Со стороны кажется, что сваркой заниматься легко, нужно просто научиться держать в руках сварочный аппарат, а потом можно варить что угодно. Но на самом деле это процесс, который требует не только физических, но и интеллектуальных усилий, например, при правильной организации работы. Предстоит учесть множество параметров, в том числе и свариваемость сталей.
Определение свариваемости сталей
Перед тем, как говорить о сварке сталей, необходимо рассмотреть понятие о свариваемости. Так называется свойство, позволяющее стали переносить варку без потери качества. Если получается шов, отвечающий ГОСТ 2601 и особенностям конструкции, это говорит о хорошей свариваемости металлов и сплавов.
Металлы имеют разную степень свариваемости, в сплавы могут быть включены элементы, которые снижают или увеличивают эту способность. Однако, не только вид металла влияет, также нужно учитывать:
- количество вредных примесей, их количество;
- условия окружающей среды;
- количество элементов, добавленных для улучшения свойств сплава;
- толщина детали;
- содержание углерода.
Режим сварки тоже может сыграть роль, так как некоторые металлы предполагают только определенные виды соединений. Так квалификация сварщика тоже косвенно влияет.
Классификация сталей по свариваемости
Чтобы облегчить определение способности металлов к свариванию, марки сталей были поделены на 4 группы свариваемости деталей. Для представления каждой классификации, а также ее особенностей создана таблица свариваемости:
| Класс свариваемости | Концентрация углерода | Марки стали | Особенности процесса сварки |
|---|---|---|---|
| I — Хорошо | До 0,25% | Углеродистые: ВСт1–4, Стали 08, 10, 15, 20, 25. | Здесь нет ограничений, зависимости от плотности детали, температурных параметров. Поэтому можно подбирать любой режим сварки. |
| Легированные: 15Г, 20Г, 15Х, 20Х, 15ХМ, 20ХГСА, 10ХСНД, 10ХГСНД, 15ХСНД. | |||
| II — Удовлетворительно | От 0,25 до 0,35% | Углеродистые: ВСт5, Стали 30, 35. | Безветренная погода, температура среды от +5 и выше. Максимально допустимая толщина металла — 20мм. |
| Легированные: 12ХН2, 12ХН3А, 20ХН, 20ХН3А, 30Х, 30ХМ, 25ХГСА. | |||
| III — Ограниченно | От 0,35 до 0,45% | Углеродистые: ВСт6, Стали 40, 45. | Режимы сварки подбираются из допустимых, их список строго ограничен. Перед сваркой или во время нее деталь прогревается до 250ºC. |
| Легированные: 35Г, 40Г, 45Г, 40Г2, 35Х, 40Х, 45Х, 40ХМФА, 40ХН, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХМ, 20Х2Н4МА. | |||
| IV — Плохо | Выше 0,45% | Углеродистые: Стали 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. | Сварка с нагревом и обязательной обработкой после. |
| Легированные: 50Г, 50Г2, 50Х, 50ХН, 45ХН3МФА, 6ХС, 7Х3. |
Важной характеристикой будет эквивалентное содержание углерода, определяющееся по формуле:
С (эквивалентное) = С + (Mn/6) + ((Cr + Mo +V)/5 + (Ni + Cu)/15),
где С — это углерод, а другие буквенные элементы — концентрация легирующих компонентов. Все величины в процентах.
Влияние легирующих элементов на свариваемость
Помимо углерода учитываются и легирующие элементы, и здесь в первую очередь влияют на свариваемость:
- Углерод. Чем выше концентрация углерода, тем ниже пластичность металла, а значит снижается его способность к сварке. Обусловлено это тем, что при окислении углерода образуется множество газовых пор, из-за которых шов будет подвержен дефектам, быстрому разрушению. Поэтому легче всего будет работать с низкоуглеродистой сталью, где содержание этого элемента ниже 0,25%.
- Кремний. Обычно кремний вводится как раскислитель, поэтому в концентрации ниже 0,3% он не мешает качественной сварке. Однако, когда этот процент увеличивается до 0,5-1,5%, кремний становится легирующих элементом. Из-за него появляются тугоплавкие окислы, приводящие к выделению большого количества шлака, поэтому свариваемость детали ухудшается.
- Фосфор. Допустимое количество фосфора — 0,08%, если оно выше, способность к свариванию детали снижается, так как появляются холодные трещины.
- Никель. Никель способен повышать прочность детали, а также ее пластичность, поэтому свариваемость улучшается. В низколегированных сталях содержание никеля обычно около 5%, а в высоколегированных до 35%.
- Молибден. В сталях, обладающих теплоустойчивостью, концентрация молибдена обычно держится на уровне 0,2-0,8%, а в специальных, используемых в средах с высокой температурой, молибдена не меньше 2–3%. Крепость детали, а также ее пластичность увеличиваются, но риск появления дефектов в шве остается.
- Хром. Концентрация хрома до 0,25% не создает проблем для такого параметра, как свариваемость металлов. Но при увеличении количества этого элемента способность к варке снижается, а концентрация выше 1,1% уже считается плохим для сварки. Из-за хрома химическая стойкость стали снижается, из-за чего появляются тугоплавкие окислы. Карбиды, выделяющиеся здесь при сварке, провоцируют коррозии.
- Вольфрам. Вольфрам снижает способность к сварке детали, сильно окисляется.
- Ниобий, титан. Оба элемента улучшают свариваемость детали, обычно они добавляются, чтобы снизить негативное влияние других элементов. Например, титан или ниобий в содержании 0,5-1% будет вступать в реакцию с углеродом и мешать появлению карбида, если в стали содержится хром. Так коррозия металла снизится.
- Азот. Этот элемент используется для снижения температуры сварочной ванны. Его использование провоцирует выделение нитридов железа, увеличивающих твердость металла, но снижают пластичность, а значит и способность к сварке.
- Сера. Допустимое содержание серы в стали до 0,06%. Если этот процент выше, горячих трещин не избежать.
- Медь. Положительно влияет на свариваемость, повышает как прочность, так и пластичность, а также вязкость и даже стойкость к коррозии. Обычно содержание меди не бывает выше 0,8%, этого уже достаточно для положительного эффекта.
Проводить оценку свариваемости деталей необходимо перед каждым новым сварочным процессом, ведь это напрямую влияет на успех всей работы. Поэтому каждый сварщик должен уметь не только работать со сварочным аппаратом, но также правильно подбирать режимы сварки под каждый отдельный случай.
