Сварка низколегированных низкоуглеродистых сталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева"

Выксунский филиал НГТУ

Контрольная работа

по теме: "Сварка низколегированных низкоуглеродистых сталей"

Нижний Новгород 2015

Введение

Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают: кипящую - кп, полуспокойную - пс и спокойную - сп. Кипящая сталь, содержащая не более 0,07% Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат не менее 0,12% Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и отличаются меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке.

Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380--71 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают; например, СтЗ. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу, например, БСтЗ, ВСтЗ. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят с обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г). Стали ВСт 1, ВСт 2, ВСтЗ всех степеней раскисления и сталь ВСтЗГпс, а также стали БСт 1, БСт 2, БСтЗ всех степеней раскисления и сталь БСтЗГпс поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы В.

Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050--74 и ГОСТ 4543--71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из этих сталей, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке.

Стали, содержащие специально введенные элементы, которые отсутствуют в углеродистых сталях, называют легированными. Марганец считают легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний - при содержании свыше 0,4%. Поэтому углеродистые стали марок ВСт 3Гпс, ВСт 3Гпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.

В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4,0% (не считая углерода), а углерода 0,25%.

В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3--0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.

Технология сварки углеродистых и низкоуглеродистых сталей

Для различных способов сварки требования к конструктивным элементам подготовки кромок и размерам швов регламентируются соответствующим ГОСТом. Сварные соединения для фиксации входящих в них деталей относительно друг друга и выдерживания необходимых зазоров перед сваркой собирают в сборочных приспособлениях или при помощи прихваток. Длина прихваток зависит от толщины металла. Площадь сечения прихваток равна примерно 1/3 площади сечения шва, но не более 25 ... 30 мм Прихватки выполняют обычно покрытыми электродами или полуавтоматами в углекислом газе. Их рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению основного однопроходного шва или первого слоя в многопроходных швах.

При сварке прихватки следует переплавлять полностью, так как в них могут образовываться трещины ввиду высокой скорости теплоотвода. Поэтому перед сваркой прихватки тщательно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее выругают или удаляют другим способом.

При электрошлаковой сварке детали, как правило, устанавливают с зазором, расширяющимся к концу шва. Взаимное положение деталей фиксируют скобами, установленными на расстоянии 500 ... 1000 мм друг от друга и удаляемыми по мере наложения шва. При автоматических способах дуговой сварки и электрошлаковой сварке в начале и конце шва устанавливают входные и выходные планки для обеспечения сварки начала шва с установившимся термическим циклом (требуемыми размерами шва) и вывода кратера с основного шва.

Сварку стыковых швов газовую, вручную покрытыми электродами или полуавтоматами в защитных газах и порошковыми проволоками обычно выполняют на весу. При автоматической сварке предусматривают применение приемов, обеспечивающих предупреждение прожогов и качественный провар корня шва. Для предупреждения образования в швах пор, трещин, непроваров и других дефектов свариваемые кромки перед сваркой тщательно зачищают от шлака, оставшегося после термической резки, ржавчины, масла и других загрязнений.

Дуговую сварку ответственных конструкций лучше проводить с двух сторон. Более благоприятные результаты получаются при многослойной сварке. В этом случае, особенно на толстом металле, достигаются более благоприятные структуры в металле шва и околошовной зоне. Однако выбор способа заполнения разделки при многослойной сварке зависит от толщины металла и термообработки стали перед сваркой. При появлении в швах дефектов (пор, трещин, непроваров, подрезов и т.д.) металл в месте дефекта удаляется механическим путем, газопламенной, воздушно-дуговой или плазменной строжкой и после зачистки подваривается.

Следует помнить, что при сварке низколегированных сталей выбор техники и режима сварки влияет на форму провара, долю участия основного металла в формировании шва, а также на его состав и свойства.

Газовая сварка.

Низкоуглеродистые и низкоуглеродистые низколегированные стали удовлетворительно свариваются газовой сваркой. Для сварки используется нормальное пламя. Применение флюсов не требуется. В качество присадочного металла используются сварочные проволоки марок Св-08; Св-08А; Св-08ГС; Св-12ГС; Св-08Г 2С. Мощность пламени при левом способе сварки 100 ... 130 л/мм, при правом 120 ... 150 л/мм.

Металл шва содержит небольшое количество азота. Это объясняется его небольшой концентрацией в пламени. Водород остается в шве в значительных количествах и может вызывать в них поры. Окисление FeO за счет углерода с образованием СО также может привести к пористости шва. Поэтому рекомендуется применять присадочный металл с пониженным содержанием углерода. Выгорание кремния и марганца может привести к снижению пластичности металла шва - механические свойства металла шва могут быть в некоторой степени улучшены горячей проковкой или последующей термообработкой (нормализация или низкотемпературный отжиг). сталь сварка низкоуглеродистый

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.

В зависимости от назначения конструкции и типа стали электроды можно выбирать согласно табл.1. Режим сварки выбирают в зависимости от толщины металла, типа сварного соединения и пространственного положения сварки.

Табл. 1 Марки электродов, применяемых при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Табл. 2 Соответствие марок электродов типу электродов.

Табл. 3 Режимы сварки под флюсом.

Аргон и гелий в "чистом" виде в качестве защитных газов находят ограниченное применение - только при сварке конструкций ответственного назначения.

Сварку в углекислом газе и его смесях выполняют плавящимся электродом. В некоторых случаях для сварки в углекислом газе используют неплавящийся угольный или графитовый электрод. Однако этот способ находит ограниченное применение, например, при сварке бортовых соединений низкоуглеродистых сталей толщиной 0,3 ... 2 мм (канистр, корпусов конденсаторов и т.д.). Так как сварка выполняется без присадки, содержание кремния и марганца в металле шва невелико. В результате прочность соединения обычно составляет 50 ... 70 % прочности основного металла.

При автоматической и полуавтоматической сварке плавящимся электродом швов, расположенных в различных пространственных положениях, обычно используют электродную проволоку диаметром до | 1,2 мм; при сварке в нижнем положении - диаметром 1,2 ... 3,0 мм. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей используют легированные электродные проволоки марок Св-08ГС и Св-08Г 2С.Проволоку марки 12ГС можно использовать для сварки низколегированных сталей 14ХГС, 10ХСНД и 15ХСНД и спокойных углеродистых сталей марок Ст 1сп и Ст 2сп. Однако с целью предупреждения значительного повышения содержания углерода в верхних слоях многопроходных швов эту проволоку обычно применяют для сварки одно-трехслойных швов.

Повышение коррозионной стойкости швов в морской воде достигается использованием электродной проволоки марки Св-08ХГ 2С. Структура и свойства металла шва и околошовной зоны на низкоуглеродистых и низколегированных сталях зависят от марки использованной электродной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки (термического цикла сварки, доли участия основного металла в формировании шва и формы шва). Влияние этих условий сварки и технологические рекомендации примерно такие же, как и при ручной дуговой сварке и сварке под флюсом.

На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в швах могут образоваться поры. Сварка в углекислом газе менее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины. Увеличение напряжения дуги, повышая угар легирующих элементов, приводит к снижению механических свойств шва. Некоторые рекомендации по режимам сварки приведены в табл. 4.

Табл. 4 Режимы полуавтоматической и автоматической сварки в углекислом газе.

Сварка на повышенных силах тока приводит к получению металла швов с пониженными показателями пластичности и ударной вязкости, что, вероятно, объясняется повышенными скоростями охлаждения. Свойства металла шва, выполненного на обычных режимах, соответствуют свойствам металла шва, выполненного электродами типа Э 50А. В промышленности находит применение и сварка в углекислом газе порошковыми проволоками. Технология этого способа сварки и свойства сварных соединений примерно те же, что и при использовании их при сварке без дополнительной защиты.

Сварка порошковой проволокой. Сварка открытой дугой порошковой проволокой является одним из перспективных способов. В промышленности находят применение порошковые проволоки марок ПП-1ДСК, ПП-2ДСК, ПП-АНЗ, ПП-АН 4, ЭПС-15/2 и др. Использование проволоки ПП-1ДСК при сварке угловых и стыковых швов с зазором между кромками может привести к получению в швах пор.

Проволока ЭПС-15/2 для получения швов без пор требует соблюдения режимов в узком диапазоне. Большие рабочие токи ограничивают применение этой проволоки для сварки металла малых толщин.

Проволоки ПП-АН 7 и ЛП-2ДСК имеют хорошие сварочно-технологические свойства в широком диапазоне режимов (табл. 5).

Табл. 5. Оптимальные режимы сварки порошковыми проволоками (нижнее положение).

Приведенные в табл. 6 данные показывают, что механические свойства металла швов при сварке порошковыми проволоками находятся примерно на уровне свойств соединений, выполненных электродами типа Э 50А по ГОСТ 9467-75. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей можно рекомендовать проволоки ПП-2ДСК и ПП-АН 4, обеспечивающие хорошие показатели хладноломкости швов.

Табл. 6 Механические свойства швов при сварке низкоуглеродистых сталей порошковыми проволоками.

Электрошлаковая сварка. Электрошлаковую сварку широко применяют при изготовлении конструкций из толстолистовых низкоуглеродистых и низколегированных сталей. При этом равнопрочность сварного соединения достигается за счет легирования металла шва через электродную проволоку и перехода элементов из расплавляемого металла кромок основного металла. Последующая термообработка помимо снижения остаточных напряжений благоприятно влияет и на структуру и свойства сварных соединений.

При электрошлаковой сварке рассматриваемых сталей используют флюсы АН-8, АН-8М, ФЦ-1, ФЦ-7 и АН-22. Выбор электродной проволоки зависит от состава стали. При сварке спокойных низкоуглеродистых сталей с содержанием до 0,15% углерода хороших результатов достигают при использовании проволок марок Св-08А и Св-08ГА. Для предупреждения образования газовых полостей и пузырей при сварке кипящих сталей, содержащих мало кремния, рекомендуется электродная проволока Св-08ГС с 0,6 ... 0,85 % Si. При сварке сталей марок СтЗ и некоторых марок низколегированных сталей удовлетворительные результаты получают при использовании электродных проволок марок Св-08ГА, Св-10Г 2 и Св-08ГС, а стали ЮХСНД-Св-08ХГ 2СМА (табл. 7).

Табл. 7 Ориентировочные режимы электрошлаковой сварки низкоуглеродистых сталей.

Размещено на Allbest.ru