Спэлтех - Полезная информация

Особенности сварки углеродистых - литых сталей

Стали с повышенным содержанием углерода обладают хорошими литейными свойствами, поэтому стальное литье обычно содержит более 0,20% углерода.

Конструкционные стали с повышенным содержанием углерода (0,25-0,55%), как правило, подвергают закалке и отпуску, что придает им высокую твердость и износостойкость. Свойства сталей с повышенным содержанием углерода используют при изготовлении деталей машин: валов осей, зубчатых колес, звездочек и других деталей различных форм.

Сварка часто является единственным способом изготовления и ремонта деталей машин и станин. Однако сварку сталей затрудняют низкая стойкость швов к образованию горячих трещин и вероятность образования холодных трещин. Сложно получить металл шва со свойствами, равноценными свойствам основного металла.

Углерод уменьшает стойкость швов к образованию горячих трещин, усиливает вредное влияние серы и фосфора. Критическое содержание углерода в шве зависит от конструкции узла, формы шва, содержания других элементов, предварительного подогрева.

Способы повышения стойкости к образованию горячих трещин направлены на ограничение содержания в швах элементов, оказывающих отрицательное влияние, снижение уровня растягивающих напряжений, получение швов оптимальной формы с малой степенью их химической неоднородности.

Стали с повышенным содержание углерода склонны к образованию малопластичных структур мартенситного типа в зоне термического влияния. Под воздействием сварочных и структурных напряжений может произойти разрушение малопластичного металла, этому способствует наличие в металле диффузионного водорода. Для предупреждения образования холодных трещин применяют способы, которые заключаются в устранении факторов, способствующих их возникновению.

Технология изготовления сварочных соединений на сталях с повышенным содержанием углерода, имеющих более низкую стойкость к образованию трещин, должна предусматривать:
- применение электродов, сварочной проволоки с низким содержанием углерода;
- разделка кромок, применение увеличенного вылета, введение дополнительной присадочной проволоки и др., обеспечивающих минимальный переход углерода из основного металла в шов;
- введение в шов элементов (марганец, кальций), способствующих образованию тугоплавких или изолированных округлых сульфидных включений;
- применение оптимального порядка наложения швов, устранение излишней жесткости узлов, способов и режимов сварки, мероприятий, обеспечивающих минимальное значение напряжений; - выбор оптимальной формы шва и уменьшение химической неоднородности;
- снижение диффузионного водорода (использование низководородных электродов, очистка кромок и проволоки, осушка защитных газов, прокалка электродов, порошковой проволоки, флюсов);
- обеспечение замедленного охлаждения сварного соединения (применение многослойной, двухдуговой или многодуговой сварки, наплавка отжигающего валика, использование экзотермических смесей и др.).

При сварке сталей с повышенным содержанием углерода основной металла тщательно очищают от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины и других загрязнений, так как они являются источниками водорода и могут вызвать образование пор и трещин. Очищать следует кромки и прилегающие к ним участки шириной не менее 10 мм, что делает более плавный переход к основному металлу и повышенную прочность шва при переменных нагрузках.

Сборку под сварку деталей с повышенным содержанием углерода, как правило, выполняют с обязательным зазором, который зависит от толщины соединяемых деталей и должен быть на 1-2 мм больше, чем зазор при сборке элементов из хорошо свариваемых деталей. Свариваемые детали должны иметь разделку кромок при толщине металла 4 мм и более, что снижает переход углерода в шов. Учитывая высокую склонность к закалке, необходимо избегать прихваток малого сечения и длины. Перед наложением прихваток применять местный предварительный подогрев.

Для сварки сталей с повышенным содержанием углерода (до 0,4%) можно применять те же сварочные материалы, что и для сварки низколегированных сталей, с некоторыми ограничениями. Для ручной сварки используют электроды с покрытием основного типа, обеспечивающие низкое содержание диффузионного водорода в наплавленном металле (марки УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СЭОК-48 производства Спецэлектрод г.Москва).

При механизированной сварке в защитном газе рекомендуют использовать проволоки марки Св-08Г2С, Св-09Г2СЦ или другие равноценные указанной, а также смесь углекислого газа и кислорода, при содержании кислорода до 30% или углекислый газ. Можно применять смеси газов на основе аргона с окислительными свойствами (70…75%Ar +20…25%СО2 +5%О2). Следует отдавать приоритеты проволоке диаметром 1,2 мм. При сварке сталей с повышенным содержанием углерода, прошедших термическую обработку или легированных одним или несколькими элементами (40Х, 38ХС, 45Г и др.), электродная проволока Св-08Г2С не обеспечивает требуемые механические свойства. В таких случаях для механизированной сварки применяют комплексно-легированные проволоки марок Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08Х3Г2СМ и др.

Автоматическую сварку под флюсом следует выполнять проволоками марок Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА в сочетании с флюсами. Перспективно применение флюсов, обладающих хорошими сварочно-технологическими свойствами и высокой стойкостью к образованию трещин.

Сварочные материалы должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий. Проволока должна быть без ржавчины и загрязнений, флюсы и электроды непосредственно перед использованием прокаливают при температурах, указанных в сопроводительной документации. Нужно применять сварочный диоксид углерода (углекислый газ); пищевой диоксид углерода допускается при условии дополнительной осушки.

Режимы сварки должны обеспечивать минимальное проплавление основного металла и оптимальную скорость охлаждения. Правильность выбора режимов сварки, обеспечивающих оптимальную скорость охлаждения, можно оценить замером твердости металла сварного соединения, которая не должна превышать 350 НV.

Сварку ответственных узлов выполнять не менее, чем в два прохода. Сварные швы должны иметь плавный переход к основному металлу. Частые обрывы дуги, ожоги основного металла и вывод кратера на основной металл недопустимы.

После сварки необходимо обеспечить замедленное охлаждение сварных соединений. Для этого сваренный узел накрывают теплоизоляционным материалом, помещают в специальный термостат и применяют послесварочный нагрев.

Сварку ответственных конструкций из сталей с повышенным содержанием углерода, узлов с жестким контуром и т.п. выполняют с предварительным подогревом. Температура предварительного подогрева обычно находится в пределах 100-4000С. Чем выше содержание углерода и легирующих элементов и больше толщина свариваемых элементов, тем выше температура предварительного подогрева.