Технология сварки углеродистых сталей: тонкости процесса и рекомендации

Выполнение такого технологического процесса, как сварка углеродистых сталей, связано с определенными сложностями и отличается рядом особенностей. Главная причина подобной ситуации состоит в том, что основным элементом, формирующим характеристики углеродистых сталей и, соответственно, оказывающим влияние на их свариваемость, является углерод.

Сварка углеродистой стали дуплекс

Особенности сварки изделий из углеродистых стальных сплавов

Углеродистыми, как известно, называют такие стальные сплавы, содержание углерода в которых может варьироваться в пределах 0,1–2,07%. В зависимости от того, сколько углерода в своем составе содержат такие сплавы, они подразделяются на низко- (до 0,25%), средне- (0,25–0,6%), а также высокоуглеродистые (0,6–2,07%). Сварка низкоуглеродистых сталей, также как среднеуглеродистых и высокоуглеродистых, отличается определенными особенностями. Однако есть и общие правила осуществления такого процесса, которые позволяют получать качественные и надежные соединения изделий из углеродистых сталей.

Технологические особенности сварки углеродистых сталей

Чтобы обеспечить хорошую провариваемость корня шва при выполнении стыковых сварных соединений деталей, изготовленных из углеродистых сталей, данный процесс выполняют, держа соединяемые изделия на весу. Этой рекомендации стараются придерживаться при выполнении полуавтоматической сварки порошковой и обычной проволокой, а также при осуществлении газовой и ручной дуговой сварки, осуществляемой при помощи покрытых углеродов. При использовании для выполнения сварки углеродистых сталей автоматического оборудования стараются создать условия для обеспечения провариваемости корня шва и исключения такого явления, как прожоги металла.

Прихватки выполняются с полным проваром стыка и последующей переплавкой при наложении основного шва

Перед началом сварки изделий, изготовленных из углеродистых сталей, их необходимо точно расположить относительно друг друга и надежно зафиксировать, для чего лучше всего использовать специальные сборочные приспособления. При отсутствии такого приспособления обеспечить фиксацию можно при помощи прихваток. Прихватки, суммарная длина которых может доходить до трети длины самого сварного шва, желательно накладывать со стороны соединения деталей, являющейся противоположной по отношению к шву. Если же предстоит выполнение многопроходного сварного шва, то прихватки накладывают с той стороны соединения, которая является противоположной по отношению к его первому слою.

После выполнения прихваток их тщательно зачищают, осматривают и исправляют их дефекты, если они обнаружены. При выполнении сварки углеродистых сталей необходимо добиваться полной переплавки прихваток, которые в противном случае могут стать очагом возникновения трещин в месте сваривания.

Таблица режимов сварки (на примере низкоуглеродистых и низколегированных сталей)

Технологию многослойной или двухсторонней сварки углеродистых сталей выбирают, если формируемое соединение должно соответствовать повышенным требованиям по своей прочности и надежности, или соединить необходимо детали значительной толщины. Если при осмотре сформированного сварного шва обнаруживаются дефекты (трещины, поры, подрезы, плохо проваренные участки и др.), то для их устранения необходимо предпринять следующие действия:

• удалить наплавленный металл в области обнаружения дефекта;
• зачистить область дефекта;
• подварить шов в зачищенной зоне.

Сварка этого дифференциала выполнена ТИГ-сваркой, что обеспечило качественный провар и отсутствие брызг

Особенность выполнения электрошлаковой и автоматической сварки деталей из углеродистых сталей заключается в том, что соединяемые изделия фиксируют с зазором, который должен иметь некоторое расширение к концу. Для осуществления такой фиксации используют сборочные приспособления или специальные скобы. Для того чтобы обеспечить высокое качество начальной и конечной области сварного шва при использовании вышеуказанных технологий, сварочный процесс начинают не на самих деталях, а на специальных планках, фиксируемых вместе с ними.

Сварка изделий из низкоуглеродистых стальных сплавов

Сварка сталей, относящихся к категории низкоуглеродистых, не составляет больших сложностей для специалиста; для этого может быть использована любая из традиционных технологий. Выбор конкретной методики получения сварного соединения осуществляют, ориентируясь на параметры свариваемых деталей и требования, которые предъявляются к готовому соединению.

Особенность сварки низкоуглеродистых сталей, в составе которых дополнительно имеются легирующие добавки, состоит в том, что основной металл и металл соединения имеют ряд отличий, к которым относятся следующие:

• металл сварного шва характеризуется уменьшенным содержанием углерода, а вот доля марганца и кремния в нем повышена;
• металл соединяемых деталей в области, расположенной рядом со сварным швом, подвергается перегреву, что сопровождается его незначительным упрочнением; такая ситуация особенно характерна для тех случаев, когда используется сварка по ручной дуговой технологии;
• при сварке деталей, которые выполнены из нестареющих легированных сталей, наблюдается снижение ударной вязкости основного металла в области, расположенной в непосредственной близости со сварным швом;
• при выполнении сварки многослойным методом металл шва может отличаться повышенной хрупкостью.

Электроды для сварки сталей с легирующими добавками

Сварные соединения изделий, изготовленных из углеродистых сталей с небольшим содержанием углерода, если они выполнены с соблюдением всех необходимых требований, отличаются высоким качеством и надежностью.

Газовая сварка изделий из углеродистых сталей, в составе которых содержится до 0,25% углерода, также не вызывает особых сложностей. При выполнении сварки по данной технологии не требуется использование флюса, а ее особенностью является то, что при ее осуществлении правым способом расходуется большее количество горючего газа.

Изделия из углеродистых сталей, в составе которых содержится небольшое количество углерода, отлично свариваются и при использовании электродуговой технологии. Типами покрытий электродов, которые оптимально подходят для практической реализации данного метода, являются рутиловое (Э46Т) и кальциево-фтористорутиловое (Э42А). Кроме этого, многие специалисты-сварщики используют для сварки деталей из углеродистых стальных сплавов такой категории электроды, в покрытие которых добавлено некоторое количество железного порошка.

Электроды для сварки низкоуглеродистых сталей

Для сваривания деталей из низкоуглеродистых сталей при помощи электрошлаковой сварки используют следующие марки флюсов: АН-8, АН-8М, АН-22, ФЦ-1 и ФЦ-7. Тип сварочной проволоки традиционно подбирают в зависимости от того, каким химическим составом обладает материал изготовления элементов, которые необходимо соединить.

Режимы сварки под флюсом

Как выполняют сварку деталей из среднеуглеродистой стали

По причине того, что углерода в таких сталях содержится больше, чем в низкоуглеродистых, свариваются они несколько хуже. При сварке изделий из углеродистых сплавов данной категории могут возникать следующие проблемы:

• основной металл и металл сварного шва могут иметь разную степень прочности;
• в металле, расположенном в непосредственной близости от шва, могут возникать трещины и формироваться структуры, отличающиеся низкой пластичностью;
• металл сварного шва и основной металл, расположенный рядом с местом соединения, отличаются невысокой устойчивостью к появлению в них кристаллизационных дефектов.

Неправильный выбор типа сварки и сварочного материала приводит к отсутствию сварочного шва как такого

Для того чтобы избежать подобных проблем при сварке углеродистых сталей с повышенным содержанием углерода, можно воспользоваться следующими технологическими приемами:

• использование электродов, в составе которых содержится незначительное количество углерода;
• выполнение сварки по двухдуговой технологии, когда сварной шов формируется одновременно в нескольких ваннах расплавленного металла;
• разделка кромок соединяемых изделий таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное проплавление основного металла;
• предварительный и сопутствующий подогрев соединяемых частей.

Что касается электродуговой сварки деталей, изготовленных из среднеуглеродистых сталей, то при ее выполнении следует придерживаться таких рекомендаций:

• использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием (УОНИ 13/45 и 13/55), которые не только увеличивают прочность сварного шва, но и повышают его устойчивость к образованию кристаллизационных трещин;
• минимизировать риск появления трещин в области сварного соединения позволяют и такие технологические приемы, как осуществление продольных, а не поперечных перемещений электрода в процессе выполнения сварки, обязательно заваривание кратеров сформированного сварного шва;
• при выполнении сварки необходимо использовать короткую дугу и накладывать шов в виде нешироких валиков;
• чтобы повысить пластичность сформированного сварного шва, можно использовать термическую обработку полученного соединения.

Электроды для сварки среднеуглеродистых сталей

Осуществляя газовую сварку изделий, изготовленных их среднеуглеродистых сталей, преимущественно используют левый способ и применяют стандартное или науглероживающее пламя, мощность которого находится в пределах 75–100 дм³/час. Чтобы улучшить качество полученного таким способом сварного соединения, после его получения можно подвергнуть детали термической обработке или выполнить их проковку. При необходимости выполнения газовой сварки деталей, толщина которых превышает 3 мм, их необходимо подвергнуть общему (до 3500) или локальному подогреву (до 6500).

Сварку деталей, изготовленных из углеродистых сталей данной категории, можно выполнять и при достаточно низких температурах окружающей среды: до –300. Чтобы сформированное соединение при его получении в таких условиях отличалось высоким качеством и надежностью, сваренную конструкцию необходимо подвергнуть термической обработке и обеспечить постоянный прогрев зоны сварки в процессе осуществления технологической операции.

Качественное сварное соединение высокоуглеродистых сталей

Высокоуглеродистые стальные сплавы отличаются значительным содержанием углерода в своем составе, что исключает возможность получения качественного сварного соединения деталей, которые из них изготовлены. Между тем периодически возникает необходимость выполнять сварку таких деталей, поэтому следует знать, как правильно осуществить подобный технологический процесс.

Углеродистые стали с высоким содержанием углерода относительно неплохо свариваются методами, используемыми для изделий из среднеуглеродистых сплавов, но при проведении данной процедуры нужно придерживаться следующих рекомендаций: не выполнять сварку на сквозняке и при температуре окружающего воздуха ниже +50.

Режимы газовой сварки углеродистых сталей

Газовая сварка углеродистых стальных сплавов с высоким содержанием углерода выполняется только левым способом и с использованием незначительно науглероженного или нормального пламени. Обязательным условием, обеспечивающим качественное выполнение газовой сварки сталей высокоуглеродистой категории, является предварительный нагрев соединяемых частей до температуры не ниже 3000.

Если говорить об общих рекомендациях для обеспечения высокого качества сварных соединений деталей, изготовленных из углеродистых сплавов (всех вышеперечисленных категорий), то для этого следует правильно выбирать электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей, сварочную проволоку, тип и мощность пламени, а также строго следовать технологическим рекомендациям.