Влияние углерода на свариваемость стали

Влияние углерода на свариваемость стали — Станки, сварка, металлообработка

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).

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.

Группы свариваемости

Учитывая все, выше перечисленные критерии, свариваемость можно подразделить на группы с различными свойствами.

Классификация металлов по свариваемости:

• Хорошая – коэффициент Сэкв составляет не менее 0,25 %– для изделий из низкоуглеродистых сталей, независимо от условий погоды, толщины изделия, предварительной подготовки.

• Удовлетворительная – коэффициент Сэкв находится в пределах 0,25-0,35 %. Ограничения: по диаметру свариваемого изделия, условиям природной среды. Толщина материала допускается не более 2 см, температура воздуха должна быть не ниже минус 5 градусов, безветренную погоду.
• Ограниченная – коэффициент Сэкв в пределах 0,350-0,45%. Для формирования высококачественного сварного соединения требуется предварительный подогрев материала. Эта процедура нужна для «плавного» аустенитного преобразования, создания устойчивых структур (бейнитные, ферритно-перлитные).
• Плохая – коэффициент Сэкв порядка 45-ти % (стали 45). В данном случае невозможно обеспечить стабильность сварочного соединения без предварительного подогрева металлических кромок, термической обработки готовой конструкции. Для создания требуемой микроструктуры нужно дополнительно осуществлять подогревы, охлаждения.

Группы свариваемости предоставляют возможность понимать технологическую специфику сваривания железоуглеродистых сплавов конкретных марок.

Зависимо от категории, технологических параметров, свойства сварных соединений могут корректироваться последовательными температурными воздействиями. Термообработка может осуществляться несколькими способами: отпуск, закаливание, нормализация, отжиг.

Наиболее востребованы закалка, отпуск. Подобные процедуры повышают твердость, соответственно прочность сварного соединения, предотвращают формирование трещин на материале, снимают напряжение.

Показатель отпуска будет зависеть от желаемых характеристик материала.

Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали

• Фосфор, сера – вредоносные примеси. 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. 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. 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. 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. 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.

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.

Сергей Одинцов

Особенности сварки различных видов сталей

Для улучшения свойств и характеристик сталей, в их состав вводят различные добавки. Изменяя кристаллическую решетку материала, добавки влияют не только на прочность или коррозионную стойкость материала, но и на способность к свариванию. Для некоторых сплавов сварка проходит очень легко, но есть материалы, требующие особого подхода.

Углеродистые

Одной из самых распространенных добавок при производстве стали, безусловно, является углерод. Согласно ГОСТ 380-2005, в зависимости от его количества в составе сталей, последние могут быть:

• низкоуглеродистыми, с содержанием углерода не более 0,25% от объема;
• среднеуглеродистыми, содержащие углерод в количестве 0,25%-0,6%;
• высокоуглеродистые, в которых содержится от 0,6% до 2,07% углерода от объема материала.

Сварка углеродистых сталей характеризуется рядом особенностей, позволяющих получить качественный однородный шов.

При соединении деталей из углеродистых сталей, их располагают так, чтобы шов оказался «на весу». Для этого детали на столе для сварки надежно фиксируют при помощи приспособлений для сборки – струбцин, скоб, тисков.

В начале и конце шва устанавливают специальные планки из того же материала, что и свариваемые детали. Начало и окончание процесса сварки происходит на этих планках. Таким образом, шов по всей длине получается однородным, обладающим стабильными свойствами и имеющим точные заданные характеристики.

Закрепив детали и разгонные планки в нужном положении, проводят прихватки металла по длине шва. Предпочтительно делать прихватки с обратной стороны шва.

При многослойной сварке, каждый предыдущий слой осматривают на наличие трещин и непроваров. При их обнаружении металл шва срезают, разделывают кромки, и процесс повторяют.

Главное требование при сваривании заключается в том, что прочность металла шва и околошовной области не должна уступать прочности металла деталей.

Низкоуглеродистые

Малоуглеродистая сталь, имеющая в своем составе, помимо углерода еще и легирующие добавки сваривается, как правило, с применением любой из сварочных технологий.

Работа не требует высокой квалификации сварщика. Такие материалы относятся к числу хорошо свариваемых сталей. Поэтому здесь может с успехом применяться обычная дуговая сварка.

Особенностями сварки низкоуглеродистых сталей является пониженное содержание углерода в металле шва и увеличенное количество легирующих добавок, поэтому возможно некоторое упрочнение металла шва по отношению к металлу деталей.

Еще одной проблемой, которую следует учитывать, является повышенная хрупкость шва при выполнении многослойной сварки.

Для выполнения соединений низкоуглеродистых сталей применяются электроды с рутиловым и кальциево-фтористорутиловым покрытием. Профессиональные сварщики используют электроды, в обмазку которых добавляют немного порошка железа. Из электродов, выпускаемых промышленностью, для сварки подходят следующие марки: УОНИ-13/85, ЦЛ-14, ЦЛ-18-63.

Стали с малым количеством углерода легко сваривать, применяя ацетилен. При этом даже можно обойтись без использования флюса, а газ расходуется в небольшом объеме.

Если убрать пламя сразу, то без флюса материал шва, будучи разогретым, окислится. Чтобы придать шву лучшие прочностные свойства, металл шва, как правило, проковывают и подвергают термической обработке.

Среднеуглеродистые

Из-за большого количества углерода соединение таких деталей осложняется. В результатах работы это выражается в том, что металл детали и сварного стыка может быть различной прочности. Помимо этого вблизи кромок шва могут образовываться трещины и очаги с ярко выраженной хрупкостью материала.

Чтобы избежать указанных недостатков, применяют электроды, в составе материала которых содержится низкое количество углерода.

При повышении тока, необходимом для разогрева соединяемых деталей, возможно проплавление основного металла. Чтобы исключить подобные случаи, производится разделка кромок соединяемых деталей.

При использовании ацетилена для сварки среднеуглеродистых сталей добиваются такого пламени горелки, при котором расход газа составит 75-100 дм³/ч. Для изделий, имеющих толщину 3 миллиметра и более, применяется общий подогрев до 250-300 °C или местный до 600-650 °C.

После сварки шов проковывают и подвергают термической обработке. Для сварки изделий из металла с количеством углерода, близким по содержанию к высокоуглеродистым сталям, используют специальный флюс.

Классификация свариваемости сталей

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).

Как влияют на свариваемость легирующие примеси?

Влияние главных легирующих элементов на свариваемость стали

• Фосфор, сера – вредоносные примеси. 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. 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. 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. 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. 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.

Сварка среднеуглеродистой стали

Углеродистыми конструкционными (машиноподелочными или строительными) называют стали, которые содержат примерно до 2% углерода. Для начала нужно знать, что стали наполненные:

• до 0,25% называются низкоуглеродистыми;
• от 0,26% до 0,6 – среднеуглеродистыми;
• от 0,6 до 2% — высокоуглеродистыми.

  И все они не имеют легирующих элементов. То, что выше этого содержания, называется чугуном. Углерод определяет прочностные характеристики и напрямую влияет на свариваемость сталей.

Состав, назначение и применение

Очень широкое применение эти материалы находят в народном хозяйстве. Начиная от изготовления простых гвоздей до высокопрочных и особо ответственных конструкций.

Разговор здесь будет о работе со сталями насыщенными средним количеством углерода. Это такие материалы, где его доля колеблется от 0,25% до 0,45%. Такой процент есть основное отличие от низкоуглеродистых сталей. Он придает твердость стали, но делает свариваемость хуже. Применяется в судостроении, машиностроении.

В сварно-литых и сварно-кованных конструкциях обычно используют сталь 35 или сталь 40.

Характерные черты среднеуглеродистой стали

Неприятной особенностью данных материалов, является появление закалочных структур в шве, около шва и зоне термического влияния (ЗТВ). Эти «нехорошие» структуры почти гарантируют опасные предпосылки для «охрупчивания» соединения.

Значит, выбирая марку стали, изготовитель не только ориентируется на прочностные характеристики ее, но и на то как «поведет» себя сварное соединение при подготовке, в процессе изготовления и каковы будут механические свойства у соединения после сварки и при эксплуатации изделия.

  Иногда разрушения происходят из-за того, что в соединении появляются сильные остаточные напряжения и очень снижается пластичность металла. Это как раз и есть результат неправильного выбора материала, способа сварки и сварочной технологии.

Понятие свариваемости

Здесь нужно понимать «умение» материала переносить высокотемпературные условия при определенном сварочном процессе без появления в соединении участков металла с «низкой пластикой», которые «провоцируют» возникновение трещин, или то, что соединения, в процессе эксплуатации разрушаются. Проще говоря, это способность металлических деталей к соединению посредством теплового воздействия, без ухудшения механических свойств сварного изделия.

Меры, обязательные к исполнению, при подготовке этой стали к сварке:

• применять основной материал только регламентированный, например: спокойную сталь;
• способы сварки применят только те, которые гарантируют шву требуемые характеристики (сварка покрытыми электродами, под флюсом, в защитных газах);
• грамотным образом проектировать сварные конструкции (исключить контрастные переходы от одного сечения к другому, не допускать «скучивания» швов на малом участке изделия, по возможности отдавать приоритет стыковым соединениям);
• особое внимание к качеству сборки (минимизировать зазоры и смещения, не допускать натяжения конструкций);
• стараться применять термообработку, она снимает излишние внутренние напряжения.

Процесс и виды сварки

  Как уже было сказано выше, значительное содержание углерода, затрудняет сварочный процесс.

Для преодоления вышеуказанных сложностей и предания устойчивости металла шва против трещин при любой сварке плавлением необходимо снижать уровень углерода в металле шва.

Для этого используют сварочные материалы с низким содержанием углерода, уменьшают количество основного металла в соединении. Попросту кромкам придают соответствующую форму разделки.

  Желательно обеспечить предварительный подогрев до температуры  250-3000 С. За счет этого получается почти исключить возникновения закалочных структур в ЗТВ (околошовная зона).

Механизированная и автоматическая сварка

Нужно использовать такие режимы, при которых проплавление основного металла было бы минимальным, а коэффициент формы шва максимальным. Увеличивают долю электродного металла в шве. При полуавтоматической работе это достигается применением проволоки малого диаметра и минимального тока. При этом лучше работать постоянным током прямой полярности.

Так же неплохо применят легирование. Для достижения этого достаточно применять проволоку с пониженным содержанием серы и фосфора, с добавлением кремния и марганца. При автоматической сварочной работе легирование происходит за счет флюса.

Ручная дуговая сварка

  Для этой сварки работают электродами с основным покрытием. Они обеспечивают легирование, шов становится устойчив против трещин. Но чтобы избежать хрупких закалочных структур в ЗТВ, желательно медленное остывание изделия.

Для этого снижают скорость сварки, предварительный подогрев и применение двух-и более раздвинутых дуг. Чем больше содержания углерода, тем выше должна быть температура подогрева при сварке (сопутствующий подогрев).

Но все равно, когда при всех перечисленных приемах, полностью не удается придать нужную пластичность соединению, применяют закалку с отпуском.

Электрошлаковый способ

  Это особый способ сварки в котором используется для нагрева зоны плавления — шлаковая ванна. Нагрев осуществляется электрическим током.

Здесь, благодаря широкой возможности изменять коэффициент формы ванны и медленному остыванию, создаются условия для создания высококачественного соединения.

  Проблемы здесь могут возникать, если содержание углерода превысит 0,33%. Тогда нужно использовать проволоку с марганцем и кремнием.

 Сварка в углекислом газе

Технология этого вида во многом схожа со сваркой ручной дуговой или со сваркой под флюсом. Так же в основе лежит снижение процента основного металла в шве и обеспечении благоприятного провара. Но в массовом производстве используется нечасто.

Важно помнить, что при любом способе сварки среднеуглеродистой стали, важнейшим пунктом в подготовке и процессе является придание нужной пластичности соединению. А способ, как обеспечить эту пластичность уже выбирается исходя из конкретной ситуации при которой будет проходить сварка. 

Визуальный контроль сварных соединений

   Контроль сварных соединений — есть неотъемлемая часть всего технологического сварочного процесса.

Визуальный контроль – это один из множества методов, которым подвергаются все без исключения сварные соединения. И не только. Работа по визуальному контролю начинается уже на стадии приемки основных и сварочных материалов в сварочном производстве. Но в этой статье будет рассмотрен только визуальный контроль. Но для начала необходимо понять задачи, которые он решает и на, что нацелен.

Дефекты сварных соединений

Дефекты, в сварочном производстве, определяются как несоответствие нормам и правилам по которым изготавливается соединение. 

Эти «косяки», которые возникли в самом процессе сварки делятся на внутренние и наружные. Наружные как раз и выявляются визуальным осмотром соединения. Забегая вперед следует уточнить, что собственно как отдельного метода, визуального контроля не существует. Он всегда идет в связке с измерением.

В производстве так и называется – визуальный и измерительный контроль. Ну так вот, чтобы приступить к измерению, необходимо выявить визуально дефекты, зафиксировать их, а уж при измерении определить -допустимы или нет выявленные несоответствия и как они будут влиять на работу изделия. Выявлять дефекты следует уже на стадии подготовки к сварке.

Так как они напрямую влияют на качество конечного сварочного продукта.

Дефекты при подготовке к сварке, причины их возникновения и их влияние на качество соединения

   Несоответствия при подготовке и сборке приводят к последующим сварочным дефектам. Например: неверный угол скоса кромок, большое или наоборот маленькое притупление, смещение по оси, несовпадение стыкуемых плоскостей, увеличенный зазор и геометрия шва недопустимо нарушена!

  Необработанные и не зачищенные кромки, сырая поверхность или не прокаленные электроды, расслоения, неправильно выбранный режим сварки и поры, свищи и непровары по шву обеспечены!

  Завышенная сила тока, быстрое движение электрода вдоль шва и подрезы нам улыбаются!

Резко оборвали дугу – в конце шва обязательно будет не заваренный кратер.

Все дефекты создают локальную концентрацию напряжения, уменьшают полезное сечение шва ослабляя конструкцию, а в некоторых случаях даже распространяются дальше по шву. Например трещины и микротрещины.      Понятно, что такая конструкция не выдержит даже минимального срока эксплуатации.

  Правильность сборки сопровождаются внешним осмотром и измерением при помощи специальных поверенных приспособлений, шаблонов и эталонов. А форма и размеры швов задаются техническими условиями, где оговаривается число проходов и глубина проплавления.

Слово о наружных дефектах

  К этим наружным «сварочным вредителям» относятся следующие:

•   наплывы — стекание расплавленного металла на основной;
•   подрезы — точечные или продолговатые канавки в основном металле, идущие по краям шва;
•   не заваренные кратеры — углубление в конце шва при резком обрыве дуги;
•   прожоги — сквозное отверстие при сварке первого слоя шва;
•   поджоги — это результат «чирканья» электродом при возбуждении дуги;
•   трещины — разрыв метала по шву или прилегающему металлу;
•   поры — полость округлой формы;
•   брызги — застывшие капли на соединении;
•   свищи – дефект в виде воронки в шве.

Вот все эти дефекты и призван выявлять и фиксировать визуальный контроль.

Внешний осмотр

• При проведении сварочных работ внешнему осмотру, а часто и измерению подвергаются и подготовительные действия.

Проверяется качество материала – наличие или отсутствие дефектов на металле (заусенции, вмятины, чистота кромок), подготовка конструктивных элементов кромок (правильность угла разделки, зазор, соосность), качество и правильность выполнения прихваток. Конструкции, которые были собраны с нарушениями технических условий, бракуются.

• Во время самого сварочного процесса сварщик (он является естественным и первым контролером качества соединения), кроме наблюдения за режимом сварки и стабильностью горения дуги, наблюдает как выполняются валики при выполнении многослойных швов.

Исключительно важным является контроль за качеством начального прохода (корня шва). Потому что именно первый слой «рисует» всю последующую «картинку» сварного соединения. Очень часто даже приходится осматривать корень при помощи 4-7кратной лупы.

  • При визуальном контроле готовых изделий так же применяют лупу. В первую очередь выявляются все те «сварочные косяки», которые упоминались выше. Большинство из них не допустимы и подлежат исправлению. Так же большое внимание, при визуальном контроле, уделяется форме шва, правильному «рисунку» чешуек и «общей картине» распределения металла в усилении шва.

  Для каждого шва, выполненного в разных «позах», характерен свой внешний вид и форма.

  При осмотре особо ответственных изделий и конструкций (особенно в военной и космической промышленности), внешний вид швов часто сравнивают со специально выполненными эталонами. Геометрию контролируют при помощи шаблонов и измерительных инструментов.

    Визуальный контроль достаточно информативен, является дешевым и быстрым методом контроля. А при внимательном наблюдении сварочного процесса, можно исключить появление многих дефектов. Визуальный осмотр — процедура недорогая и очень эффективная в технологическом процессе.

Условия для визуального и измерительного контроля

Для проведения качественного ВИК необходимо создание определенных условий на любой площадке. Будь-то высокотехнологичное производство, где работают в белых халатах и перчатках, сварочный цех или монтажная площадка. Они включают в себя:

•   удобство подхода специалистов;
•   возможность подключения местного освещения 12 В;
•   освещенность должна быт не менее 500 Лк (500 люкс);
•   в помещениях окраска стен, потолков и столов должна быть выполнена в светлых тонах;
•   обеспечение достаточного обзора для глаза специалиста. Поверхность рассматривается под углом более 300 к плоскости и с расстояния не менее чем 600мм;
•   зачистка поверхностей, как того требуют нормативные документы;
•   меры по безопасному проведению контроля.

   Только после того как проведен тщательный визуальный контроль и исправлены все несоответствия, соединения подвергаются другим методам контроля, если того требует проектная документация.

Влияние углерода на свариваемость стали

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.

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%.

Влияние легирующих элементов на свариваемость стали

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).