Как сварка углеродистой стали может быть одновременно и обычной практикой, и сложной задачей? Это руководство исследует запутанный мир сварки углеродистой стали, рассказывая о типах углеродистой стали, их свариваемости и специфических методах, обеспечивающих прочные и надежные соединения. Читатели узнают о различиях в сварке низко-, средне- и высокоуглеродистой стали, а также о мерах предосторожности, необходимых для предотвращения распространенных дефектов сварки. Погрузитесь в процесс, чтобы понять важнейшие шаги и лучшие практики для успешной сварки углеродистой стали.
1. Что такое углеродистая сталь?
Сталь подразделяется на две основные категории по химическому составу: углеродистая и легированная. Углеродистая сталь подразделяется на три типа в зависимости от содержания углерода:
Низкоуглеродистая сталь, также известная как мягкая сталь, содержит менее 0,25% углерода. Она характеризуется:
Приложения включают:
Некоторые низкоуглеродистые стали подвергаются науглероживанию или другим видам поверхностной закалки для повышения износостойкости для конкретных механических применений.
2. Среднеуглеродистая сталь
Среднеуглеродистая сталь, с содержанием углерода от 0,25% до 0,60%, предлагает:
Ключевые характеристики:
Приложения:
3. Высокоуглеродистая сталь
Высокоуглеродистая сталь, часто называемая инструментальной, содержит от 0,60% до 1,70% углерода. Она характеризуется:
Применение основано на содержании углерода:
Высокоуглеродистые стали обычно подвергаются термообработке (закалке и отпуску) для достижения оптимальных механических свойств для их применения по назначению.
Свариваемость стали в первую очередь зависит от ее химического состава, причем содержание углерода является наиболее критическим фактором. Хотя другие легирующие элементы в стали могут влиять на сварку, их воздействие обычно менее значительно по сравнению с углеродом.
Низкоуглеродистая сталь (обычно 25 мм), при низких температурах окружающей среды (0,05%), необходимы дополнительные меры предосторожности:
Среднеуглеродистая сталь (0,25-0,60% C) более восприимчива к холодному растрескиванию во время сварки. С увеличением содержания углерода закаливаемость HAZ повышается, что приводит к увеличению вероятности холодного растрескивания и снижению свариваемости. Повышенное содержание углерода в основном материале также увеличивает содержание углерода в металле шва, что в сочетании с присутствующей серой может способствовать образованию горячих трещин. Чтобы уменьшить эти проблемы при сварке среднеуглеродистой стали:
Высокоуглеродистая сталь (>0,60% C) представляет собой наиболее серьезную проблему при сварке из-за высокого содержания углерода. Во время сварки возникают значительные термические напряжения, зона HAZ становится очень восприимчивой к закалке и холодному растрескиванию, а металл шва подвержен горячему растрескиванию. Следовательно, высокоуглеродистая сталь обладает самой плохой свариваемостью среди всех трех категорий. Ее использования в сварных конструкциях обычно избегают, ограничиваясь ремонтной сваркой или наплавкой износостойких деталей. Когда сварка высокоуглеродистой стали необходима:
Среднеуглеродистая сталь относится к углеродистой стали с содержанием углерода от 0,25% до 0,60%, которая включает в себя высококачественную углеродистую сталь марки конструкционной стали такие как 30, 35, 45, 50, 55 и литые марки углеродистой стали, такие как ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 и ZG340-640.
Из-за более высокого содержания углерода в среднеуглеродистой стали по сравнению с низкоуглеродистой свариваемость ухудшается. Когда массовая доля углерода близка к 0,30%, а содержание марганца невелико, свариваемость остается хорошей, но по мере увеличения содержания углерода свариваемость постепенно ухудшается.
Когда массовая доля углерода достигает примерно 0,50%, свариваемость значительно ухудшается.
При сварке среднеуглеродистой стали могут возникнуть следующие проблемы:
Из-за высокого содержания углерода в стали в зоне термического влияния легко образуются твердые и хрупкие частицы. структура мартенсита во время сварки, что приводит к образованию холодных трещин.
Если используются ненадлежащие сварочные материалы или процесс сварки неправильно сформулирована, в сварном шве могут легко появиться холодные трещины.
Во время сварки высокоуглеродистый исходный материал расплавляется и вносит углерод в сварной шов, тем самым увеличивая содержание углерода в сварке. Углерод может усилить действие серы и фосфора в металлах и вызвать горячие трещины.
Поэтому при сварке среднеуглеродистой стали в шве могут легко образоваться горячие трещины. Это особенно верно, когда содержание серы и фосфора в исходном материале или сварочный материал не строго контролируются, что повышает вероятность появления горячих трещин.
Кроме того, высокое содержание углерода в стали может увеличить склонность сварного шва к образованию газовых пор CO.
В связи со склонностью среднеуглеродистой стали к образованию дефектов, таких как холодные и горячие трещины при сварке, для обеспечения успешной сварки необходимо принимать специальные технические меры.
Для среднеуглеродистой сварки могут использоваться различные методы дуговой сварки. сварка стали. Поскольку среднеуглеродистая сталь обычно используется для производства деталей машин, а не крупных сварочных конструкций, защитный металл дуговая сварка используется наиболее часто.
Чтобы предотвратить образование холодных и горячих трещин в сварном шве, электроды с низким содержанием водорода обычно используются в защитных металлическая дуга сварка. Эти электроды не только поддерживают низкое содержание водорода в сварном шве, но и оказывают десульфурирующее и дефосфорирующее действие, повышая пластичность и вязкость сварного шва.
Если сталь имеет более низкое содержание углерода и шов обладает меньшей жесткостью, можно использовать рутиловые или основные электроды. Однако при этом должны быть приняты строгие технические меры, такие как минимизация коэффициента плавления, строгий предварительный нагрев заготовки и контроль температуры прослойки.
Если предварительный подогрев невозможен, можно использовать электроды из аустенитной нержавеющей стали, например, Э308Л-16 (А102), Э308Л-15 (А107), Э309-16 (А302), Э309-15 (А307), Э310-16 (А402), Э310-15 (А407).
Предварительный подогрев является наиболее эффективным методом предотвращения образования трещин при сварке среднеуглеродистой стали. Предварительный подогрев не только снижает скорость охлаждения шва, предотвращая образование мартенсита, но и уменьшает сварочное напряжение и ускоряет диффузию водорода.
В большинстве случаев требуется предварительный нагрев и поддержание температуры прослойки.
Выбор температуры предварительного нагрева и межслойной обработки зависит от углеродного эквивалента стали, толщины основного металла, жесткости конструкции и типа электрода.
Температура предварительного нагрева может быть определена по результатам сварочных испытаний или по эмпирической формуле T0=550(C-0,12)+0,4δ. В этой формуле T0 представляет собой температуру предварительного нагрева (℃), C представляет собой массовую долю углерода в свариваемом основном металле (%), а δ представляет собой толщину стальная пластина (мм).
Температуры предварительного нагрева и прослойки для сварки сталей 30, 35 и 45 приведены в таблице 1.
Таблица 1 Температура предварительного нагрева и температура отпуска после сварки для углерода сварка стали
| Марка стали | Толщина сварного шва /мм | Процесс эксплуатации | Сварочный пруток категория | Примечание | |
| Температура межслойного подогрева /℃ | Температура отпуска для снятия напряжения /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Сварочный прут типа не низкого водорода | 1. Диапазон нагрева с обеих сторон канавки для локального предварительного нагрева составляет 150-200 мм 2. Во время процесса сварки можно использовать молоток для уменьшения остаточное напряжение. |
| Сварочная проволока с низким содержанием водорода | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Тип с низким содержанием водорода | ||
| >150 | Тип без низкого содержания водорода | ||||
| 50-100 | >150 | Тип с низким содержанием водорода | |||
| 45 | -100 | >200 | Тип с низким содержанием водорода | ||
В идеале заготовка должна иметь U- или V-образную канавку, чтобы уменьшить долю основного металла, вплавляемого в шов. При устранении дефектов в отливках выемка должна иметь гладкую внешнюю поверхность, чтобы минимизировать количество основного металла, проплавляемого в сварной шов.
Для сварки следует использовать источник питания постоянного тока обратной полярности. Для многослойной сварки следует использовать электроды малого диаметра, малый ток и медленный ток. скорость сварки следует использовать, поскольку доля основного металла, расплавляющегося в первом слое шва, может достигать 30%.
В идеале после сварки заготовка должна сразу же подвергаться термообработке для снятия напряжений. Это особенно важно для сварных соединений большой толщины, высокожестких конструкций, а также сварных соединений, работающих в условиях динамических или ударных нагрузок.
Температура для снятия стресса отжиг обычно составляет от 600 до 650 градусов Цельсия.
Если термообработка для снятия напряжений не может быть проведена сразу после сварки, следует выполнить постобработку, которая включает в себя нагрев немного выше температура предварительного нагреваВремя выдержки составляет примерно 1 час на 10 мм толщины.
(I) Сталь 35 и литая углеродистая сталь ZG270-500
Массовая доля углерода в стали 35 составляет от 0,32% до 0,39%, а в литой углеродистой стали ZG270-500 - от 0,31% до 0,40%. Углеродный эквивалент составляет около 0,45%, следовательно, свариваемость этой стали тип стали приемлемо.
Однако в зоне термического влияния во время сварки образуется твердый и хрупкий мартенситная структура может образоваться трещина, склонная к растрескиванию. Поэтому при сварке этого типа стали необходимо принимать определенные технические меры.
При использовании электродуговой сварки, если сварной шов равной прочности с основным материалом, можно использовать сварочные прутки E5016 (J506) или E5015 (J507). Если сварной шов равной прочности с основным материалом не требуется, можно использовать сварочные прутки E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423) и т. д.
Для дуговой сварки под флюсом можно выбрать флюсы HJ430 или HJ431 и проволоку H08MnA или H10Mn2.
Для шлаковой сварки можно выбрать флюсы HJ430, HJ431, HJ360 и проволоку H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA.
При сварке стали 35 и литой стали ZG270-500 типичная температура предварительного нагрева и температура прослойки для свариваемых деталей составляет около 150℃. Если жесткость свариваемых деталей относительно велика, температуру предварительного нагрева и температуру прослойки следует увеличить до 200-250℃.
Диапазон нагрева для локального предварительного нагрева составляет 150-200 мм с обеих сторон паза.
Для сварных деталей большой толщины, высокой жесткости, работающих в условиях динамических или ударных нагрузок, отжиг для снятия напряжения следует проводить сразу после сварки. Температура отжига обычно составляет 600-650℃.
Для сварных деталей общей толщины можно использовать последующий подогрев, чтобы обеспечить диффузию водорода.
Температура последующего нагрева обычно составляет 200-350℃, а время выдержки - 2-6 часов, в зависимости от толщины свариваемых деталей.
(II) Сталь 45 и литая углеродистая сталь ZG310-570
Массовая доля углерода в стали 45 составляет от 0,42% до 0,5%, а в литой стали ZG310-570 - от 0,41% до 0,50%. Углеродный эквивалент составляет около 0,56%. Эта сталь имеет большую склонность к затвердеванию и склонна к образованию трещин, что делает ее свариваемость относительно низкой.
Для электродуговой сварки следует выбирать сварочные прутки с низким содержанием водорода. Если требуется получить сварной шов, равный по прочности основному материалу, можно использовать сварочные прутки E5516-G (J556) или E5515-G (J557).
Если не требуется сварной шов, равный по прочности основному материалу, можно выбрать сварочные прутки E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423) и т.д.
Для дуговой сварки под флюсом можно выбрать флюсы HJ350 или SJ101 и проволоку H08MnMoA.
При сварке стали 45 и литой углеродистой стали ZG310-570 следует выбирать меньший сварочный ток, чтобы уменьшить коэффициент проплавления сварного шва и уменьшить количество углерода, переходящего из основного материала в сварной шов.
Для сварки этого типа стали лучше всего предварительно нагреть всю деталь до температуры выше 200℃.
Для Т-образных соединений, поскольку они имеют больше направлений отвода тепла, чем стыковые соединения, скорость охлаждения сварное соединение увеличивается, повышая склонность к образованию холодных трещин.
Поэтому температура предварительного нагрева должна быть соответственно увеличена до 250-400℃ в зависимости от толщины свариваемых деталей.
Температура прослойки должна быть не ниже температуры предварительного нагрева.
После сварки сваренные детали должны немедленно подвергнуться отжигу для снятия напряжения. Температура отжига составляет 600-650℃.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO