Сварка каленого металла

Высокопрочные стали и особенности их сварки

Состав и свойства высокопрочных сталей

Стали с пределом прочности свыше 1500 МПа называются высокопрочными. Такой предел достигается подбором химического состава и наиболее подходящей термической обработкой. Данный уровень прочности может образовываться в среднеуглеродистых легированных сталях (40ХН2МА, 30ХГСН2А) путем использования закалки с низким отпуском (при 200…250оС). Легирование таких сталей W, Mo, V затрудняет разупрочняющие процессы, что снижает порог хладоломкости и повышает сопротивление хрупкому разрушению. Как варить металл, если перед вами высокопрочная сталь? Сварка высокопрочных сталей отличается использованием некоторых дополнительных технологических приемов (сварка каскадом, горкой, секциями, предварительный подогрев, применение мягкой прослойки и других).

Изотермическая закалка среднеуглеродистых легированных сталей придает им немного меньшую прочность, но большую вязкость и пластичность. Поэтому они более надежны в эксплуатации, чем низкоотпущенные и закаленные. Низкоотпущенные и закаленные среднеуглеродистые стали с высоким уровнем прочности обладают повышенной восприимчивостью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению. Из-за этого их рекомендуют использовать для работы, связанной с плавным нагружением.

К высокопрочным сталям можно отнести так называемые рессорные (пружинные) стали. Они содержат 0,5…0,75% С и дополнительно легируются другими элементами. Термообработка легированных рессорных сталей (закалка 850…880оС, отпуск 380…550оС) обеспечивает получение высокой прочности и текучести. Может применяться изотермическая закалка. Сварка рессорной стали выполняется с обязательной предварительной термообработкой, с подогревом в процессе сварочных работ и дальнейшей термической обработкой.

Мартенситно-стареющие стали (04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н18К9М5Т) также относятся к высокопрочным сталям. Они превосходят среднеуглеродистые легированные стали по конструкционной прочности и технологичности. Для таких сталей характерны высокое сопротивление хрупкому разрушению, низкий порог хладоломкости и малая чувствительность к надрезам при прочности около 2000 МПа. Мартенситно-стареющие стали являются безуглеродистыми сплавами железа с никелем и дополнительно легированы молибденом, кобальтом, алюминием, хромом, титаном и другими элементами. Эти стали имеют высокую конструкционную прочность в диапазоне температур от криогенных до 500оС и применяются в изготовлении стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов ракетных двигателей, зубчатых колес, шпинделей и так далее.

Свариваемость высокопрочных сплавов

Для изготовления тяжело нагруженных машиностроительных изделий,сосудов высокого давления и других ответственных конструкций используют среднеуглеродистые высокопрочные стали, которые после соответствующей термообработки обладают прочностью 1000…2000 МПа при достаточно высоком уровне пластичности. Необходимый уровень прочности при сохранении высокой пластичности достигается комплексным легированием стали различными элементами, главные из которых никель, хром, молибден и другие. Эти элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали. Подогрев изделия при сварочных работах не снижает скорости охлаждения металла до значений, меньших критических, и способствует росту зерна, что приводит к возникновению холодных трещин и вызывает уменьшение деформационной способности.

Поэтому такие металлы сваривают без предварительного подогрева, но с применением специальных приемов сварочных работ (блоками, каскадом, короткими или средней длины участками). Также применяют специальные устройства, которые подогревают выполненный шов и тем самым увеличивающие время пребывания его в определенном температурном интервале. Для увеличения времени нахождения металла околошовной зоны при температуре выше точки образования мартенситной структуры накладывают так называемый отжигающий валик, границы которого находятся в пределах металла шва.

Во избежание трещин при охлаждении сварного соединения, необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечили бы получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это достигается, когда наплавленный металл и металл шва будут менее легированы, чем свариваемая сталь. При этом шов будет представлять как бы мягкую прослойку с временным сопротивлением, но с повышенной деформационной способностью. Чтобы обеспечивалась технологическая прочность сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, углерод в шве должен содержаться в количестве не более 0,15%.

Когда производится сварка закаленной стали, то после прохождения сварочной дуги на зону сварного соединения рекомендуется подавать охладитель. Это делается для уменьшения степени разупрочнения околошовной зоны. В качестве охладителя может служить душевая вода, сжатый воздух или паровоздушная смесь – в зависимости от состава свариваемого материала. Такое охлаждение снижает время нахождения металла в зоне высоких температур.

Художественная ковка – это настоящее искусство. Более подробную информацию об этом занимательном занятии читайте в нашей статье.

Хотите узнать о современном способе сварки? Тогда вам будет интересна статья по https://elsvarkin.ru/texnologiya/soedinenie-metalla-pri-pomoshhi-plazmennoj-svarki/ ссылке.

Технология сварочных работ по соединению высокопрочных сталей

При сварке среднелегированных глубокопрокаливающихся высокопрочных сталей нужно подбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов с высокой деформационной способностью при минимальном количестве водорода в сварочной ванне. Это достигается применением низколегированных сварочных электродов, которые не содержат в покрытии органические вещества и подвергнутых высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды). При этом нужно исключить другие источники насыщения сварочной ванны водородом в ходе сварки (ржавчина, влага и другие). Высокая технологическая прочность получается при следующем содержании легирующих элементов в металле шва: С – не более 0,15%; Si – не более 0,5%; Ni – не более 2,5%; Mn – не более 1,5%; Cr – не более 1,5%; V – не более 0,5%; Mo – не более 1,0%.

Повышение свойств шва до нужного уровня возможно путем легирования металла шва за счет основного металла. Необходимые прочностные характеристики металла шва достигаются легированием его элементами, которые повышают прочность, но не снижают его ударную вязкость и деформационную способность. Для сварки среднеуглеродистых высокопрочных сталей нужно выбирать сварочные материалы, содержащие легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и других по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75. Если сталь перед сваркой подвергалась термической обработке на высокую прочность (закалка с отпуском или нормализация), а после сварки – отпуску для снятия напряжений и выравнивания механических свойств сварного соединения, то критерием определения температуры предварительного подогрева будет такая скорость охлаждения, при которой происходила бы частичная закалка околошовной зоны. При этом гарантируется отсутствие трещин в процессе сварки и до проведения дальнейшей термообработки.

В том случае когда термообработка сварного изделия не может быть сделана, например, из-за крупных габаритов, на кромки детали, подлежащие сварке, наплавляют незакаливающийся слой металла аустенитными или низкоуглеродистыми электродами. Толщина этого слоя должна быть такой, чтобы температура стали под слоем в процессе сварки не превышала бы температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками. Такие детали сваривают аустенитными или низкоуглеродистыми и низководородистыми электродами без подогрева и дальнейшей термообработки. Режим сварки принимают согласно рекомендациям для аустенитных электродов.

Сварочные работы в защитных газах

Высокое качество сварных соединений из среднеуглеродистых высокопрочных сталей толщиной 3…5 мм достигается при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом. Присадочный материал для дуговой сварки в защитных газах следует выбирать в зависимости от газа, в среде которого происходит сварка. Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй – с поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачи присадочной проволоки. Возможно и выполнение третьего слоя с поперечными колебаниями электрода без присадочной проволоки на небольшом режиме для обеспечения постепенного перехода от шва к основному металлу.

Для повышения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке применяют активирующие флюсы, которые позволяют исключить разделку кромок при толщинах 8…10 мм. Также используется флюс, представляющий собой смесь компонентов (TiO2, SiO2, NaF, Cr2O3). Такой метод с активирующим флюсом эффективен при механизированных способах для получения равномерной глубины проплавления. Неплавящийся электрод при таком способе сварки выбирают из наиболее стойких в эксплуатации марок вольфрама.

Современная аргоновая горелка

При выполнении сварки среднелегированных высокопрочных сталей в защитных газах (в основном инертных или их смесях с активными) применяют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например, Св-08Х20Н9Г7ТТ, Св-03ХГН3МД, Св-10ХГСН2МТ, Св-10Х16Н25-АМ6, Св-08Х21Н10Г6. Однако равнопрочности металла шва и свариваемой стали получить не удается. В данном случае можно обеспечить равнопрочность за счет эффекта контактного упрочнения мягкого металла шва. Этот эффект может быть реализован при использовании так называемой щелевой разделки, которая представляет собой стыковые соединения с узким зазором.

Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом выполняют в соответствии с ГОСТ 8713-79. Однако в диапазоне толщин, для которого возможна сварка без разделки и со скосом кромок, последней следует отдать предпочтение. При механизированной сварке под флюсом необходимы подготовка кромок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве была бы минимальной. Но такая методика повышает вероятность образования в сварочных швах горячих трещин.

Выбор флюса осуществляется в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки сварку выполняют под кислыми высоко- и среднемарганцовистыми флюсами. При использовании низколегированных проволок лучшие результаты обеспечивает применение низкокремнистых и низкомарганцовистых флюсов. Сварку среднелегированных высокопрочных сталей аустенитной проволокой марок Св-08Х21Н10Г6 или Св-08Х20Н9Г7Т производят только под безокислительными или слабо окислительными основными флюсами.

Электрошлаковая сварка

Данный вид сварочных работ рационально применять для соединения толстолистовых конструкций из среднелегированных высокопрочных сталей. Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений и швов при этом должны соответствовать требованиям ГОСТ 15164-78. Электродные проволоки при сварке плавящимся мундштуком и проволочными электродами выбирают из числа групп легированных или высоколегированных проволок по ГОСТ 2246-70. Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жестко закрепленных элементов необходимо применять предварительный подогрев до 150…200оС.

Низкая скорость охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводит к длительному пребыванию ее в зоне высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. В связи с этим после электрошлаковой сварки среднелегированных высокопрочных сталей необходимо выполнить высокотемпературную термообработку сварных изделий для восстановления механических свойств до нужного уровня. Время с момента окончания сварки до проведения термообработки должно регламентироваться.

Сварка закаленной стали с сырой

Авторизуйтесь для ответа в теме

#1 Us1981

Участник

Cообщений: 312

Город: Рыбинск

Наверх
Вставить ник

#2 Rust_eze

Участник

Cообщений: 736

Город: Иркутская обл. г.Усолье-Сибирское

Если швырять, бросать и стучать по ним не будете, то будет нормально держатся. А если что грубое, то обязательно лопнет по шву, не сразу но может.

Наверх
Вставить ник

#3 Sakhalin_Cat

Участник

Cообщений: 2 048

Город: Южно-Сахалинск

Так а варить будете, утянет втулочки на кондукторе, криво станет и сверла ломать будете. Проще сырые приварить, просверлить, а потом резаком оголовки втулок закалить. Или приварить болвашки, потом просверлить, расточить и каленые запресовать.

Сообщение отредактировал Sakhalin_Cat: 05 Март 2015 06:50

Наверх
Вставить ник

#4 MityMouse

Us1981 , Технологически верно будет как Sakhalin_Cat , сказал. Сначала сырыми варим (отверстия во втулках можно предварительно обработать, оставив припуск на обработку посадочных мест под свёрла), затем калим и отпускаем, затем обрабатываем в размер.

Наверх
Вставить ник

#5 мутный

Наверх
Вставить ник

#6 Us1981

Участник

Cообщений: 312

Город: Рыбинск

Наверх
Вставить ник

#7 Rust_eze

Участник

Cообщений: 736

Город: Иркутская обл. г.Усолье-Сибирское

Если проделать отверстие в уголке строго под втулкой, прижать струбциной и приварить. То увода от размера не будет, или же будет совсем не значительным. Если варить с торцов втулок, то увод в размере гарантирован!

Выглядеть это должно как бы так.

Но главное не перегреть, и в тоже время надежно приварить

Предварительный нагрев, плюс туда еще и сварка, гарантированно отпустит деталь. И закаливать их уже не посредственно на уголках проблематично будет, да и тоже увести может!

Наверх
Вставить ник

#8 ВлаДон

Us1981 , лучшим вариантом будет приварить сырые втулки, а затем в них впресовать каленые.

Наверх
Вставить ник

#9 Фейс

Us1981 , лучшим вариантом будет приварить сырые втулки, а затем в них впресовать каленые.

Неплохой ход, но нужно знать назначение кондуктора.

Наверх
Вставить ник

#10 Sakhalin_Cat

Участник

Cообщений: 2 048

Город: Южно-Сахалинск

написали ведь, дырки сверлить.

Наверх
Вставить ник

#11 Us1981

Участник

Cообщений: 312

Город: Рыбинск

Rust_eze , не совсем понял, что вы хотите на картинках показать

Us1981 , лучшим вариантом будет приварить сырые втулки, а затем в них впресовать каленые.

Нормальный вариант, но прессовать нечем. Цех слесарно- сборочный, инструмента как в любом гараже, не более.

Неплохой ход, но нужно знать назначение кондуктора.

Наверх
Вставить ник

#12 Юнат

Наверх
Вставить ник

#13 ВлаДон

Нормальный вариант, но прессовать нечем. Цех слесарно- сборочный, инструмента как в любом гараже, не более.

Проще простого! Найди 2 параллельные жесткие поверхности. Хороший вариант будет сверлильный станок, а идеальный — токарный. К одной поверхности прилаживаешь сам кондуктор, на него ставишь втулку. Прессовать можно обычным гидравлическим автомобильным домкратом. Если есть токарный станок — то просто будешь крутить заднюю бабку.

Наверх
Вставить ник

#14 Фейс

Видится мне, что втулки достаточно прихватить полуавтоматом с наложением влажной (не мокрой) тряпки. Ничего никуда не утянет от 4х точек! Когда износятся-легко заменить на новые.

Наверх
Вставить ник

#15 Us1981

Участник

Cообщений: 312

Город: Рыбинск

Юнат ,
Это разборные подставки для настольных деревообрабатывающих станков.

ВлаДон ,
Нету никаких станков, но недавно делал для цеха стапель для рихтовки 5мм плит — их ведет после шлифовки. Там как раз домкрат 5тонник стоит. Спасибо за идею

Фейс ,
Да какой полуавтомат, я болгарку и инвертор из дома таскаю, чтоб чтото наваять. Да и в сварке я чайник полный

Технология и особенности сварки стали

Сварка инструментальной стали

Инструментальная сталь — тип стали, содержащий в своем составе менее 1% углерода. Такая сталь твердая и прочная, но не износостойкая, поэтому ее используют только при изготовлении инструментов. К тому же, она отличается невысокой закупочной ценой, что делает производство прибыльным.

Рекомендуется варить инструментальную сталь специальным электродом и с помощью инвертора. Электроды должны быть предназначены именно для работы с данным типом сталей. Мы рекомендуем стержни УОНИ-13/НЖ/20Х13 и сварочный инвертор средней ценовой категории. Будьте готовы к тому, что сварка инструментальной стали потребует от вас много сил и терпения. Это связано с низким содержанием углерода.

Отпуск каленого металла

Отпуск металла — это заключительная стадия каления, применяемая для уменьшения твердости, снижения хрупкости и устранения внутренних напряжений. Технология предполагает нагрев металла до определенной температуры с последующим охлаждением. Оно может проходить как на открытом воздухе, так и в различных жидкостях (масляные и расплавные среды).

Фазовые состояния и структуры металлов напрямую зависят от температур нагрева. Чем она выше, тем ниже твердость и хрупкость, но выше вязкость и гибкость.

Активно применяют три вида отпуска металла при калении. Предельные температуры нагрева различны.

Низкий отпуск. Предельная температура нагрева – 300 °C. При такой температуре отпуска получаются материалы с максимально высокой твердостью. При этом снижаются внутренние напряжения, а также повышается вязкость износостойких сталей.
Средний отпуск. Предельная температура нагрева — +450°C. Применяется при калении металлических деталей и изделий для получения повышенных показателей упругости и прочности. Вязкость при этом остается на определенном заданном уровне. По этой технологии получают рессорные и пружинные стали. Охлаждение обычно проводится на открытом воздухе.
Высокий отпуск. Проводится в температурном диапазоне от 450 до 650 °C. После такого отпуска:
каленый металл становится пластичным;

у заготовки или изделия повышаются относительные удлинение и сужение;

внутренние напряжения уменьшаются на 95 %.

Изображение №1: влияние температуры отпуска на механические свойства металлов и сплавов

Сварка конструкционной стали

Конструкционная сталь используется куда чаще, чем инструментальная. Из нее изготавливают все: от мелких деталей до заводских станков. Именно к данной категории относится сварка 40х стали, стали 30хгса, стали 35хгса и прочих других марок.

Что из себя представляет конструкционная сталь? По составу это очень интересный металл. Он состоит из различных примесей, в частности фосфора и серы. Чем этих компонентов больше в составе, тем ненадежнее будет сталь, так что нужно следить за этим показателем. Конструкционная сталь может быть обыкновенной, качественной, высококачественной и особо высококачественной.

Как вы понимаете, последний тип конструкционной стали содержит минимум примесей, за счет чего удается получить по-настоящему качественный и прочный металл. Ну а в обычной конструкционной стали примесей больше всего, она считается самой недолговечной. Кстати, у этой классификации есть еще отдельные подгруппы (они отличаются по наличию в составе некоторых дополнительных химических компонентов). Но мы не будем подробно расписывать классификацию, чтобы не запутать вас.

Именно из-за возможной хрупкости конструкционной стали из нее чаще всего изготавливают изделия, которые не будут подвергаться серьезным механическим нагрузкам в процессе работы. Теперь перейдем к теме, как выполняется сварка изделий из конструкционной стали, например, сварка стальных труб.

Для начала нужно прокалить заготовку в печи. Так вы добьетесь большей пластичности металла и устраните его чрезмерное напряжение. Как и в предыдущем случае, рекомендуем использовать инвертор и электроды с покрытием. Для наших целей отлично подойдут стержни марки УОНИ 13/55. Их можно легко найти в любом магазине, они стоят недорого и с их помощью возможна даже сварка стальных трубопроводов, не говоря о более мелких изделиях.

Выбор способа

Для домашнего применения, когда на изделие не будет возлагаться большая ответственность, применяют самый простой способ – дуговую сварку. Ведь это самый дешевый метод, который не требует особой подготовки. Для сварки стали 40х электроды требуются специально предназначенные для этого дела. В промышленности для ответственных объектов применяют электродуговую сварку с аргоном. Несмотря на высокую себестоимость, это один из самых надежных методов, который обеспечивает длительный срок службы конструкции. Чтобы сделать процесс более дешевым, можно использовать газовую сварку с помощью ацетилена. Результат будет очень схожим, а в плане создания потолочных и вертикальных швов еще и более удобным. Другие виды и способы сварки металла применяются достаточно редко.

Сварка стали 40Х аргоном

Вне зависимости от выбранного способа следует тщательно подготовить поверхность перед свариванием.»

Свариваемость стали 40Х и ее свойства

Металл плохо сваривается. Если сам процесс плавления и образования сварочной ванны происходит еще относительно нормально, так как здесь проявляется лишь повышенная вязкость, но весь ряд проблем, которые возникают на шве после окончания, зачастую приводят к его негодности для эксплуатации. Сварка стали 40хн отлично проявляет ее свойства к отпускной хрупкости. Во время самой сварки, а также после нее могут появляться трещины и прочие дефекты, в том числе и деформации. Это возникает из-за резких перепадов температуры, которые вызваны электрической дугой, что особенно заметно, когда происходит сварка тонкого металла электродом. Также это получается при образовании напряжений, которые получаются из-за недостаточного обеспечения защиты. Таким образом, дополнительные действия нужны как перед сваркой, так и после нее.

Сварка стали 40Х

Выбор инструмента

Критерий при выборе материала сварочной проволоки или электрода – ровно один. Их металл должен максимально соответствовать составу того, который идет в заготовках. Следует только обращать внимание на толщину, чтобы она соответствовала толщине деталей, так как глубина приваривания должен быть максимальной из-за сложностей в податливости данной марки стали. Более важным параметром является защита. Сварка стали 40х полуавтоматом должна поддерживаться средой защитного газа, а при ручной – на электродах должно быть покрытие, рассчитанное на работу с этой маркой стали. Тут подойдут электроды марки Э85, у которых имеется пониженное содержание водорода в покрытии, а также которые стойки к образованию трещин при работе со сложными металлами.

Режимы

Чтобы повысить качество соединения, следует использовать уже проверенные параметры, которые рассчитаны для каждой толщины заготовки и соответствующего положения шва. Это существенно облегчит процесс работы.

Диаметр электрода, мм	Пространственное положение сварочного шва
Диаметр электрода, мм	нижнее	вертикальное	потолочное
3	90…120	80…100	80…100
4	140…170	130…150	130…150
5	180…220	150…180

Технология сварки стали 40х

Первым делом происходит подготовка металла, которая включает в себя зачистку и обезжиривание. Затем следует зафиксировать все детали и можно приступать к подогреву. Это помогает избежать температурной деформации. Подогрев стоит осуществлять до тех пор, пока поверхность не изменит цвет. После этого можно приступать к свариванию. Металл будет тягучим, так что движения может понадобиться совершать с усилием, чтобы обеспечить тщательное перемешивание деталей. Здесь требуется опыт работы с этим материалом. Шов можно наносить беспрерывно. По окончании процесса стоит прогревать это место с помощью газовой горелки в течение нескольких минут, чтобы не образовалось напряжений и весь водород испарился. Температура подогрева должна составлять от 300 до 500 градусов Цельсия.

Прокат стали 40Х

Для подогрева желательно использовать тот же газ, что и для сварки.»

Контроль качества шва

Контроль качества сварного соединения регулируется по ГОСТ 3242-69. Контроль наружных дефектов проводится при помощи внешнего осмотра металла. Для определения внутренних дефектов могут применять рентгеноскопию, которая покажет наличие раковин и трещин, если они есть. Также применяется магнитографический метод и ультразвуковой анализ.

Вследствие напряжений трещины могут появляться не сразу, а через некоторое время, так что такие методы контроля должны проводиться на следующие сутки.»

Сварка легированной стали

Легированные стали одни из самых популярных. Их главная особенность — это состав. В него добавляют различные легирующие компоненты, благодаря которым стали можно придать желаемые свойства и характеристики. Проще говоря, за счет легирующих добавок появляется возможность подстроить состав под свои нужды.

При необходимости такую сталь можно сделать прочнее, долговечнее и лучше. Вы в прямом смысле можете изменить ее физико-химические свойства, просто добавив в состав легирующие элементы.

Еще несколько достоинств легированной стали: повышенная жаропрочность, устойчивость к коррозии (не на уровне нержавейки, конечно, но все же устойчивость высокая). Для сварки такого типа сталей можно применять дуговую сварку и электроды, в составе которых содержится фтор и кальций. Но мы рекомендуем газовую сварку. Она сложнее, но при этом позволяет получить лучшее качество соединения.

Технология газовой сварки, конечно, отличается от классической сварки полуавтоматом или инвертором. Здесь тепло образуется не за счет электрической дуги, а за счет сварочного пламени. Оно образуется в момент, когда горючий газ смешивается с кислородом и сгорает. Технология сварки углеродистых сталей с помощью газа требует сноровки и опыта. Но это не значит, что вы не можете экспериментировать. Потренируйтесь на ненужном куске металла перед тем, как выполнить основные работы.