Сварка низколегированных типов стали: виды, материалы, процесс

Сварка низколегированных типов стали часто используется в современной промышленности, так как эти материалы обладают высокой прочностью и твердостью. Основные методы соединения: ручная дуговая, полуавтоматическая в среде защитных газов, аргонодуговая и лазерная сварка.

Виды низколегированной стали

Легированными называют стальные сплавы, в состав которых для улучшения технологических и эксплуатационных характеристик введены легирующие добавки – определенный набор химических элементов. Также сталь этой группы содержит от 0,15 до 0,5 % углерода.

Различают три категории легированной стали:

• низколегированная (менее 2,5 % легирующих элементов);
• среднелегированная (от 2,5 до 10 % добавок);
• высоколегированная (свыше 10 %).

В маркировке стальных сплавов используются буквенные обозначения легирующих элементов и цифровые – их процентных долей (если добавки меньше одного процента, цифру не ставят).

Конструкционные низколегированные стальные сплавы бывают:

• низкоуглеродистыми (менее 0,25 % углерода);
• среднеуглеродистыми (от 0,2 до 0,45 %);
• теплоустойчивыми.

Приведенная ниже таблица содержит примеры маркировки основных типов низкоуглеродистой стали:

Содержание углерода в среднеуглеродистых стальных сплавах марок 35ХМ, 18Г2АФ, 17ГС и т. д. составляет не менее 0,25 %. Такой металл перед применением подвергают термической обработке.

Для теплоустойчивых низкоуглеродистых типов стали характерна повышенная прочность при нагревании. Их часто применяют для изготовления деталей различных энергоустановок.

Повышенная прочность низколегированных стальных сплавов (относительно углеродистых конструкционных) позволяет экономить металл и делать сварные конструкции с их применением более легкими.

Указанные свойства данных соединений обусловили их широкое применение в таких областях промышленного производства, как судо-, машино-, вагоностроение, строительство и множество других.

Распространенные марки низколегированных типов стали, применяемые при сварке металлоконструкций

Сварка низколегированных типов стали применяется при сборке строительных конструкций из элементов, изготовленных из стальных сплавов с содержанием углерода до 0,25 % и легирующих добавок – до 3 %.

Чаще всего элементы металлических конструкций производят из таких марок, как 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д, 16ГС, 14Г2АФ, 16Г2АФ и т. д.

При изготовлении труб для газопроводов и арматурных прутьев для железобетона часто используются низколегированные типы стали 18Г2С, 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц и др.

Свариваемость низколегированных видов стали

Низколегированным стальным сплавам, как правило, присуща хорошая свариваемость, но при выполнении сварочных работ необходимо принимать во внимание ряд особенностей. Специалисты указывают на следующие:

• Восприимчивость к термическим воздействиям. Металл шва и околошовной зоны при сварке деталей из таких сплавов может растрескиваться, возможно образование зон локального напряжения. Для предотвращения подобных явлений обычно прибегают к предварительному, сопутствующему и/или последующему подогреву заготовок.
• Необходимость тщательной предварительной подготовки поверхностей соединяемых заготовок, с которых необходимо удалить оксиды, масла и прочие загрязнения. Такие действия обеспечивают хороший контакт деталей между собой, а также с присадочным материалом (стержнями электродов или концом сварочной проволоки).
• Подбор расходников. Для формирования качественных прочных, устойчивых к коррозии и термическим воздействиям сварных соединений необходимо с особым вниманием подходить к выбору электродов, сварочной проволоки, флюсо-проволочных комплексов.
• Контроль температурного режима и прочих параметров. Сварка низколегированных типов стали часто требует более внимательного отношения к выбору настроек аппарата, скорости формирования швов, подачи присадочного материала, числу проходов и т. д., чем при работе с углеродистыми стальными сплавами.
• Содержание легирующих добавок. Также при работе с заготовками из низколегированной стали крайне важен баланс компонентов в составе как основного, так и присадочного металлов, который обеспечит оптимальный химический состав материала швов.

Свариваемость низколегированных стальных сплавов специалисты оценивают как хорошую, однако отмечают необходимость выполнения сварочных работ с учетом специфических особенностей каждой конкретной марки.

Сварочные материалы для сварки низколегированных сталей

При сварке деталей из низколегированных стальных сплавов для создания швов с требуемыми характеристиками необходимо пользоваться правильно подобранными сварочными материалами. Рассмотрим наиболее часто применяемые:

1. Покрытые электроды SMAW. Применяются для дуговой сварки в среде защитного газа, как правило, аргона. В состав покрытия стержней включены хром, молибден, никель и другие легирующие элементы, что позволяет обеспечить высокое качество сварных соединений.
2. Сварочная проволока. Для MIG/MAG сварки деталей из низкоуглеродистой стали в качестве присадочного материала используется проволока, изготовленная из сплава с содержанием легирующих добавок, которые необходимы для формирования прочных качественных и устойчивых к коррозии сварных соединений.
3. Флюсо-проволочные комплексы. При автоматической и полуавтоматической сварке заготовок из низколегированных стальных сплавов FCAW (Flux Core Arc Welding) в качестве присадочного материала используются специальные порошковые проволоки. При плавлении присадки флюсовый порошок выделяет газы, которые защищают расплав в сварочной ванне от контакта с окружающим воздухом, обеспечивая высокое качество соединений и стабильное горение дуги.
4. Для аргонодуговой сварки низколегированных типов стали нередко пользуются чистыми органическими проволоками. Присутствующие в их составе легирующие добавки (хром, никель и молибден) обеспечивают высокую точность формирования швов и качество сварных соединений.

Лучший способ сварки низколегированной стали

Чаще всего для соединения деталей из низколегированных стальных сплавов пользуются ручной дуговой сваркой. Технологический процесс при этом схож с тем, который используется при работе с низкоуглеродистыми типами стали. Металлы с углеродистостью не выше 0,25 % показывают неплохую свариваемость вне зависимости от толщины заготовок и температуры окружающего воздуха.

Профессионалы отмечают три основных преимущества ручной дуговой сварки. Этот способ отличается:

• универсальностью;
• простотой применения;
• позволяет формировать швы с любым расположением в пространстве и в труднодоступных местах.

Соединение хромокремнемарганцевых сталей

Низколегированные стальные сплавы этого типа часто называют «хромансиль». Их углеродистость колеблется от 0,17 до 0,4 %, а содержание кремния и хрома – от 0,9 до 1,2 %. К плюсам относятся относительно невысокая стоимость в сочетании с упругостью и прочностью, а также устойчивость к вибрациям. Главный минус – относительно низкая теплоустойчивость.

Если используется газовая сварка, нагревание металла вызывает частичное выгорание хрома и кремния. При этом образуются оксиды, шлак и непровары в швах. Для предотвращения окисления легирующих элементов рекомендуется использовать нормальное пламя мощностью от 75 до 100 дм³ ацетилена на каждый миллиметр толщины деталей.

Специалисты рекомендуют пользоваться следующими присадочными проволоками:

• низкоуглеродистыми Св-08 или Св-08А – для обычных сварочных работ;
• легированными Св-19ХМА, Св-13ХМА, Св-10ХГС, Св-18ХГСА – для сварки ответственных конструкций.

Наварка присадочного металла выполняется одним непрерывным проходом. Нельзя задерживать струю пламени на одном участке. В противном случае может перегреться расплав в сварочной ванне. Для предотвращения температурной деформации заготовок опытные сварщики формируют швы от середины к краю соединяемых кромок. От растрескивания металла при кристаллизации спасает медленное охлаждение соединений.

Закалку ответственных сварных соединений выполняют путем нагревания до температуры от +500 до +650 °С с выдержкой и последующим нагреванием до +880 °С с охлаждением в масле. Отпуск производится при температуре от +400 до +600 °C, после чего изделие охлаждается в емкости с горячей водой.

Соединение сталей 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д

Низколегированные низкоуглеродистые типы стали 09Г2С и 10Г2С1 отличаются высокой термостойкостью и тем, что в них почти не образуются закалочные структуры. Сварку можно выполнять в разных тепловых режимах, соблюдая технологический процесс, общий для всех стальных сплавов с низкой углеродистостью.

Стальной сплав марки 10Г2С1Д представляет собой низколегированную конструкционную сталь для сварных изделий.

Сварку деталей из стали с высокой свариваемостью можно выполнять, не прибегая к подогреву и термической обработке. Если свариваемость ограничена, используют подогрев до температуры от +100 до +120 °C и термообработку. Когда речь идет о трудносвариваемых типах сплавов, для подогрева используется температура от +200 до +300 °C, а готовые сварные соединения подвергают отжигу.

Сварка конструкционных низколегированных типов стали

В состав низколегированных стальных сплавов, помимо железа, входят:

• углерод (до 0,2 %);
• легирующие добавки (от 2 до 3 %).

По механическим характеристикам такие соединения опережают низкоуглеродистые. Кремний, содержание которого колеблется от 1,0 до 1,1 %, делает металл более прочным и упругим. Если же концентрация этого элемента слишком велика, образующиеся в материале швов неметаллические включения затрудняют сварку.

Содержание марганца от 1,6 до 1,8 % улучшает закаливаемость, однако отрицательно сказывается на прочих технологических свойствах стали. Также свариваемость может ухудшаться из-за высокого процентного содержания таких добавок, как молибден, хром и ванадий.

Для закалки изделий из таких типов стали применяются:

• мягкий режим без термической обработки или в печах;
• жесткий режим с термической обработкой в точечных машинах.

Рекомендуемая сила сварочного тока при сварке низколегированных типов стали обычно на 10–15 % меньше, чем та, которую устанавливают при работе с низкоуглеродистым металлом, а давление на электрод должно быть больше на 10–15 %.

Используемые сварочные технологии в целом аналогичны тем, что применяются для работ с низкоуглеродистыми сплавами. Это – дуговая, газовая или контактная сварка. Для ручной дуговой пользуются электродами Э-50А, что позволяет получить швы, механические свойства которых аналогичны свойствам металла соединяемых деталей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.