Come può la saldatura dell'acciaio al carbonio essere una pratica comune e allo stesso tempo una sfida complessa? Questa guida esplora l'intricato mondo della saldatura dell'acciaio al carbonio, esaminando i tipi di acciaio al carbonio, la loro saldabilità e le tecniche specifiche per garantire giunti solidi e affidabili. I lettori impareranno le differenze tra la saldatura di acciai a basso, medio e alto tenore di carbonio e le precauzioni necessarie per evitare i più comuni difetti di saldatura. Immergetevi per comprendere le fasi cruciali e le migliori pratiche per una saldatura di successo dell'acciaio al carbonio.
1. Che cos'è l'acciaio al carbonio?
L'acciaio viene classificato in due categorie principali in base alla sua composizione chimica: acciaio al carbonio e acciaio legato. L'acciaio al carbonio è ulteriormente suddiviso in tre tipi in base al suo contenuto di carbonio:
L'acciaio a basso tenore di carbonio, noto anche come acciaio dolce, contiene meno di 0,25% di carbonio. È caratterizzato da:
Le applicazioni includono:
Alcuni acciai a basso tenore di carbonio sono sottoposti a carburazione o ad altri trattamenti di indurimento superficiale per migliorare la resistenza all'usura per specifiche applicazioni meccaniche.
2. Acciaio al carbonio medio
L'acciaio a medio tenore di carbonio, con un contenuto di carbonio compreso tra 0,25% e 0,60%, offre:
Caratteristiche principali:
Applicazioni:
3. Acciaio ad alto tenore di carbonio
L'acciaio ad alto tenore di carbonio, spesso definito acciaio per utensili, contiene da 0,60% a 1,70% di carbonio. È caratterizzato da:
Applicazioni basate sul contenuto di carbonio:
Gli acciai ad alto tenore di carbonio sono tipicamente trattati termicamente (bonificati) per ottenere proprietà meccaniche ottimali per le applicazioni cui sono destinati.
La saldabilità dell'acciaio è influenzata principalmente dalla sua composizione chimica, con il contenuto di carbonio come fattore più critico. Anche se altri elementi di lega presenti nell'acciaio possono influire sulla saldatura, il loro impatto è generalmente meno significativo rispetto al carbonio.
L'acciaio a basso tenore di carbonio (tipicamente 25 mm), basse temperature ambientali (0,05%), sono necessarie ulteriori precauzioni:
L'acciaio a medio tenore di carbonio (0,25-0,60% C) è più soggetto a cricche da freddo durante la saldatura. Con l'aumento del tenore di carbonio, aumenta la temprabilità della ZTA, con conseguente maggiore probabilità di cricche da freddo e ridotta saldabilità. Gli elevati livelli di carbonio nel materiale di base aumentano anche il contenuto di carbonio nel metallo saldato che, insieme allo zolfo eventualmente presente, può favorire la criccatura a caldo. Per ridurre questi problemi durante la saldatura di acciai a medio tenore di carbonio:
L'acciaio ad alto tenore di carbonio (>0,60% C) presenta le sfide di saldatura più significative a causa dell'elevato contenuto di carbonio. Durante la saldatura si sviluppano notevoli tensioni termiche, la ZTA diventa altamente suscettibile all'indurimento e alla cricca a freddo e il metallo saldato è soggetto a cricca a caldo. Di conseguenza, l'acciaio ad alto tenore di carbonio ha la saldabilità più scarsa tra le tre categorie. Il suo uso nelle strutture saldate è generalmente evitato, limitando le applicazioni alla saldatura di riparazione o al rivestimento duro di componenti resistenti all'usura. Quando è necessario saldare l'acciaio ad alto tenore di carbonio:
L'acciaio al carbonio medio si riferisce all'acciaio al carbonio con un contenuto di carbonio compreso tra 0,25% e 0,60%, che comprende il carbonio di alta qualità. gradi di acciaio strutturale come 30, 35, 45, 50, 55 e gradi di acciaio al carbonio fuso come ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 e ZG340-640.
A causa del maggiore contenuto di carbonio nell'acciaio a medio tenore di carbonio rispetto a quello a basso tenore di carbonio, la sua saldabilità è inferiore. Quando la frazione di massa del carbonio è vicina a 0,30% e il contenuto di manganese non è elevato, la saldabilità è ancora buona, ma con l'aumento del contenuto di carbonio la saldabilità peggiora gradualmente.
Quando la frazione di massa del carbonio raggiunge circa 0,50%, la saldabilità peggiora significativamente.
I problemi che possono verificarsi durante la saldatura di acciaio a medio tenore di carbonio sono i seguenti:
A causa dell'elevato contenuto di carbonio nell'acciaio, la zona colpita dal calore può produrre facilmente materiali duri e fragili. struttura della martensite durante la saldatura, con conseguente formazione di cricche fredde.
Se si utilizzano materiali di saldatura inadeguati o se il processo di saldatura non è formulata correttamente, è facile che si verifichino cricche da freddo nella saldatura.
Durante la saldatura, il materiale madre ad alto tenore di carbonio fonde e introduce carbonio nella saldatura, aumentando così il contenuto di carbonio nella saldatura. Il carbonio può intensificare l'effetto dello zolfo e del fosforo nei metalli e causare cricche a caldo.
Pertanto, quando si salda un acciaio a medio tenore di carbonio, è facile che si verifichino cricche a caldo nella saldatura. Ciò è particolarmente vero quando il contenuto di zolfo e di fosforo nel materiale di partenza o di materiale di saldatura non sono strettamente controllati, rendendo più probabile la formazione di cricche a caldo.
Inoltre, l'elevato contenuto di carbonio nell'acciaio può aumentare la tendenza della saldatura a produrre pori di gas CO.
A causa della propensione dell'acciaio a medio tenore di carbonio a formare difetti come cricche a freddo e a caldo durante la saldatura, è necessario adottare misure tecniche speciali per garantire il successo della saldatura.
Per la saldatura ad arco a medio tenore di carbonio si possono impiegare diversi metodi saldatura dell'acciaio. Poiché l'acciaio a medio tenore di carbonio viene comunemente utilizzato per la produzione di parti di macchine piuttosto che per strutture di saldatura su larga scala, il metallo schermato è un materiale che non può essere utilizzato. saldatura ad arco è il più utilizzato.
Per evitare la formazione di cricche fredde e calde nella saldatura, gli elettrodi a basso contenuto di idrogeno sono tipicamente utilizzati nelle saldature schermate. arco metallico saldatura. Questi elettrodi non solo mantengono un basso contenuto di idrogeno nella saldatura, ma hanno anche effetti desolforanti e disfosforanti, migliorando la plasticità e la tenacità della saldatura.
Quando l'acciaio ha un contenuto di carbonio inferiore e il giunto è meno rigido, si possono utilizzare elettrodi rutilici o basici. Tuttavia, è necessario adottare misure tecniche rigorose, come ridurre al minimo il rapporto di fusione, preriscaldare rigorosamente il pezzo e controllare la temperatura degli intercalari.
Se il preriscaldamento non è possibile, si possono usare elettrodi di acciaio inossidabile austenitico, come E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407).
Il preriscaldamento è la tecnica più efficace per prevenire le cricche durante la saldatura di acciai a medio tenore di carbonio. Il preriscaldamento non solo riduce la velocità di raffreddamento del giunto, impedendo la formazione di martensite, ma riduce anche le sollecitazioni di saldatura e accelera la diffusione dell'idrogeno.
Nella maggior parte dei casi, è necessario preriscaldare e mantenere la temperatura dell'intercalare.
La scelta delle temperature di preriscaldamento e di intercalazione dipende dall'equivalente di carbonio dell'acciaio, dallo spessore del metallo di base, dalla rigidità della struttura e dal tipo di elettrodo.
La temperatura di preriscaldamento può essere determinata attraverso prove di saldatura o attraverso la formula empirica T0=550(C-0,12)+0,4δ. In questa formula, T0 rappresenta la temperatura di preriscaldamento (℃), C rappresenta la frazione di massa di carbonio nel metallo base da saldare (%) e δ rappresenta lo spessore del metallo base. lamiera d'acciaio (mm).
Le temperature di preriscaldamento e di intercalazione per la saldatura degli acciai 30, 35 e 45 sono riportate nella Tabella 1.
Tabella 1 Temperatura di preriscaldamento e temperatura di rinvenimento post-saldatura per il carbonio saldatura dell'acciaio
| Grado di acciaio | Spessore della saldatura /mm | Processo operativo | Asta di saldatura categoria | Nota | |
| Temperatura dell'intercalare di preriscaldamento /℃ | Temperatura di rinvenimento per la distensione /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Bacchetta per saldatura di tipo non a basso contenuto di idrogeno | 1. L'intervallo di riscaldamento su entrambi i lati della scanalatura per il preriscaldamento locale è di 150-200 mm. 2. Durante il processo di saldatura, la martellatura può essere utilizzata per ridurre la saldatura. sollecitazione residua. |
| Bacchetta per saldatura a basso contenuto di idrogeno | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Tipo a basso contenuto di idrogeno | ||
| >150 | Tipo non a basso contenuto di idrogeno | ||||
| 50-100 | >150 | Tipo a basso contenuto di idrogeno | |||
| 45 | -100 | >200 | Tipo a basso contenuto di idrogeno | ||
Il pezzo da lavorare dovrebbe avere una scanalatura a U o a V per ridurre la percentuale di metallo base che si fonde nella saldatura. Se si riparano difetti in fusioni, la scanalatura scavata dovrebbe avere un esterno liscio per ridurre al minimo la quantità di metallo base che si fonde nella saldatura.
Per la saldatura si deve utilizzare un'alimentazione a corrente continua a polarità inversa. Per la saldatura multistrato, gli elettrodi di piccolo diametro, la corrente bassa e l'alimentazione lenta sono i fattori che più si adattano alla saldatura. velocità di saldatura poiché la percentuale di metallo base che si fonde nel primo strato della saldatura può arrivare fino a 30%.
Dopo la saldatura, il pezzo dovrebbe essere sottoposto immediatamente a un trattamento termico di distensione. Ciò è particolarmente importante per le saldature di grande spessore, per le strutture altamente rigide e per le saldature sottoposte a carichi dinamici o d'urto.
La temperatura per il sollievo dallo stress ricottura è generalmente compresa tra 600 e 650 gradi Celsius.
Se non è possibile eseguire il trattamento termico di distensione subito dopo la saldatura, è necessario eseguire un post-riscaldamento, che prevede un riscaldamento leggermente superiore alla temperatura di saldatura. temperatura di preriscaldamentocon un tempo di mantenimento di circa 1 ora per 10 mm di spessore.
(I) 35 Acciaio e ZG270-500 Acciaio al carbonio fuso
La frazione di massa del carbonio nell'acciaio 35 è compresa tra 0,32% e 0,39%, mentre quella dell'acciaio al carbonio ZG270-500 è compresa tra 0,31% e 0,40%. L'equivalente di carbonio è di circa 0,45%, quindi la saldabilità di questo acciaio è molto bassa. tipo di acciaio è accettabile.
Tuttavia, nella zona interessata dal calore durante la saldatura, si forma una zona dura e fragile. struttura martensitica si possono formare delle fessure che tendono a incrinarsi. Pertanto, è necessario adottare alcune misure tecniche quando si salda questo tipo di acciaio.
Quando si utilizza la saldatura ad arco con elettrodi, se un cordone di saldatura Se è necessario un cordone di saldatura di pari resistenza rispetto al materiale di partenza, è possibile utilizzare le bacchette E5016 (J506) o E5015 (J507). Se non è richiesto un cordone di saldatura di pari resistenza rispetto al materiale di partenza, è possibile scegliere le bacchette E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423) ecc.
Per la saldatura ad arco sommerso, è possibile selezionare i flussi HJ430 o HJ431 e i fili H08MnA o H10Mn2.
Per la saldatura a scoria si possono scegliere i flussi HJ430, HJ431, HJ360 e i fili H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA.
Quando si saldano l'acciaio 35 e l'acciaio fuso ZG270-500, la temperatura tipica di preriscaldamento e la temperatura interstrato per le parti saldate sono di circa 150℃. Se la rigidità delle parti saldate è relativamente elevata, la temperatura di preriscaldamento e la temperatura interstrato devono essere aumentate a 200-250℃.
L'intervallo di riscaldamento per il preriscaldamento locale è di 150-200 mm su entrambi i lati della scanalatura.
Per i pezzi saldati di elevato spessore, alta rigidità o sottoposti a carichi dinamici o d'urto, la ricottura di distensione deve essere eseguita immediatamente dopo la saldatura. La temperatura di ricottura è generalmente di 600-650℃.
Per le parti saldate di spessore generale, è possibile utilizzare il post-riscaldamento per consentire la diffusione dell'idrogeno.
La temperatura di post-riscaldamento è generalmente di 200-350℃ e il tempo di mantenimento è di 2-6 ore, a seconda dello spessore delle parti saldate.
(II) Acciaio 45 e acciaio al carbonio fuso ZG310-570
La frazione di massa del carbonio nell'acciaio 45 è compresa tra 0,42% e 0,5%, mentre quella dell'acciaio ZG310-570 è compresa tra 0,41% e 0,50%. Il carbonio equivalente è di circa 0,56%. Questo acciaio ha una maggiore tendenza a indurire ed è soggetto a cricche, rendendo la sua saldabilità relativamente scarsa.
Per la saldatura ad arco con elettrodo, si devono scegliere bacchette a basso contenuto di idrogeno. Se è richiesto un cordone di saldatura di pari resistenza rispetto al materiale madre, si possono utilizzare le bacchette E5516-G (J556) o E5515-G (J557).
Se non è richiesto un cordone di saldatura di pari resistenza rispetto al materiale madre, si possono scegliere le bacchette E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423) ecc.
Per la saldatura ad arco sommerso, è possibile scegliere i flussi HJ350 o SJ101 e i fili H08MnMoA.
Quando si saldano acciaio 45 e acciaio al carbonio fuso ZG310-570, si dovrebbe scegliere una corrente di saldatura più piccola per ridurre il rapporto di fusione del cordone di saldatura e diminuire la quantità di carbonio che passa dal materiale madre al cordone di saldatura.
Per saldare questo tipo di acciaio, è meglio preriscaldare l'intero pezzo a una temperatura superiore a 200℃.
Per i giunti a T, dato che hanno più direzioni di dissipazione del calore rispetto ai giunti di testa, la velocità di raffreddamento del giunto saldato aumenterà, aumentando la tendenza a produrre crepe da freddo.
Pertanto, la temperatura di preriscaldamento deve essere opportunamente aumentata a 250-400℃, a seconda dello spessore delle parti saldate.
La temperatura dell'intercalare non deve essere inferiore alla temperatura di preriscaldamento.
Dopo la saldatura, le parti saldate devono essere immediatamente sottoposte a ricottura di distensione. La temperatura di ricottura è di 600-650℃.
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