ЗАО "Сварочные технологии"

Углеродистые конструкционные стали в зависимости от содержания углерода разделяют на низкоуглеродистые (до 0,22% С), среднеуглеродистые (до 0,45% С) и высокоуглеродистые (более 0,45% С).

Наибольшее применение для изготовления сварных конструкций находят низкоуглеродистые стали марок СтЗсп, СтЗкп, Ст4 и Ст4кп.З

Низкоуглеродистые конструкционные стали выплавляют трех типов: кипящие (кп), спокойные (сп) и полуспокойные (пс) - в зависимости от количества вводимых раскислителей (марганца и главным образом кремния) при их выплавке.

Кипящая сталь получается при неполном раскислении металла и отличается неоднородностью распределения серы и фосфора по сечению и по высоте слитка. Больше всего этих примесей во внутренних слоях и головной части слитка. Участки проката с повышенным содержанием серы и фосфора имеют слоистое строение, вследствие чего механические свойства стали понижаются. Кипящая сталь хладноломка и склонна к механическому старению.

При отрицательных температурах она теряет вязкие свойства. Механическое старение (деформация и нагрев до сравнительно невысоких температур) повышает хрупкость стали. При сварке кипящей стали по обе стороны шва на расстоянии 5-15 мм от линий сплавления появляются участки металла, обладающие повышенной хрупкостью. Вследствие низких механических свойств кипящая сталь не применяется при изготовлении сварных конструкций, работающих в тяжелых условиях (ударные нагрузки, низкие температуры). Из кипящей стали обычно изготовляют металлические конструкции, сельскохозяйственные машины, различные емкости и т. д.

Спокойная сталь получается при полном раскислении жидкого металла и имеет однородное плотное строение с равномерным распределением серы и фосфора и поэтому лишена недостатков, присущих кипящей стали. Из спокойной стали изготовляют ответственные сварные конструкции (паровые котлы, резервуары большой емкости, подъемники, мосты и т. д.).

Широкое применение кипящей и полуспокойной стали для изготовления менее ответственных сварных конструкций обусловлено меньшей их стоимостью по сравнению со спокойной сталью.

Низкоуглеродистая сталь хорошо сваривается всеми методами сварки. Сварные соединения, выполненные из этой стали, эксплуатируются без термической обработки. Сварка среднеуглеродистых и тем более высокоуглеродистых сталей связана с серьезными трудностями ввиду опасности образования трещин в сварных швах и в околошовной зоне.

Спокойные углеродистые конструкционные стали кроме углерода всегда содержат такие примеси, как марганец, кремний, серу и фосфор. Эти примеси оказывают различное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода непрерывно возрастают твердость, предел прочности, предел текучести и предел упругости. Одновременно с этим уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость.

Кремний и марганец являются основными раскислителями углеродистых сталей. Полезное влияние марганца, кроме того, состоит в нейтрализации вредного действия серы.

В углеродистых спокойных сталях содержится до 0,8% марганца и до 0,6% кремния. Повышение содержания этих примесей сверх указанных пределов увеличивает прочность и твердость стали. Марганец при увеличении его содержания до 1,2% повышает ударную вязкость.

Аналогичное влияние эти элементы оказывают на механические свойства металла шва. Чрезмерное увеличение содержания кремния в сварных швах способствует образованию в них горячих трещин, что необходимо учитывать при выборе присадочного металла.

На основании многолетнего опыта по изготовлению и эксплуатации сварных металлических конструкций установлены определенные требования к применяемым сталям и к сварным соединениям. Эти требования зависят от условий эксплуатации сварных конструкций. Если сварные конструкции предназначаются для работы в тяжелых условиях (ударные нагрузки, низкая температура), то сварка их поручается специально подготовленным и проверенным сварщикам, а сварные соединения контролируются по особым правилам.

Сварные соединения из иизкоуглеродистых и низколегированних сталей должны удовлетворять следующим требованиям: предел прочности (σ_в) и предел текучести (σ_т) металла шва должны быть не ниже установленных ГОСТом для основного металла; относительное удлинение (δ₅) не менее 18%; ударная вязкость при комнатной температуре (α_н) не менее 8 кГ · м/см²; угол загиба стандартного образца, вырезанного из сварного соединения поперек шва, не менее 120°.

При сварке низкоуглеродистой стали ударная вязкость металла шва при температуре -20°С должна составлять не менее 3,5 кГ · м/см². Необходимо, чтобы швы были плотными, без пор, трещин, непроваров, подрезов и имели равномерное по длине заданное сечение. Допускаются лишь единичные несквозные поры в швах и подрезы в основном металле глубиной не более 0,5 мм. Требования к качеству ответственных сварных соединений предусмотрены специальными правилами Госгортехнадзора и Регистра.

Сварка низкоуглеродистой стали особых трудностей не представляет. Качество сварного соединения при этом зависит от тщательности выполнения сварки и обеспечения необходимого состава наплавленного металла.

Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом низкоуглеродистых сталей применяют флюсы АН-348А и ОСЦ-45 в сочетании с проволокой Св-08А или Св-08ГА. Для сварки среднеуглеродистых сталей применяют те же флюсы АН-348А и ОСЦ-45 и проволоки Св-08ГА и Св-10Г2. Причем с увеличением содержания углерода в свариваемой стали повышается его содержание и в металле шва, что может вызвать образование в нем горячих трещин. Появление трещин, обусловлено совместным действием серы и углерода. Для предотвращения образования трещин необходимо обеспечить более полное связывание имеющейся в шве серы путем повышения содержания в нем марганца. Это достигается применением проволоки с более высоким содержанием марганца.

При соблюдении описанной технологии сварки под флюсом швы обладают необходимыми механическими свойствами, не уступающими свариваемой стали (табл. 32 и 33).

Таблица 32. Химический состав и механические свойства свариваемой стали и металла шва, выполненного под флюсом АН-348А проволокой Св-08А

Таблица 33. Ударная вязкость свариваемой стали СтЗсп и металл шва после сварки и механического старения