Регион Казахстан
Оглавление
Марки стали для сварки - cвариваемость стали
Свариваемость стали
Свариваемость — это способность металлических материалов образовывать прочные неразъемные соединения при термическом или термомеханическом воздействии. Данный показатель определяется рядом факторов, таких как химический состав сплава, его структура, а также технологические особенности процесса сварки. Для достижения качественного соединения необходимо учитывать влияние внешних условий, применяемых методов и оборудования. Важно отметить, что неправильный выбор свойств стали или параметров сварки может привести к появлению дефектов, снижению прочностных характеристик шва и потере эксплуатационных свойств.
Разделение по химическому составу
Металлы и сплавы для сварки подразделяются на разные типы в зависимости от содержания углерода, легирующих элементов и структурных особенностей. Одним из ключевых критериев классификации является химический состав, играющий определяющую роль в процессе формирования сварного шва. Именно концентрация углерода, присутствие легирующих элементов и их взаимодействие с основным веществом оказывают решающее влияние на параметры теплопередачи, шлакообразование, склонность к пористости и образованию трещин.
Марки стали для сварки
Для каждой категории металлических материалов разработаны специализированные обозначения, которые учитывают диапазон их свойств. Подбор марки требует учета условий эксплуатации, технологии соединения и специфики конструкции.
-
Углеродистые стали: к данному типу относятся материалы, основу которых составляет железо с различным содержанием углерода. Характеризуются сравнительно простой структурой, что обеспечивает доступную обработку. При сварке углеродистых сплавов важно контролировать интенсивность теплового воздействия, чтобы избежать перегрева и связанных с ним структурных изменений. Наличие высокой теплопроводности и низкой склонности к образованию остаточных напряжений обеспечивает их популярность в производственных процессах.
-
Низкоуглеродистые типы стали: содержание углерода в них не превышает 0,25%. Наиболее легки в обработке среди вышеуказанных типов благодаря малой твердости и пластичности. Образуют качественные соединения практически всеми видами сварки, при этом вероятность появления трещин или пор в шве остается минимальной. Часто применяются в строительной отрасли и при производстве сосудов под давлением.
-
Среднеуглеродистые типы стали: имеют содержание углерода в диапазоне от 0,25% до 0,6%, что придает им повышенную прочность, но снижает пластичность. Для данных материалов характерна склонность к закалочным процессам в зоне термического влияния, что требует дополнительной термообработки после сварного соединения для снятия внутренних напряжений. Используются в машиностроении, мостостроении и для изготовления силовых элементов конструкций.
-
Высокоуглеродистые типы стали: содержание углерода превышает 0,6%, что делает данный тип материалов особо прочным, но менее пластичным и значительно менее свариваемым. Процесс сварки сопровождается повышенным риском образования трещин, поэтому требуется использование специальных подогревов, а также медленное охлаждение после завершения работы. Основная область применения — инструментальное производство, детали с повышенными требованиями к износостойкости.
-
Аустенитные типы стали: данный тип характеризуется высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью, что достигается за счёт значительного содержания никеля и хрома. Формируют однородную структуру даже после сварки, сохраняя насыщение необходимыми элементами. Применяются в агрессивных средах, химической промышленности и для изделий, работающих при высоких температурах. При работе с такими сплавами требуется учитывать склонность к образованию карбидов хрома, что снижает коррозионную устойчивость.
-
Нержавеющие виды стали: этот материал содержит значительное количество хрома, обеспечивающего отличное сопротивление коррозионным разрушениям. Сварка нержавейки требует высокого уровня контроля температуры, чтобы избежать межкристаллитной коррозии. Отлично подходит для применения в пищевой промышленности, медицине, машиностроении и архитектуре. Требует использования специальных методов защиты сварного шва, таких как подача инертных газов или использование легированного присадочного материала.
-
Инструментальные металлы: используются для изготовления режущих и измерительных инструментов благодаря высокой твердости и износостойкости. В производстве применяются как углеродистые, так и легированные варианты с добавлением молибдена, вольфрама и других элементов. Свариваются с трудом из-за склонности к трещинообразованию, что требует применения предварительного подогрева и низкой скорости охлаждения. Основное применение приходится на изготовление штампов, матриц и других инструментов высокой точности.
Влияние примесей на свариваемость стали
Присутствие серы, фосфора, кислорода и других примесей негативно сказывается на результатах сварки. Сера снижает пластичность, вызывая горячие трещины. Фосфор уменьшает вязкость металла, способствуя появлению хрупких зон. Водород проявляет себя при низких температурах, формируя холодные трещины, особенно в зонах термического влияния. Кислород ухудшает процесс, образуя окислы на границах шва. Контроль примесей позволяет снизить дефекты и улучшить свойства соединения.
Особенности сваривания углеродистых сталей
Углеродистые материалы, из-за высокого содержания углерода, склонны к появлению температурных напряжений и трещин в процессе сварки. При термическом воздействии происходит структурная трансформация с образованием закаленных участков, что снижает пластичность в зоне сварного шва. Для уменьшения риска дефектов применяют предварительный подогрев и последующую медленную охлаждающую обработку. Использование электродов с низким содержанием водорода уменьшает вероятность дефектов.
Технологии для легированных сталей
При сварке легированных материалов важно учитывать склонность к осаждению карбидов в зоне термического влияния, что может ухудшать коррозионную стойкость и механические свойства. Использование низкотепловых технологий, таких как аргонодуговая сварка, позволяет снизить размер зоны перегрева и избежать перегрева легирующих элементов. Часто применяют термообработку после сварки, чтобы устранить внутренние напряжения и повысить прочность. Также важно избегать перегрева материала, контролируя режим подачи тепла.
Принципы сваривания высоколегированных сплавов
Сварка высоколегированных сплавов требует тщательной подготовки и особого подхода к выбору технологии. Из-за высокого содержания легирующих элементов эти материалы склонны к образованию хрупких фаз, например, σ-фазы, что снижает вязкость соединения. Важно сократить время пребывания металла в зоне температур, благоприятных для их формирования. Часто используется аргонодуговая сварка, обеспечивающая минимальную окисляемость металла. После сварки нередко применяют закалку или отпуск для восстановления структуры.
Нюансы соединения нержавеющих сталей
Сварные соединения нержавеющих материалов требуют особо тщательного контроля теплового режима. Высокие температуры склонны приводить к осаждению карбидов хрома на границах зерен в зоне термического влияния. Это явление, известное как межкристаллитная коррозия, уменьшает коррозионную стойкость. Для предотвращения данной проблемы нержавеющие сплавы с низким содержанием углерода, а также стабилизированные титаном или ниобием применяются чаще. Также критически важно избегать перегрева и использовать соответствующую защитную среду (аргон или смесь аргона с гелием), чтобы снизить контакт с атмосферным воздухом в сварочной зоне. В процессе сварки часто применяются электроды и присадочные проволоки с аналогичным или чуть более высоким содержанием легирующих элементов для компенсации их потерь в сварочной дуге.
Выбор электродов
Выбор расходных материалов в сварочных работах играет ключевую роль. Электроды и проволока должны не только соответствовать химическому составу свариваемого материала, но и выдерживать требуемую механическую нагрузку на готовое соединение. Для углеродистых сталей подходят электроды с низким содержанием водорода, предотвращающие возникновение холодных трещин. Для легированных и высоколегированных сплавов применяют покрытия с высоким содержанием фтористых соединений, которые повышают устойчивость к образованию окислов. Применение омедненных проволок уменьшает вероятность образования пор и улучшает устойчивость сварочной дуги. Для нержавеющих сталей рекомендуются электроды с повышенным содержанием хрома, никеля и молибдена, что помогает сохранить коррозионную стойкость. Помимо химического состава, стоит учитывать размер электрода, оптимальный для толщины свариваемого материала, а также тип используемой сварки, например, ручной дуговой или полуавтоматический метод в защитной среде.