному, высоколегированные стали — к мартенситному и последующим двум классам. Для свариваемости каждой из названных групп сталей характерны свои особенности.

Особенности маркировки

Стандарты изготовления и марки низколегированных сталей определяет ГОСТ 19282-73. Его применяют для работы с рулонными, широкополосными, толстолистовыми материалами, способ обработки не важен (это может быть фасон, поковка, штамповка, пр.). Стальные сплавы используют при строительстве зданий, сварке, сборке разных конструкций, в машиностроении.

По ГОСТ в маркировке должны указываться такие данные:

• группа цифр в самом начале – указывает процентное содержание углеродов в стали;
• буква для легирующего элемента, цифры, указывающие на его процентное содержание (когда менее 1%, цифра не указывается вообще).

Пример маркировки на сплаве 18ХГТ:

• углеродистые части – 0.18%;
• марганец;
• хром;
• титан.

Поскольку цифры не указаны, остальных элементов в сплаве не более 1%.

Термическая обработка и правка изделий после сварки

Термическую обработку применяют для устранения напряжений, остающихся в изделии после сварки, а также для улучшения структуры металла сварного шва. После сварки или в процессе сварки применяют такие виды термической обработки, как отжиг, нормализация, отпуск.

Нагрев при отжиге изделия в печи ведут постепенно. Для низкоуглеродистой и среднеуглеродистой сталей температура достигает 600 … 680 °С. При этой температуре сталь становится пластичной и напряжения снижаются. После нагрева следует выдержка при достигнутой температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм толщины свариваемой детали, но не менее 30 мин. Затем изделие охлаждают вместе с печью. Существуют и другие виды отжига — местный и полный. Режимы отжига выбирают по справочной литературе в зависимости от марки стали.

Рис. 1. Схема правки детали местным нагревом: 1, 2 — деталь до и после правки соответственно; 3 — зона нагрева

Нормализация отличается от отжига тем, что после отжига сварную конструкцию охлаждают на спокойном воздухе. После нормализации сохраняется мелкозернистая структура металла, что позволяет обеспечить его относительно высокие прочность и твердость, но без напряженного состояния.

При газовой сварке сталей термическая обработка служит для повышения пластичности металла шва. В некоторых случаях участки шва нагревают до светло-красного цвета каления и в этом состоянии проковывают. Зерна металла измельчаются, пластичность и вязкость повышаются. Во избежание появления наклепа (новое напряженное состояние) проковку следует прекратить при остывании металла до темно-красного цвета. После проковки необходимо провести повторную нормализацию.

Таблица 5. Режимы правки листов углеродистой стали ацетиленокислородным пламенем
Толщина листа, мм	Номер наконечника горелки по ГОСТ 1077 — 79Е	Скорость нагрева, °С/мин	Ширина зоны нагрева, мм
			видимая*	фактическая
2	3	420	15	20
3	4	380	15	20
4	5	270	20	35
5	6	240	20	35
6	6	180	30	55

*При температуре выше 600 °С.

Рис. 2. Схема правки стального листа толщиной 15 мм: I — IV — полосы нагрева; — — — — состояние листа до правки

Для правки изделий часто используют местный нагрев пламенем горелки. Нагревают выпуклую часть изделия, которое нужно выправить (рис. 1). При нагреве металл стремится расшириться, но, так как этому препятствуют холодные участки, возникают напряжения сжатия, вызывающие пластическую деформацию сжатия. При охлаждении в этом участке возникают напряжения растяжения, в результате чего изделие выправляется.

При необходимости повторной правки нагревают следующий участок, не затрагивая соседнего, который уже подвергался нагреву. В табл. 5 приведены ориентировочные режимы правки листов углеродистой стали ацетиленокислородным пламенем.

Толстолистовой металл после резки на заготовительных ножницах имеет ярко выраженную выпуклость. Правку осуществляют нагревом по схеме, показанной на рис. 2.

Свойства сплавов

Характеристики основных легирующих элементов:

1. Кремний – нужен для легирования, недорого стоит, зависимость твердости готового сплава от объемного включения кремния в состав прямая. Элемент незаменим при выплавке строительных сталей, может применяться с марганцем, другими компонентами.

1. Вольфрам с молибденом нужны для увеличения тепловой стойкости, их используют, если готовые конструкции, изделия будет постоянно эксплуатировать при повышенных температурных воздействиях.
2. Ванадий – важный элемент процесса комплексного легировании, позволяет получать сплавы с равномерной структурой.
3. Хром – отвечает за стойкость стали к коррозии, степень ее твердости. Устойчивость повышают титан, никель, молибден – можно заменять хром этими компонентами.
4. Медь – элемент, который отвечает за степень пластичности готовых материалов. Ее не должно быть слишком много, иначе легированный стальной сплав начнет налипать на прочие рабочие поверхности. Для конструкционных сталей, используемых в зонах повышенного трения, это большой минус.

Также стали низколегированного типа различаются по типам обработки. Термовоздействия – отпуск, закалка, отпуск, нормализация, они могут применяться в разных сочетаниях. Различаются также параметры отжига, свойства свариваемости.

Для распознавания маркировки нужно учитывать первые буквы, используемые для обозначения сортамента. Ж, Х, Е – это магнитная, хромистая либо нержавеющая группа. С – хромоникелевая, с выраженными нержавеющими свойствами. Те сплавы, которые относят к быстрорежущим, шарикоподшипниковым обозначают как Р или Ш.

А и Ш – легированные сплавы высокого качества. Для обычного качества такие буквы не используют. Специальное обозначение имеют полученные прокатным методом материалы – это ТО или Н, то есть термообработка или нагартовка соответственно. Точный химсостав разных марок описан в ГОСТах и специализированной литературе. Понимание основных принципов маркировки сплавов позволит вам разбираться в составе материалов на так называемом бытовом уровне.

Среднелегированные стали

Среднелегированные стали содержат углерод в количестве от 0,4% и более. Они легированы в основном Ni, Mo, Cr, V, W. Оптимальное сочетание прочности, вязкости и пластичности достигается после закалки и низкого отпуска. Такие среднелегированные стали, как ХВГ, ХВСГ, 9ХС, пользуются большим спросом за счет своих легирующих добавок при изготовлении сверл, разверток и протяжек.

Эти стали выплавляют из чистых шихтовых материалов для повышения пластичности и вязкости. Также их тщательным образом очищают от фосфора, серы, газов и различных неметаллических включений. В этом случае стали могут подвергаться электрошлаковому или вакуумно-дуговому переплаву, рафинированию в ковше жидкими синтетическими шлаками. Хорошее сочетание прочности, вязкости и пластичности среднелегированных сталей достигается термомеханической обработкой.

Технология сварки среднелегированных металлов

Чтобы обеспечить эксплуатационную надежность сварных соединений, нужно при выборе сварочных материалов стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы требуемые значения. Степень изменения этих свойств зависит от доли участия основного металла в формировании шва. Поэтому следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержат легирующих элементов меньше, чем основной металл. Легирование металла шва за счет основного металла позволяет повысить свойства шва до необходимого уровня.

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно выбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов, обладающих высокой деформационной способностью при минимально возможном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, не содержащих в покрытии органических веществ и подвергнутых высокотемпературной прокалке. Одновременно при выполнении сварочных работ следует исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом (влага, ржавчина и другие).

Для сварки среднелегированных сталей широко применяются аустенитные сварочные материалы. Для механизированной сварки и изготовления стержней электродов в ГОСТ 2246-70 предусмотрены проволоки марок Св-08Х20Н9Г7Т и Св-08Х21Н10Г6, а в ГОСТ 10052-75 — электроды типа ЭА-1Г6 и др. Электродные покрытия применяются вида Ф, а для механизированной сварки — основные флюсы. Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и другие по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75.

Высокое качество сварных соединений толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. При этом для увеличения проплавляющей способности дуги применяют активирующие флюсы (АФ). Сварка с АФ эффективна при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при сварке с АФ выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок активированного вольфрама.

Газовая сварка легированных сталей осуществляется ацетиленокислородом, который обеспечивает качественный сварной шов. Газы-заменители в данном случае применять не рекомендуется. Но даже ацетиленокислород не может стопроцентно гарантировать получение качественного шва. Этого можно достичь только путем применения дуговой сварки.

Двери из металла своими руками — идеальное решение, если вы хотите сэкономить. Закалка стали — обязательный этап в машиностроении, так как от правильности его выполнения зависит качество продукции. Подробнее читайте в этой статье.

Из металла можно делать очень красивые изделия. Интересные идеи вы найдете по https://elsvarkin.ru/prakticheskoe-primenenie/suveniry-i-ukrasheniya-iz-metalla-svoimi-rukami/ ссылке.

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

1. Марганцевый сплав 09Г2 для создания обвязки, двутавров, балок хребтового типа. Температурные режимы эксплуатации – +450°.
2. Марганцевые стали 10Г2С1 для сосудов, котлов, которые работают под давлением.
3. Сплавы с медью 10ХНДП незаменимы в создании сложных машиностроительных конструкций.
4. Марганцево-медные стальные низколегированные сплавы типы 12Г2СМФ выдерживают любые нагрузки, незаменимы при сооружении пролетных облегченных конструкций.

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.

Сварка низколегированных сталей

Для сварки низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, как правило, используют электроды с основным покрытием. Шлаки электродов с подобным покрытием обеспечивают не только хорошую металлургическую обработку, но и возможность эффективного легирования металла шва через покрытие путем введения металлических порошков. В зависимости от свойств свариваемой стали используют стандартные электроды (ГОСТ 9467—75):

• типа Э42А (вид покрытия «Б», марок УОН№ 13/45, СМ-11 и др.);
• типа Э46А (вид покрытия «Б», марки Э-138/45Н для сталей 09Г2, 10ХСНД, 15ХСНД и др.);
• типа Э50А (вид покрытия «Б», марок УОНИ-13/55, ДСК-50, АН-Х7 и др. для сталей 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД и др.);
• типа Э55 (вид покрытия «Б», марки УОНИ-13/55У для сталей 18Г2С, 25ГС, 15ГС и др.).

Для некоторых сталей типа 09Г2 используют также электроды с покрытием рутилового типа Э42 (например, электроды марки АНО-1, вид покрытия «Р»).

Для низколегированных сталей в основном применяют защитно-легирующие флюсы в сочетании с низколегированной проволокой. При этом используют флюсы, разработанные для сварки низкоуглеродистых сталей, например, высокомарганцовистый флюс-силикат АН-348-А и флюсы с пониженным содержанием МпО и SiOa АН-15, АН-22, АН-42 (табл. 7.1). Электродную проволоку выбирают в зависимости от состава свариваемой стали (Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ХМ, Св-08ХМФА, Св-10НМА и др.).

Таблица 7.1. Химический состав флюсов для сварки легированных сталей, %

Марка флюса	SiO2	MnO	CaO	MgO	Al2O3	CaF2	NaF	ΣFeO
АН-15 АН-15М АН-17 АН-17М АН-26 АН-42 АН-292 АНФ-5 АНФ-14 АНФ-17 АНФ-22	24-29 6-10 17-21 18-22 29-33 31-34 ≤1,5 ≤2 14-16 — —	1,5-2,5 ≤1 4-6 ≤3 2,5-4 15-16 — — — 9-13 —	14-18 29-33 14,5-18,5 14-18 4-8 12-14 33-37 — ≤0,8 3-5 2-3	8-11 ≤2 9-12 9-12 15-18 ≤1 4-7 — 4-8 — —	22-25 36-40 21-25 21-25 19-23 14-18 58-61 — 10-12 22-26 —	20-23 16,6-20 19-23 21-25 20-24 16-18 — 75-80 60-65 40-55 86-92	2-6 — — — — — — 17-25 — 4-8 К2О 8-12 В2О3	≤0,8 ≤0,8 7,5-9,5 3-5 ≤1,5 ≤2 — — — — —

Наиболее рационально для сварки низколегированных сталей использовать флюсы с пониженным содержанием МпО и SiО2, так как уменьшается загрязненность металла шва шлаковыми включениями. Например, при сварке электродной проволокой Св-08ХМФА под флюсом АН-348-А общее содержание оксидных включений в металле шва составляет 0,092 %, а при сварке под флюсом АН-22 — 0,032 %.

Защитно-легирующие флюсы в сочетании с низкоуглеродистой проволокой (например, флюс АН-348-А в сочетании с электродной проволокой Св-08А) при сварке низколегированных сталей используют редко из-за повышенной загрязненности металла шва шлаковыми включениями.

Хорошие результаты получены при сварке высокопрочных низколегированных сталей с использованием флюсов АН-17 и АН-17М в сочетании с кремнемарганцовистыми и другими легированными, проволоками (например, Св-08ХН2М,Св-08ХМФА). Указанные флюсы характеризуются пониженным содержанием МnО и SiO2 и наличием небольших количеств оксидов железа. При этом флюсы содержат достаточное количество фтористого кальция и оксида кальция. Подобный состав флюса и соответственно шлаков обеспечивает хорошие металлургические условия формирования сварочной ванны, приводит к снижению исходной концентрации серы и фосфора, а также водорода в металле шва.

Технология сварки низколегированных сталей в атмосфере защитных газов мало отличается от технологии сварки углеродистых сталей.

Ни колегированные стали плавящимся электродом в большинстве случаев сваривают в углекислом газе. При сварке сталей 09Г2, 10Г2СД, 14ХГС, 15ХСНД и подобных им в основном применяют электродную проволоку Св-08Г2С. Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений в морской воде используют сварочную проволоку Св-08ХГ2С.

В некоторых случаях для повышения производительности сварки, улучшения внешнего вида швов, повышения пластических свойств металла шва применяют порошковые проволоки марок ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН4, ПП-АН9. Проволоки ПП-АН4 и ПП-АН9 обеспечивают более высокие механические свойства металла шва при отрицательных температурах. Высокопрочные низколегированные стали сваривают электродными проволоками сложного легирования, которые выбирают в зависимости от свойств свариваемых сталей. При сварке сталей, имеющих сгт = = 500÷550 МПа, используют проволоку Св-08ХГСМА, а сталей, имеющих от = 600÷700 МПа, — проволоку Св-08ХГСМФА или Св -08 X Н 2 Г2СМ.

Технология электрошлаковой сварки низколегированных сталей аналогична технологии сварки углеродистых сталей. Сварку в основном осуществляют с применением флюса АН-8, однако возможно использование флюса АН-22. Электродную проволоку выбирают в зависимости от свойств свариваемой стали. Например, при сварке сталей 09Г2С, 16ГС, 14ГС, 15ХСНД используют проволоки Св-08ГС, Св-10Г2. Проволока Св-08ГА не обеспечивает достаточной прочности металла шва.

В зависимости от предрасположенности основного металла к росту зерна и требований, предъявляемых к сварному соединению, после сварки назначают термообработку. Для сталей, склонных к росту зерна, обычно назначают нормализацию; для сталей, не склонных к росту зерна, как правило, ограничиваются отпуском при температуре 650 °С.

Особенности сварки труб

Газовую сварку достаточно широко применяют при монтаже труб небольшого диаметра (до 100 … 150 мм), при изготовлении угольников, тройников, отводов и других конструктивных элементов трубопроводов. Трубы сваривают стыковыми швами с допустимой выпуклостью шва (1 … 3 мм) в зависимости от толщины стенки.

В случае сварки труб с толщиной стенки s ≤ 3 мм скоса кромок не делают. Стык собирают с зазором до 0,5s. При сварке труб с s > 3 мм выполняют скос кромок под углом 35 … 45°. Острую часть кромок притупляют, чтобы они не оплавлялись при сварке и расплавленный металл не протекал внутрь трубы. В отдельных случаях в зависимости от назначения трубопроводов используют и другие, более сложные способы стыковки труб: без скоса кромок с подкладным кольцом; с раструбом и вставным кольцом; с разделкой кромок и внутренней выточкой в трубах для более точного их центрирования и др. При сварке указанных трубопроводов запрещается применять остающиеся подкладные кольца.

Для соединения труб применяют как левый, так и правый способ сварки. Перед сваркой трубы выравнивают, чтобы их оси совпадали, затем прихватывают в нескольких местах по окружности и приступают к сварке. Для центрирования труб во время сварки используют различные приспособления, одно из которых показано на рис. 3.

Если трубу можно поворачивать, то сварку лучше вести в нижнем положении (рис. 4).

Неповоротный стык сваривают последовательно нижним, вертикальным и потолочным швами. Этот случай является наиболее трудным для сварщиков, так как требует умения выполнять швы с различным положением в пространстве.

В неповоротных стыках труб диаметром до 150 мм (рис. 5) сначала сваривают нижнюю половину (участок 1), затем в обратном направлении — верхнюю (участок 2). Начало и конец верхнего шва сваривают с перекрытием в зонах А и Б. При сварке труб диаметром до 300 мм и более (рис. 6) сварку начинают с

Рис. 3. Струбцинный центратор для труб диаметром 60 … 100 мм

Рис. 4. Последовательность сварки стыков труб с поворотом: а — места размещения прихваток (1 — 3) и участков шва (А — Г ); б — выполнение первого слоя на участках АБ и ГВ; в — поворот стыка и выполнение первого слоя шва на участках ГA и ВБ; г, д — выполнение второго и третьего слоя шва соответственно какой-либо точки окружности и выполняют четырьмя участками (1 — 4).

При сварке промышленных и бытовых газопроводов с давлением газа до 1,2 МПа трубы предварительно сваривают в производственных условиях в секции, длину которых выбирают исходя из возможности транспортирования. Секции труб очищают и грунтуют противокоррозионной изоляцией, после чего проводят подготовительные работы. На сварочную проволоку должен быть сертификат.

Рис. 5. Последовательность сварки неповоротного стыка труб диаметром до 150 мм

Рис. 6. Последовательность сварки труб большого диаметра: а — диаметром 200 … 300 мм; б — диаметром 500 … 600 мм; в — без поворота труб

При отсутствии сертификата сваривают шесть специальных образцов для последующих испытаний по определенной методике (по три образца для испытаний на разрыв и на угол загиба).

После окончания подготовительных работ поверхность кромок и прилегающие к ним наружную и внутреннюю поверхности труб зачищают до металлического блеска на ширину не менее 10 мм по окружности. Сборку и сварку торцов труб с продольным швом следует проводить со смещением продольных швов на 50 мм по окружности по отношению к шву предыдущей трубы.

Поверхность наплавленного металла по всей окружности должна быть слегка выпуклой, с плавным переходом к основному металлу, без подрезов и незаваренных мест. Допускается высота выпуклости шва 1 … 3 мм, но не более 40 % толщины стенки трубы. Ширина шва не должна превышать толщину стенки трубы более чем в 2,5 раза. Не допускаются наплывы и грубая чешуйчатость. Стыки, не удовлетворяющие по внешнему виду перечисленным требованиям, бракуются или подлежат исправлению. Не допускается исправление стыков методом повторного наложения шва.

Рис. 7. Последовательность сварки стыков труб с козырьком: а, б — первый и второй этапы

При отсутствии возможности приблизиться с горелкой к объекту (например, при сварке труб для горячей или холодной воды, расположенных в помещениях вблизи стен) применяют газовую сварку с козырьком (рис. 7). Подготовка стыка под сварку требует определенных профессиональных навыков.

Высококачественная сварка конструкционных сталей

Для сварного соединения таких металлических сплавов отлично подходит дуговая ручная сварка. При этом могут использоваться электроды Э44А и Э50А. Если же требуется выполнить максимально прочное качественное соединение, используют электроды марки ДСК-50 и УОНИ 13/55. Для повышения прочности соединения также рекомендуется выполнять работу на постоянном токе с обратной полярностью. Сварка проводится при пониженных показателях сварочного тока, когда на 1 миллиметр диаметра электрода приходится порядка 50 Ампер мощности. При использовании технологии дуговой сварки для соединения низколегированной стали используют соответствующую сварочную проволоку и дополнительный флюс.

Отметим, что выполнение сварочных работ может проводиться при температуре не ниже -10 градусов. В том же случае если возникает необходимость выполнения работ при более низких температурах, необходим качественный дополнительный подогрев. В данном случае ширина зоны подогрева по обе стороны соединительного шва составляет около 100 миллиметров. Оптимальная температура подогрева составляет 150 градусов. При температурах ниже минус 25 градусов сварка низколегированных сталей недопустима.