Свариваемость сталей: классификация, характеристики, определение

  • Лабораторно-практическое занятие: «Определение группы свариваемости сталей»
  • Цель: приобрести навыки определения группы свариваемости углеродистых и легированных сталей
  • Теоретическое обоснование:
  • Свариваемость — свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
  • Под свариваемостью понимается способность стали данного химического состава давать при сварке тем или иным способом высококачественное сварное соединение без трещин, пор и прочих дефектов.

Свариваемость не является неизменным свойством металла, подобно физическим свойствам его. Наряду с технологическими характеристиками металла свариваемость его определяется способом и режимом сварки, составом присадочного металла, сварочного флюса, электродного покрытия, защитного газа, а также конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.

Различают физическую и технологическую свариваемость.

Физическая свариваемость предполагает способность металлов образовывать в результате сварки каким-либо способом монолитные соединения с химической связью. Большинство металлов и сплавов обладают хорошей физической свариваемостью.

  1. Технологическая свариваемость представляет собой технико-экономический показатель и характеризует возможность получения сварного соединения требуемого качества, удовлетворяющего требованиям надежности конструкции при эксплуатации и наименьшей стоимости при изготовлении.
  2. Технологическая свариваемость зависит как от свойств основного металла, так и от состава наплавляемого (присадочного, электродного) металла, способа и режима сварки, используемых флюсов, покрытий, защитных газов, конструкции сварного узла и условий эксплуатации изделия
  3. По свариваемости стали условно делят на четыре группы: хорошо сваривающиеся, удовлетворительно сваривающиеся, ограниченно сваривающиеся, плохо сваривающиеся 

При оценке свариваемости роль химического состава стали является превалирующей. По этому показателю в первом приближении проводят оценку свариваемости.

При оценке влияния химического состава на свариваемость сталей, кроме содержания углерода, учитывается также содержание других легирующих элементов, повышающих склонность стали к закалке.

Это достигается путем пересчета содержания каждого легирующего элемента стали в эквиваленте по действию на ее закаливаемость с использованием переводных коэффициентов, определенных экспериментально. Суммарное содержание в стали углерода и пересчитанных эквивалентных ему количеств легирующих элементов называется углеродным эквивалентом.

Для его расчета существует ряд формул, составленных по различным методикам, которые позволяют оценить влияние химического состава низколегированных сталей на их свариваемость:

или

  • Сэ = С + Mn/6 + Cr/5 + V/5 + Mo/4 + Ni/15 + Са/15 + Cu/13 + P/2
  • По Красовскому
  • Свариваемость сталей: классификация, характеристики, определениеили

Свариваемость сталей: классификация, характеристики, определение

  1. метод Сефериана
  2. Можно использовать формулы для расчёта из конспекта урока
  3. Примечание: Для учёта влияния толщины металла на свариваемость следует прибавить к величине Сэ произведение толщины металла на коэффициент 0,0025 ( 0,0025×Т).
  4. где цифры указывают содержание в стали в массовых долях процента соответствующих элементов.
  5. По признаку свариваемости все стали можно условно разделить на четыре группы:

1. Хорошо сваривающиеся у которых Сэкв не более 0,25. Эти стали не дают трещин при сварке обычным способом, т. е. без предварительного и сопутствующего подогрева и последующей термообработки.

2. Удовлетворительно сваривающиеся, у которых Сэкв в пределах 0,25—0,35; они допускают сварку без появления трещин, только в нормальных производственных условиях, т. е. при окружающей температуре выше 0°С, отсутствии ветра и пр.

К этой же группе относят стали, нуждающиеся в предварительном подогреве или предварительной и последующей термообработке для предупреждения образования трещин при сварке в условиях, отличающихся от нормальных (при температуре ниже 0° С, ветре и др).

3. Ограниченно сваривающиеся, у которых Сэкв в пределах 0,35—0,45; они склонны к образованию трещин при сварке в обычных условиях. При сварке таких сталей необходима предварительная термообработка и подогрев. Большинство сталей этой группы подвергают термообработке и после сварки.

4. Плохо сваривающиеся, у которых Сэкв выше 0,45; такие стали склонны к образованию трещин при сварке.

Температура предварительного подогрева для низколегированных сталей в зависимости от величины Сэкв принимается следующей:

Предварительный подогрев замедляет охлаждение и предохраняет от появления холодных трещин при сварке.

Таблица3 Классификация сталей по свариваемости в соответствии с величиной Сэкв и меры по предотвращению или уменьшению вероятности появления трещин.

Группа

  • сталей
  • Свариваемость
  • Эквивалент углерода Сэкв, %
  • Технологические меры
  • подогрев
  • термообработка
  • перед сваркой
  • во время сварки
  • перед сваркой
  • после
  • сварки
  • I
  • ХОРОШАЯ
  • 0,25
  • Желательна
  • II
  • УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ
  • 0,25-0,35
  • Необходим
  • Желательна
  • Необходима
  • III
  • ОГРАНИЧЕННАЯ
  • 0,35-0,45
  • Необходим
  • Желателен
  • Необходима
  • Необходима
  • IV
  • ПЛОХАЯ
  • 0,45
  • Необходим
  • Необходим
  • Необходима
  • Необходима

Порядок выполнения расчёта:

  1. Записать марку стали (согласно карточки-задания)

  2. Записать количественное содержание основных легирующих элементов в указанной марке стали (из карточки-задания или найти в Интернете – «марочник сталей», справочнике)

  3. Выбрать и записать формулу для определения эквивалента углерода (по максимально близкому количеству легирующих добавок содержащихся в стали данной марки с указанными в формуле). Можно использовать формулу из конспекта урока.

  4. Рассчитать величину Сэкв в% по выбранной формуле, подставив величины содержания углерода и легирующих элементов. (точность расчётов – до сотых долей процента) и толщины металла.

  5. Сравнить полученное значение Сэкв со значениями в таблицеи определить к какой группе сталей по свариваемости относится данная марка стали, и какой вид термообработки требуется.

  6. Вывод записать.

Для получения оценки «5» (отлично)

  1. Выполнить расчёт не менее чем по двум формулам.

или

  1. Выполнить расчёт не менее трёх марок сталей (третью марку стали принять самостоятельно из запасных и найти количественное содержание в ней легирующих элементов).

  2. Вычислить методом интерполяции температуру подогрева для одной из марок сталей, выбранных для расчёта

  1. ЗАДАНИЯ:
  2. Дано:
  3. — марка стали с указанием химического состава и толщин (в таблице-задании)
  4. 1. часть

Сталь 10ХНДП

  • 2
  • 10
  • Сталь 14Г2
  • 11
  • 2
  • Сталь 12ГС
  • 3
  • 11
  • Сталь 15Г2АФДпс
  • 12
  • 3
  • Сталь 14ХГС
  • 4
  • 12
  • Сталь 10Г2Б
  • 13
  • 4
  • Сталь 10Г2С1
  • 5
  • 13
  • Сталь 16ГС
  • 14
  • 5
  • Сталь 25Г2С
  • 6
  • 14
  • Сталь 20ХГ2Ц
  • 15
  • 6
  • Сталь 14Г2АФ
  • 7
  • 15
  • Сталь 17ГС
  • 16
  • 7
  • Сталь 09Г2
  • 8
  • 16
  • Сталь 35ГС
  • 17
  • 8
  • Сталь 15Г2СФ
  • 9
  • 17
  • Сталь 09Г2С
  • 18
  • 9
  • Сталь 18Г2АФпс
  • 10
  • 18
  • Сталь 16Г2АФ
  • 19
  • 2 часть

ФИО

  1. (вариант)
  2. Марка
  3. T,мм
  4. ФИО
  5. (вариант)
  6. Марка
  7. T,мм
  8. 1
  9. · 14Х2ГМР
  10. 24
  11. 13
  12. · 20Х2Н4А
  13. 5
  14. 2
  15. · 15Н2М
  16. 22
  17. 14
  18. · 15ХГН2ТА
  19. 4
  20. 3
  21. · 15ХФ
  22. 21
  23. 15
  24. · 18Х2Н4ВА
  25. 3
  26. 4
  27. · 18Х2Н4МА
  28. 19
  29. 16
  30. · 19ХГН
  31. 2
  32. 5
  33. · 20Г
  34. 18
  35. 17
  36. · 25Х2ГНТА
  37. 3
  38. 6
  39. · 20ХГР
  40. 17
  41. 18
  42. · 25ХГСА
  43. 4
  44. 7
  45. · 20ХН2М
  46. 16
  47. 19
  48. · 25Х2Н4МА
  49. 5
  50. 8
  51. · 25ХГНМТ
  52. 15
  53. 20
  54. · 25ХГТ
  55. 6
  56. 9
  57. · 14Х2Н3МА
  58. 14
  59. 21
  60. · 20Н2М
  61. 7
  62. 1
  63. · 20ХГНМ
  64. 6
  65. 22
  66. · 20ХГНР
  67. 8
  68. 11
  69. 20ХГСА
  70. 7
  71. 23
  72. · 20ХМ
  73. 9
  74. 12
  75. 20ХН3А
  76. 4
  77. 24
  78. · 20ХН4ФА
  79. 10
  80. 25
  81. · 20ХГНТР
  82. 11

Источник: https://infourok.ru/laboratornoprakticheskoe-zanyatie-opredelenie-gruppi-svarivaemosti-staley-dlya-professii-svarschik-3306872.html

Классификация свариваемостей сталей и сплавов металлов

Говоря о свариваемости сталей, под этой характеристикой понимают способность материала в процессе сварки давать качественный сварной шов высокой прочности, не имеющий пор, каверн, трещин, посторонних включений и других дефектов.

Существует специальный марочник сталей и сплавов. Собранные в этом справочнике материалы соответствуют действующим стандартам и имеют определённую маркировку.

По этой маркировке можно точно определить их сорт и химический состав, узнать количественное содержание различных примесей.

Свариваемость сталей: классификация, характеристики, определение

Прямая зависимость

В процессе сварки в зоне наложения соединительного шва происходит нагрев металла выше критической температуре. В результате образуется аустенит – так называют высокотемпературную гранецентрированную модификацию железа и его сплавов.

Остывая, аустенит превращается в новую структуру, параметры которой зависят от скорости охлаждения и происходящих в материале термокинетических изменений. Непосредственное влияние на эти изменения оказывает химический состав стали.

Это означает, что для правильного выбора технологии и создания качественного сварного соединения необходимо заранее знать характеристики свариваемости. Ведь при использовании сталей марки 15Г или 20Н2М приходится использовать другие технологии, чем при работе со сталями марки 35 или 45.

Польза и вред

Входящие в состав стали вещества можно условно разделить на две основные группы.

  • Полезные, улучшающие её конструктивные качества или усиливающие определённые свойства. На самом деле, их полезность достаточно условна, поскольку во многом зависит от процентного содержания.
  • Вредные, снижающие прочностные характеристики материала и серьёзно усложняющие процесс его обработки. Их присутствие даже в незначительном количестве приводит только к ухудшению характеристик стали.

Наличие тех или иных веществ обуславливается как химическим составом, использованным в процессе плавки руды, так и применением легирующих добавок, сознательно добавляемых при изготовлении материала.

Влияние, оказываемое различными веществами на свариваемость стали

Действующими стандартами нормируется содержание следующих химических элементов:

  • Углерода (C). Расположенное в периодической таблице химических элементов под номером 6, это вещество оказывает значимое влияние на такие характеристики стали, как вязкость, прочность и закаливаемость. Со сваркой не будет проблем, если содержание углерода не превышает 0,25%. В противном случае в зоне сварного соединения резко усиливаются термические влияния, приводящие к образованию различных дефектов, вроде горячих и холодных трещин, каверн и т. п.
  • Серы (S). Шестнадцатый элемент периодической таблицы считается однозначно вредным. Она охотно образует с железом легкоплавкие соединения, располагающиеся по границам зёрен основного металла. Это приводит к ослаблению связи между ними. В горячем состоянии в материале образуются трещины. Подобное явление принято называть красноломкостью металла. Избежать его удаётся, если содержание серы ниже 0,045%.
  • Фосфор (P). Расположенный в таблице под номером 15, этот элемент, как и его соседка, сера, вреден для стали. Он ответственен за образование внутри материала хрупких структур. Это качество принято называть хладноломкостью, поскольку особенно сильно оно даёт знать о себе при низких температурах.
  • Марганец (Mn), №25. В определённых пределах повышает упругость и прочность стали. Находясь в пределах 0,3 – 0,8% от общего количественного состава, не оказывает влияния на процесс сварки. Но если его содержание превысит 1,8%, то материал начнёт закаливаться, и избежать образования трещин и излишней хрупкости шва не удастся.
  • Кремний (Si), №14. Так же, как и марганец, несколько увеличивает характеристики упругости и прочности. Если его общее количество остаётся в пределах 0,2 – 0,3%, проблем не возникает. Но результатом значительного, свыше 0,8%, станет образование его тугоплавких сплавов, повысится жидкотекучесть стали. Это приведёт к проблемам при наложении сварных швов.
  • Хром (Cr), №24. Он придаёт стали не только высокую коррозионную стойкость, но также делает её прочной, упругой и твёрдой. Тем не менее, его содержание свыше 0,3% создаёт проблемы, поскольку в этом случае активно способствует образованию тугоплавких окислов и трещин, образующихся в результате резкого увеличения твёрдости материала в зоне термического нагрева. Из-за образования карбидов хрома в околошовной зоне коррозионная стойкость металла резко снижается.
  • Молибден (Mo) №42. Делает кристаллы стали (зёрна) мельче, существенно повышая её прочность, стойкость к высоким температурам и ударным нагрузкам. Но в процессе сварки молибден активно выгорает и окисляется, способствуя появлению трещин. Особенно заметно это становится, когда его содержание превышает 1%.
  • Ванадий (V), №23. Даже в малых количествах повышает закаливаемость стали, но тем самым создаёт проблемы при наложении сварных швов. При нагреве этот металл окисляется и выгорает. Это означает, что его присутствие в количестве более 1% для ответственных свариваемых деталей недопустимо.
  • Вольфрам (W), №74. Отвечает за такие качества, как износостойкость, особенно при высоких температурах – такое свойство принято называть красностойкостью – и твёрдость. Но поскольку при наложении шва сильно окисляется, в свариваемых сталях его присутствие вовсе не допустимо.
  • Никель (Ni), №28. Это друг сварщика. Он измельчает кристаллы металла, в результате чего шов становится более прочным и пластичным. Даже при его добавлении порядка 2 – 3% от общего состава даёт ощутимый результат. Для деталей, работающих под высокими нагрузками, рекомендовано использовать материалы, в которые добавлен никель в количестве 8 – 10 %. Но при сварке таких сталей приходится использовать различные технологические ухищрения, ограничивая поступление в зону нагрева кислорода. К тому же никель дорог, а это значит, что его использование должно быть экономически оправданным.
  • Титан (Ti), №22. Он улучшает те же, что и никель, характеристики, и столь же требователен к технологическим особенностям процесса. Однако, несмотря на значительную стоимость, в особо ответственные детали добавляют и тот и другой металл, стараясь довести содержание титана до 4 – 5%.
Читайте также:  Нарезка резьбы на трубах: инструмент, приспособления, устройства, способы

Внешние враги

А ещё существуют химические вещества, не входящие в состав стали, но, тем не менее, оказывающие непосредственное влияние на её свариваемость.

  • Кислород (O), №8. Его присутствие должно быть сведено к минимуму, а от воздействия кислорода приходится защищать зону сварки даже в том случае, когда он поступает туда вместе с атмосферным воздухом. Ведь это вещество – активный окислитель, ответственный за образование хрупких структур в расплавленном железе. Чтобы этого не случилось, к месту сварки подают углекислый газ, образующийся в процессе сгорания покрывающего электрод вещества или находящийся под давлением в специальных баллонах. При работе с нержавеющими сталями и цветными металлами этого оказывается недостаточно. В этом случае в качестве защиты приходится использовать благородные газы, такие как гелий или аргон.
  • Водород (H), №1. Не входя в состав стали, он попадает к месту сварки из окружающего воздуха, оказывая разрушительное воздействие на структуру шва. Он вызывает пористость металла, снижает его прочность, становится причиной образования мелких трещин. Защищаются от него так же, как и от кислорода.

Зная марку стали заранее, удаётся сразу определиться с выбором процесса сварки.

Но если по каким-то причинам эта информация отсутствует или существует сомнение в её достоверности остаётся только один путь – проведение натурных экспериментов, в ходе которых может быть подобрана оптимальная технология.

Но если нет желания заниматься экспериментами, стоит заранее позаботиться о наличие справочной информации и документальных подтверждениях состава материала.

Деление по параметрам

При классификации сталей по свариваемости принято разделять их на четыре основные группы. Эти группы характеризуются способностью металлов к образованию сварных соединений с определёнными свойствами.

  • Первая группа. В неё входят низкоуглеродистые низко- и среднелегированные стали, вроде 11ЮА или 09Г2. Хорошо свариваясь, они образуют соединения высокого качества без применения особых технологических приёмов.
  • Вторая группа. Сюда относят стали удовлетворительной свариваемости, такие как 30Л или 20Г2С. Они требуют тщательной очистки соединяемых кромок, использования и строгого соблюдения специальных технологических процессов.
  • Третья группа. В неё попали склонные к образованию трещин и плохо свариваемые в обычных условиях стали. Как правило, это связано с высоким содержанием в них углерода, или большим количеством легирующих добавок. Чтобы обеспечить удовлетворительные характеристики шва, их требуется предварительно подогревать до температуры порядка 400 – 500 градусов Цельсия, а после окончания сварки проводить процедуру отжига. Как ни тяжело для многих это осознавать, но именно в эту группу входят популярные в машиностроении стали марок 30, 35 и 45.
  • Четвёртая группа. Она содержит плохо свариваемые или практически не подлежащие сварке сорта стали. Из-за насыщенности углеродом и легирующими добавками, в местах соединения они образуют трещины, избавиться от которых полностью не помогают даже технологические ухищрения.

Свариваемость сталей: классификация, характеристики, определение

Первая среди равных

Разумеется, на конечный результат оказывают влияние и другие факторы, которые нельзя игнорировать.

  • Толщина металла и общие габариты детали, поскольку с их возрастанием увеличиваются необходимые для выполнения работ энергозатраты.
  • Температурные и климатические условия, в которых производится сварка. Ведь на сильном морозе или при значительных скачках влажности получить шов хорошего качества не получится.
  • Характеристики оборудования, задействованного при проведении работ.

Но всё это придётся уже потом, когда известна свариваемость стали.

Если в домашних условиях при изготовлении не слишком ответственных деталей некоторыми параметрами можно пренебречь, то в серьёзном производстве такой подход недопустим.

Обеспечить стабильные характеристики сварных соединений удастся лишь в том случае, если заранее разработать и правильно соблюдать технологический процесс. Ведь пролёты мостов и фюзеляжи самолётов, каркасы зданий и детали станков должны обладать расчетной прочностью.

Это значит, что при их создании придётся учитывать свариваемость сталей и сплавов, для каждого материала выстраивая свою технологическую цепочку и точно понимая, чем отличаются стали 35 и 45.

  • Поделись с друзьями
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0

Источник: https://svarkalegko.com/tehonology/svarivaemost-stalej.html

Свариваемость сталей — классификация, характеристики, определение

Главная / Справочник /  

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).

Понятия свариваемости

Физическая свариваемость — подразумевает возможность получения монолитных сварных соединений с химической связью. Такой свариваемостью обладают практически все технические сплавы и чистые металлы, а также ряд сочетаний металлов с неметаллами.

Технологическая свариваемость — это характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям.

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:

  • Толщина металлического образца
  • Объем вредных примесей
  • Условия окружающей среды
  • Вместимость углерода
  • Уровень легирования
  • Микроструктура

Основным параметром для информации является химический состав материала.

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:

  • количество углерода, легирующих элементов и вредных примесей, имеющихся в марке стали в %;
  • чувствительность металла к нагреву;
  • химическая активность;
  • склонность к окислительным процессам.

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
977-88 20ГЛ,20ГСЛ, 20ФЛ, 20Г1ФЛ, 20ДХЛ, 12ДХН1МФЛ
1050-88 30
10702-78 20Г2С
19281-89 15Г2АФДпс, 16Г2АФД, 15Г2СФ, 15Г2СФД
III (ограниченно) 0,35 ÷ 0, 45 2,5 ÷ 10 977-88 35Л 40Л, 45Л,35ГЛ, 32Х06Л, 45ФЛ, 40ХЛ, 35ХГСЛ, 35НГМЛ, 20ХГСНДМЛ, 30ХГСФЛ, 23ХГС2МФЛ Качество обеспечивается предварительным нагревом заготовок до температуры не выше 250 0С и проведением термической обработки после соединения по режиму, соответствующему марке стали
1050-88 35, 40, 45
4543-71 25ХГСА, 29ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 20ХН4А, 25ХГМ, 35Г, 35Г2, 35Х, 40Х, 33ХС, 38ХС, 30ХГТ, 30ХРА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 25ХГНМТ, 30ХГНЗА, 20Х2Н4А
11268-76 12Х2НВФА
IV (плохо) выше 0,45 выше 10 977-88 50Л, 55Л, 30ХНМЛ, 25Х2Г2ФЛ 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
Читайте также:  Как правильно варить вертикальный сварочный шов для начинающих

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.

Внимание! Сварка при температуре ниже -5 °C не должна выполняться: качество соединения будет невысоким.

Влияние основных элементов на свариваемость сталей

Углерод, если его в стали менее 0,25%, свариваемость не ухудшает, а при большем его содержании свариваемость ухудшается, поскольку в зоне термического воздействия образуются закаленные структуры, что имеет следствием образование трещин. Если повышенное содержание углерода отмечается в присадочном материале, это приводит к пористости шва.

Марганец при его содержании не более 0,8% свариваемость не ухудшает, но при превышении этого показателя велики риски появления трещин из-за того, что этот элемент способствует закаленности стали.

Кремний в пределах 0,02–0,35% никак не воздействует на качество сваривания, а при содержании от 0,8 до 1,5% существенно затрудняет сварку по причине повышенной жидкотекучести и образования тугоплавких оксидов кремния.

Ванадий способствует закаленности стали, что усложняет процесс сварки. При сваривании ванадий, активно окисляясь, выгорает.

  • Вольфрам повышает прочность стали и усложняет сварку по причине сильного окисления.
  • Никель повышает пластичность и мощность, при этом не ухудшая свариваемость стали.
  • Молибден при сварке активно окисляется и выгорает, способствуя образованию трещин.
  • Хром, образующий тугоплавкие карбиды, значительно затрудняет сварку.
  • Ниобий и титан в процессе сварки соединяются с углеродом и препятствуют образованию карбида хрома, способствуя улучшению свариваемости.
  • Медь улучшает свариваемость, повышая прочность и пластичность стали, делая ее более устойчивой к коррозии.
  • Кислород работает на снижение пластичности и прочности стали, ухудшая ее свариваемость.
  • Азот обладает способностью создавать нитриды, то есть химические соединения с железом, которые повышают твердость и прочность, существенно снижая показатели пластичности стали.
  • Водород негативно сказывается на свариваемости, поскольку он накапливается в шве, вызывая образование пор и мелких трещин.
  • Фосфор – вредная добавка, повышающая твердость стали и делающая ее более хрупкой, что приводит к образованию холодных трещин.

Сера крайне нежелательна, поскольку она способствует быстрому образованию горячих трещин. При превышении содержания серы свариваемость резко ухудшается.

Как влияют на свариваемость легирующие примеси?

Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали

  • Фосфор, сера – вредоносные примеси. Содержание данных химических элементов для низкоуглеродистых сталей 0,4-0,5%.
  • Углерод – важный компонент в составе сплавов, который определяет такие показатели, как закаливаемость, пластичность, прочность, другие свойства материала. Содержание углерода в пределах 0,25% не воздействует на качество сварки. Наличие более 0,25% данного хим. элемента способствует формированию закалочных соединений, зоны термического влияния, образуются трещины.
  • Медь. Содержание меди как примеси не более 0,3%, как добавки для низколегированных сталей – пределах 0,15-0,50%, как легирующего компонента – не более одного процента. Медь улучшает коррозионную стойкость металла, при этом не ухудшает показатели качества сваривания.
  • Марганец. Содержание марганца до одного процента не затрудняет сварочный процесс. Если марганца 1,8-2,5%, то не исключается образование закалочных структур, трещин, зоны термического влияния.
  • Кремний. Этот химический элемент присутствует в металле как примесь — 0,30 процентов. Такое количество кремния не влияет на показатель качества соединения металлов. При наличии кремния в пределах 0,8-1,5%, он выступает легирующим компонентом. В данном случае существует вероятность формирования тугоплавких оксидов, ухудшающих качество соединения металлов.
  • Никель, как и хром, присутствует в низкоуглеродистых сталях, его содержание составляет до 0,3%. В низколегированных металлах никеля может быть около 5%, высоколегированных – порядка 35 процентов. Химический компонент повышает пластичность, прочностные характеристики металла, повышает качество сварных соединений.
  • Хром. Количество данного компонента в низкоуглеродистых сталях ограничено до 0,3 процентов, его содержание в низколегированных металлах может быть в пределах 0,7-3,5%, легированных – 12-18 процентов, высоколегированных примерно 35%. В момент сваривания хром способствует формированию карбидов, значительно ухудшающих коррозионную устойчивость металла. Хром способствует формированию тугоплавких оксидов, которые негативно влияют на качество сварки.
  • Молибден. Наличие этого химического элемента в металле ограничено 0,8 процентами. Такое количество молибдена позитивно сказывается на прочностных характеристиках сплава, но в процессе сварки элемент выгорает, в результате чего на наплавленном участке изделия формируются трещины.
  • Ванадий. Содержание этого элемент в легированных сталях может составлять от 0,2 до 0,8 процентов. Ванадий способствует повышению пластичности, вязкости металла, улучшает его структуру, повышает показатель прокаливаемости.
  • Ниобий, титан. Данные химические компоненты содержатся в жаропрочных, коррозионно-стойких металлах, их концентрация составляет не более одного процента. Ниобий и титан понижают показатель чувствительности металлического сплава к межкристаллитной коррозии.

Характеристики

Свариваемость металлов зависит от их химических и физических свойств, наличия примесей и др. От свариваемости металла зависит выбор технологии его сварки.

Свариваемость сталей определяется по склонности к образованию трещин и механическим свойствам шва, по ней стали разделяются на четыре группы:

  1. — хорошая свариваемость; сварка выполняется без подогрева до, в процессе сварки и после.
  2. — удовлетворительная свариваемость; сварка для предотвращения трещин предварительно нагревается, после сварки нужна термообработка.
  3. — ограниченная свариваемость; сталь склонна к образованию трещин, её предварительно подвергают термообработке, термически обрабатывается после сварки.
  4. — плохая свариваемость, склонность к образованию трещин. Сварка производится с предварительной термообработкой, подогрев проводится и после сварки.

Литература

Нормативная литература

Техническая литература

  • Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. М.: Машиностроение, 1978.
  • Сварка, резка и пайка металлов / К. К. Хренов. М.: Машиностроение, 1970, 408 с.
  • Справочник конструктора–машиностроителя. Т. 3. / В. И. Анурьев. М.: Машиностроение. 2000. 859 с.
  • Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.
  • Инструментальные стали. Справочник / Л. А. Позняк. М.: Металлургия, 1977, 168 с.

Итог

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.

Поделитесь в соц.сетях:

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/ponyatie-svarivaemosti-staley-gruppy-i-klassifikacii.html

Классификация сталей по свариваемости

По свариваемости стали подразделяют на четыре группы: первая группа — хорошо сваривающиеся; вторая группа — удовлетворительно сваривающиеся; третья группа — ограниченно сваривающиеся; четвертая группа — плохо сваривающиеся.

Основные признаки, характеризующие свариваемость сталей,- склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.

К первой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается.

Ко второй группе относят в основном стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется. В эту же группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин нуждаются в предварительном нагреве, а также в предварительной и последующей термообработке.

К третьей группе относят стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Кроме того, большинство сталей, входящих в эту группу, подвергают обработке после сварки.

К четвертой группе относят стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонные к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно, поэтому сварку их выполняют с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой.

Хорошо сваривающиеся углеродистые, низко- и среднелегированные стали. Условия сварки нормальные. Литые детали с большим объемом наплавленного металла рекомендуется варить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск по режиму термообработки для данной стали). Для конструкций, работающих под статической нагрузкой, термообработку после сварки не производят.

Для ответственных конструкций, работающих под динамическими нагрузками или при высокой температуре, термообработка производится в соответствии с техническими условиями. Детали с большим объемом наплавленного металла подлежат отжигу или высокому отпуску.

При сварке электродами Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55 (ГОСТ 9467 — 75) сварное соединение обрабатывают нормальным режущим инструментом.

Свариваемость сталей по маркам приведена в табл. 1.

Удовлетворительно сваривающиеся углеродистые, низко- и средне- легированные стали. Термообработка стали до сварки различна в зависимости от марки стали и конструкции деталей. Для отливок из стали 30Л и 35Л обязателен отжиг. Детали машин из проката или из поковок, не имеющие жестких контуров, могут подвергаться сварке в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Сварка на морозе не допускается.

Сварку деталей с большим объемом наплавленного металла, а также сварку усилительных вкладышей рекомендуется производить с промежуточной термообработкой (отжиг или высокий отпуск).

При заварке мелких раковин на деталях и элементах из углеродистой стали, содержащей углерода 0,35%, и при невозможности последующего отпуска завариваемую деталь подвергают местному подогреву.

Таблица 1. Свариваемость сталей

Свариваемость ГОСТ Марка
Углеродистые, низко- или среднелегированные стали
Хорошая 380 -75 Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст1кп, БСт1сп, БСт2кп, БСт2пс, БСт2сп, БСтЗкп, БСтЗпс, БСтЗсп, БСт4кп, Ст4пс, БСт4сп
1050-60 О,8; 10, 15, 20, 25, 15Г, 20Г
5520-69 15К, 20К
4543-71 15Х, 20Х, 20ХГСЛ, 12ХН2, 12Х2Н4А, 15НМ
5058-65 10ХСНД (СХЛ-4)
977-65 15Л, 20Л
Удовлетворительная 380-71 БСт5сп, БСт5сп, БСт5Гсп
1050-60 30, 35
4543-71 12Х2Н4А, 20ХН3А
977-65 З0Л, 35Л
5058-65 15ХСНД (СХЛ-1, НЛ-2)
Ограниченная 380-71 Ст6пс, Ст6сп, БСт6пс, БСт6сп
1050-60 40, 45, 50
4543-71 35ХМ, З0ХГС, 35СГ, ЗЗХС, 20Х2Н4А
5950-63 5ХНМ
977-65 40Л, 45Л, 50Л
Плохая 1050-60 40Г, 45Г, 50Г, 60Г, 65Г, 70Г
4543-71 50ХН
14959-69 50ХГ, 50ХГА, 55С2, 55С2А, 65, 75, 85, 60С2, 60С2А
5950-63
977-65 55Л
1435-54 У7, У6, У8Г, У9, У10, У11; У12, У13, У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А
Легированные стали
Хорошая 5632-61 0Х20Н14С2 (ЭИ732), Х23Н18 (ЭИ417), ОХ18Н10 (ОХ18Н9, ЭЯ0), Х18Н9Т (1Х18Н9Т, ЭЯ1Т)
Удовлетворительная 9Х14А, 12Х14А
Ограниченная 5632-61 2Х18Н9 (ЭЯ2), Х18Н9 (1Х18Н9, ЭЯ1)
Плохая 5952-63 Р18, Р9
5950-63 Х12, Х12М, Х, 9Х, 7ХЗ, 8ХЗ, 9ХС, 4ХС. Ф, 8ХФ, В1, ЗХ2В8Ф, 4ХВ2С, 5ХВ2С, ХВГ, 9ХВГ, 6ХВГ, 5ХНВ, ХВ5, 5ХГМ, 6ХВ2С
Читайте также:  Труборезы для полипропиленовых труб: роликовые, гильотинные, аккумуляторные

Термообработка после сварки различна для разных марок стали.

Для отливок из стали 30Л и 35Л при заварке сквозных трещин и сварке усилительных вкладышей обязателен отжиг или высокий отпуск.

При заварке мелких дефектов на углеродистой стали, содержащей углерода более 0,35%, для улучшения механических свойств и обрабатываемости термическую обработку ведут по режиму для данной стали.

Для других сталей, сваренных в термически обработанном состоянии, обязателен отпуск с нагревом до температуры на 50 — 100°С ниже температуры отпуска стали. Для стали 27ГС, 20ХГС и других сталей, склонных к отпускной хрупкости, температура отпуска после сварки должна быть вне области температуры отпускной хрупкости.

Сварные соединения, выполненные электродами Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55, можно обрабатывать нормальным режущим инструментом при условии, если содержание углерода в углеродистой стали не превышает 0,35% и объем наплавленного металла не меньше 20х20х10 мм.

Металл, наплавленный электродами ЦЛ-2, ЦЛ-4 (ГОСТ 10052 — 62), обрабатывают твердосплавным инструментом.

Ограниченно сваривающиеся углеродистые низко- и среднелегированные стали. Для отливок из стали ЛХН2 и 50Л до сварки обязателен отжиг независимо от конфигурации отливки.

Мелкие дефекты допускается заваривать в термически обработанном состоянии отливки.

Для деталей машин из проката или из поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).

Тепловой режим сварки следующий. Без предварительного подогрева, можно сваривать в случаях, когда сварные соединения не имеют жестких контуров, толщина металла не более 15 мм, температура окружающего воздуха не ниже 5°С, а сварные соединения имеют вспомогательный характер. Во всех других случаях обязателен предварительный подогрев до температуры 200°С.

Термообработка после сварки имеет следующие особенности.

При заварке крупных дефектов на деталях из стали ЛХН2 требуется термообработка по режиму для данной стали. После заварки мелких дефектов в термически обработанной отливке обязателен повторный отпуск по режиму для данной стали.

Для всякой другой стали рассматриваемой группы, сваренной в термически обработанном состоянии, обязателен отпуск для снятия напряжений с нагревом до температуры на 50 — 100°С ниже температуры отпуска стали.

Для стали 30ХГСА и других сталей, склонных к отпускной хрупкости, температура отпуска после сварки должна быть вне области отпускной хрупкости.

При сварке электродами Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55 сварные соединения обрабатываются без затруднении, если деталь подвергнута отпуску при температуре не ниже 550 — 650°С.

Плохо сваривающиеся углеродистые низко- и среднелегированные стали. Сталь перед сваркой должна быть отожжена. Независимо от толщины свариваемых элементов и типа сварного соединения сталь необходимо предварительно подогревать до температуры не ниже 200°С.

Термообработку после сварки производят по специальной инструкции в зависимости от марки стали и ее назначения.

Механическая обработка сварного соединения возможна только после отжига или высокого отпуска.

Хорошо сваривающиеся легированные стали. Термообработку до сварки не производят. При значительном наклепе металл необходимо закалить до температуры 1050 — 1100°С. Тепловой режим сварки нормальный. Термообработку после сварки не производят.

Механическая обработка сварных соединений ввиду высокой вязкости большинства сталей рассматриваемой группы затруднена.

Удовлетворительно сваривающиеся легированные стали. Рекомендуется до сварки применять отпуск при температуре 650 — 710°С с охлаждением на воздухе. Тепловой режим сварки нормальный.

На морозе сварка не допускается. Предварительный подогрев до 150 — 200°С необходим лишь при сварке элементов с толщиной стенок более 10 мм.

После сварки для снятия напряжений и снижения твердости околошовной зоны, особенно при сварке электродами из стали 0Х14А, рекомендуется заваренные детали подвергать отпуску при температуре 650 — 710°С с охлаждением деталей на воздухе.

При сварке электродами ЦЛ-2 и ЦЛ-4 термообработку производят по специальному режиму. Механическая обработка возможна только после термообработки по специальному режиму.

Ограниченно сваривающиеся легированные стали. Термообработка до сварки для различных сталей различна. Для сталей 18Х14А и СХНА обязателен отпуск при температуре 650 — 710°С с охлаждением на воздухе. Для других сталей рекомендуется закалка в воде от температуры 1050 — 1100°С.

При сварке для сталей 18Х14А, СХНА, Х25Н13Л обязателен предварительный подогрев до температуры 200 — 300°С. Стали 9Х19НА, Х18Н9 и 2Х18Н9 сваривают в нормальных условиях с минимальным разогревом и минимальной скоростью охлаждения металла шва и зоны термического влияния.

После сварки для снятия напряжений и понижения твердости металла сварного соединения детали из стали 18Х14А должны подвергаться отпуску при температуре 650 — 710°С. Для стали 9Х19НА, Х18Н9, 2Х18Н9 обязательна закалка в воде от температуры 1050- 1100°С.

Механическая обработка сварного соединения из стали 18Х14А возможна только после отпуска. Для всех других сталей обрабатываемость сварного соединения — на уровне основного металла.

Плохо сваривающиеся легированные стали. До сварки рекомендуется отпуск по определенным режимам для различных сталей.

Допускается сварка инструментальной стали в термически обработанном состоянии, если шов наплавляется не на режущую часть инструмента.

Для стали Г13Л обязательна закалка. При сварке обязателен предварительный подогрев до 200 — 300°С, за исключением сталей РФ18 и Р9, подогрев которых должен быть не ниже 600°С. Сварка стали Г1ЗЛ в состоянии закалки должна производиться без подогрева.

Термообработку после сварки выполняют по специальным инструкциям в зависимости от марки стали и назначения. Для стали Г1ЗЛ термообработка не требуется.

Источник: http://oitsp.ru/welding_article/klassifikaciya-staley-po-svarivaemosti

2.3. Свариваемость сталей

Свариваемость сталей – свойство металла
или сочетаний металлов образовывать
при установленной технологии сварки
соединение, отвечающее требованиям,
обусловленным конструкцией и эксплуатацией
изделия (ДСТУ 3761.1-98).

Свариваемость стали прежде всего зависит
от содержания в ней основного (после
железа) химического элемента – углерода.
Низкоуглеродистые стали с содержанием
С ≤ 0,25% свариваются хорошо. Это стали
для строительных металлоконструкций.
С повышением содержания углерода до
0,45% свариваемость стали ухудшается;
плохо свариваются высокоуглеродистые
стали – с содержанием до 0,9% углерода.

Ухудшают свариваемость многие химические
элементы, применяемые в производстве
легированных сталей: такие как марганец
Mn, хромCr,
молибденМо, ванадийV,
кремнийSi, медьCu,
а также примесь – фосфорР.

С увеличением содержания в стали
углерода, как наиболее изученного по
влиянию на различные свойства стали
химического элемента, повышается
вероятность ликвационной неоднородности
металла, выделение по границам зерен
сульфидных включений, способствующих
трещинообразованию; увеличивается
склонность к образованию в зоне
термического влияния (ЗТВ) весьма хрупкой
структуры мартенсита, повышающей
внутренние напряжения и склонность
стали к образованию трещин. Аналогично
действуют в большей или меньшей степени
легирующие элементы в составе стали.

Вместе с тем, при соблюдении технологии
сварки, свариваемость многих
низколегированных строительных сталей
хорошая и без специальных технологических
мероприятий. Некоторые низколегированные
стали для строительных конструкций
свариваются удовлетворительно при
применении дополнительных технологических
приемов.

2.3.2. Оценка свариваемости стали

  • Оценка свариваемости стали осуществляется
    путем учета ряда важнейших факторов,
    определяющих технологические и
    потребительские свойства стального
    проката, сварных соединений и швов:
  • — химический состав металла;
  • — скорость охлаждения металла в процессе
    сварки;
  • — характер первичной кристаллизации и
    последующих структурных превращений
    при охлаждении;
  • — склонность металла сварного соединения
    к образованию закалочных структур;
  • — склонность сварного соединения из
    данной стали к образованию горячих и
    холодных трещин;
  • — получение сварного шва требуемых
    химического состава, механических и
    других свойств.
  • За многие десятилетия развития технологии
    сварки при изготовлении строительных
    и других конструкций выявлено наибольшее
    влияние на свариваемость соединения в
    ней углерода и меньшее – других химических
    элементов, в связи с чем приравнивают
    их влияние к соответствую количеству
    (эквиваленту) углерода.

2.3.2.1 Теоретическая оценка свариваемости

Такая оценка осуществляется на основе
фактического химического состава стали
по данным сертификата производителя.

Действующий стандарт на прокат для
строительных стальных конструкций ГОСТ
27772-88, в соответствии с которым углеродный
эквивалент Сэ, %, определяют по
формуле

где C, Mn,
Si, Cr,
Ni, Cu,
V, P– массовые доли углерода, марганца,
кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и
фосфора, %.

В зависимости от углеродного эквивалента
и связанной с этим склонностью к закалке
и образованию холодных трещин, стали
по свариваемости делят на:

Этот метод используют чаще всего при
разработке технологии сварки при
изготовлении конструкций. Окончательная
оценка свариваемости может быть дана
после проведения рядов испытаний
(металлографических, механических и
т.д.), проводимых на образцах
(экспериментальные испытания) в
соответствии с рекомендациями ГОСТ,
ДСТУ, ДБН, ТУ и т.д.

Источник: https://studfile.net/preview/5433293/page:3/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector