Способы сварки стали

Стали, которые вмещают углерод до 0,27%, хорошо свариваются всеми способами. Стали с повышенным содержанием углерода в большинстве случаев свариваются с предварительным подогревом, а иногда с последующей термической обработкой – нормализацией или отжигом.

Стали, которые вмещают легирующие элементы в сумме до 5%, принадлежат к низколегированным.

По назначению стали они делятся на три группы:

• Низколегированные;
• Среднелегированные;
• Низколегированные жаропрочные.

Низколегированные малоуглеродистые стали вмещают 0,22% углерода. Их легируют хромом, марганцем, кремнием, никелем, медью, титаном и используют як строительные стали в кораблестроении и транспортном машиностроении.

Низколегированные среднеуглеродистые стали вмещают от 0,20% до 0,40%  углерода. Самые распространенные из хромокремниемарганцевых сталей марки 20ХГС, 25ХГСА, 30ХГСА, которые имеют повышенную прочность и упругость.

Низкоуглеродистые жаропрочные стали легируются в основном хромом, молибденом, ванадием и вольфрамом. Используют низкоуглеродистые стали при изготовлении пароэнергетических установок, которые работают при высоких температура до 500 градусов Цельсия и больше.

Низколегированные стали свариваются различными способами и технологиями. Правда, в отличие от обычных малоуглеродистых сталей они, подобно к сталям с повышенным содержанием углерода, имеют повышенную склонность к закалке и возникновению закалочных трещин в зоне термического влияния.

Поэтому большинство низколегированных сталей при толщине свыше 10 мм сваривают с предварительным подогревом до температуры от 150 до 350 градусов Цельсия. А после сварки сталь поддается термической обработке – нормализации и высокотемпературному отпуску.

Для  изготовления электродов, которые применяются для сварки этих сталей, используют низколегированный сварочный прут. Электродные покрытия, как правило, имеют фтористо-кальциевую шлаковую основу.

Для сваривания хромовых нержавеющих сталей с содержанием хрома от 12% до 18% и углерода свыше 0,1% (резкий уклон к закалке на воздухе) выполняют обязательный подогрев до 200-250 градусов Цельсия с последующим высокотемпературным отпуском. Это позволяет избежать проявлений в сварных швах и в зонах швов структуры мартенсита. На практике применяют способ дуговой сварки хромистых сталей электродами с хромоникелевого прута или прута того же состава, что и основной металл, с покрытием типа УОНИ-13.

Хромовые стали, которые содержат хром больше 25%, например Х25, Х28, принадлежат к ферритному классу. Они имеют высокую кисло стойкость и окаливаемостойкость при нагреве до температуры 1000-1100 градусов и незакаленными.

Во время сварки ферритных хромовых сталей в металле шва образуется крупнозернистая структура с низкими механическими свойствами. В окружающей зоне также происходит интенсивный рост зерна, что свойственно для однофазных сталей, которые не изменяют фазу при изменении температуры.

Структура и механические свойства швов стали улучшаются, если в электродные покрытия добавить титан, алюминий и другие элементы, которые делают зерно мельче. Стали марок Х25 и Х28 сваривают электродами, стальной стержень, которых имеет такой же состав, как и основной металл.

Хромоникилевые аустенитные стали имеют высокую коррозионную стойкость и широко применяются для изготовления химической и нефтяной апаратуры, особенно сталь марки Х18Н9, которая имеет 18-20% хрома и 8-11% никеля. Эти стали свариваются всеми способами и значительно лучше хромистых.

Основные трудности при сваривании хромоникилевых сталей:

• Возникновение карбидов хрома при температурах 500-700 градусов Цельсия.
• Ухудшение антикоррозионных свойств сварных соединений.

Чтобы сварка хромоникелевых сталей прошла успешно, ее проводят при минимальном разогреве и больших скоростях охлаждения. Для полного восстановления аустенитной структуры после сварки рекомендуется изделия подвергать закалке от температур 1050-1100 градусов Цельсия с последующим быстрым охлаждением в воде.

Для выполнения ручной дуговой сварки используют хромоникилевые электроды малого диаметра при малых токах.

Способ газовой сварки осуществляют с применением флюсов из буры, борной кислоты и плавикового шпата, а при автоматическом дуговом и электрошлаковом сваривании используют специальные марки флюсов.

Сварочный прут во всех случаях применяют такого же состава, что и основной металл, но с более низким содержанием углерода и с присадками титана, молибдена и других элементов.

Тонколистные изделия сваривают с помощью точечных и шовных контактных машинах, в среде углекислого газа, аргонодуговым способом сварки.