-> Wydanie 106 ->

Cechy spawania stali węglowej

Stale węglowe mają dobre właściwości odlewnicze. Poprawiają jego właściwości utwardzające, mają wysoką wytrzymałość i odporność na zużycie. Stosowane są głównie w inżynierii mechanicznej i stoczniowej do produkcji obudów i różnych części: wałów, kół zębatych, osi. Spawanie takich stali ma szereg cech. Ze względu na zawartość węgla wzrasta skłonność do pękania w konstrukcjach spawanych. Aby tego uniknąć stosuje się specjalne elementy spawalnicze – elektrody UONI oraz drut spawalniczy SV08G2S, które pozwalają na zwiększenie wytrzymałości i poprawę jakości spawów.

Rodzaje stali węglowej

W zależności od ilości zawartego węgla, stale dzielą się na:

1. Niskoemisyjny (zawartość węgla do 0,25%). Charakteryzują się dobrą spawalnością, dają wysokiej jakości szwy o pożądanym składzie chemicznym oraz mocne połączenia.
2. Średni węgiel (zawartość węgla 0,25-0,6%). Wraz ze wzrostem ilości węgla pogarszają się właściwości stali, pojawia się tendencja do tworzenia pęknięć i porów. Aby tego uniknąć, podczas spawania stosuje się elektrody o obniżonej zawartości węgla (elektrody UONI) i dodatkowe stopowanie osadzonego metalu krzemem lub manganem. Stosowany jest również drut spawalniczy SV08G2S.

Cechy technologiczne spawania stali węglowych

Podczas spawania stali o wysokiej zawartości węgla należy wziąć pod uwagę następujące punkty:

• minimalna ilość węgla powinna przejść do szwu z metalu nieszlachetnego;
• optymalny kształt spoiny i zmniejszenie jej niejednorodności chemicznej;
• dodatkowe wprowadzenie do strefy spoiny pierwiastków chemicznych zwiększających jego wytrzymałość (wapń, mangan);
• zastosowanie elektrod niskowęglowych.

Elektrody do spawania stali węglowej

Każda marka elektrody lub drutu spawalniczego musi spełniać określone wymagania i mieć określony zestaw właściwości. Głównymi cechami elektrod spawalniczych są właściwości mechaniczne szwu, odporność na rozdarcie, kąt zgięcia, udarność i wydłużenie łuku spawalniczego. Wybierając konkretną markę, należy wziąć pod uwagę powłokę elektrody:

1. Podstawowy (powłoka węglanowa i fluorkowa), który ze względu na niską zawartość gazów i zanieczyszczeń daje doskonały szew, który nie jest podatny na pękanie.
2. Kwaśny (zawiera tlenki krzemu, magnezu i żelaza) - zwiększona skłonność do pękania, szew nie jest wystarczająco mocny.
3. Rutyl (na bazie dwutlenku tytanu) - zapewnia stabilne spalanie łuku, metal nie rozpryskuje się zbytnio, skorupa żużla łatwo oddziela się.
4. Celuloza - ma wysoką zawartość wodoru, ale zapewnia dodatkową wygodę w procesie spawania.

Na podstawie materiałów witryny

Spawanie stali węglowej 45 ma pewne cechy, którym towarzyszą pewne trudności, ponieważ głównym składnikiem stopowym jest w nim węgiel.

Stale, w których węgiel wynosi 0,1-2,07 procent, to stale węglowe. Stopy o zawartości tego pierwiastka w przedziale 0,6-2,07 proc. uważane są za wysokowęglowe, o zawartości węgla od 0,25 do 0,6 proc. - średniowęglowe, a jeśli w stopie jest mniej niż 0,25 proc. węgla - niskowęglowe -węgiel.

Spawanie stali węglowych dla każdej z powyższych kategorii różni się technologią jego wykonania. Ale są też Ogólne wymagania których należy przestrzegać w procesie spawania:

• Przy stosowaniu spawania półautomatycznego drutem proszkowym, spawania gazowego, spawania w środowisku ochronnym oraz ręcznego spawania detali elektrodami otulonymi, spoiny najczęściej wykonuje się metodą wagową.
• Podczas korzystania z automatycznego spawania należy wybrać metody spawania, które zapewniają niezbędną penetrację grani spoiny, a także wykluczają przepalenie materiału.
• Konstrukcje spawane do niezawodnego mocowania ich elementów składowych zaleca się montować za pomocą specjalistycznych pinezek, różnych urządzeń montażowych. Do spawania półautomatycznego w atmosferze ochronnej dwutlenku węgla oraz do stali stopowych węglowych z użyciem elektrod otulonych stosuje się zwykle sczepy.

Dla różnych technologii spawania istnieją indywidualne normy, które wskazują wymagania dotyczące wymiarów spoin, procedury przygotowania krawędzi spawanych produktów.

Zalecenia dotyczące stosowania pinezek podczas wykonywania prac spawalniczych

• Długość szpilek ustalana jest w zależności od grubości spawanego metalu.
• Pole przekroju pinezek wynosi 2,5-3 cm (około 1/3 pola przekroju spoiny).
• Zaleca się nakładanie pinezek na odwrotnej stronie przedmiotu obrabianego w stosunku do głównego szwu jednoprzebiegowego. Przy założeniu spoin wielościegowych nakładka jest wykonywana po przeciwnej stronie pierwszej warstwy.
• Przed rozpoczęciem zgrzewania szwy muszą być dokładnie oczyszczone i sprawdzone wizualnie. Jeśli zostaną znalezione pęknięcia, są one bezbłędnie usuwane.

Ważny punkt! Podczas spawania konieczne jest całkowite przetopienie sczepiania, ponieważ istnieje możliwość pękania z powodu dość szybkiego odprowadzania ciepła. Z kolei pęknięcia mogą wpływać na jakość prac spawalniczych.

Cechy produktów spawalniczych ze stali wysokostopowych

Spawanie stali wysokostopowych różni się od spawania stali niskowęglowych wyższym współczynnikiem rozszerzalności liniowej (przekracza 1,5 raza) i niższym współczynnikiem przewodzenia ciepła (w wysokich temperaturach jest prawie 2 razy mniejszy).

• Podwyższony współczynnik rozszerzalności w procesie wykonywania operacji spawalniczych prowadzi do znacznych odkształceń spawanych próbek, przy dużej sztywności wyrobów do powstawania pęknięć (duże detale, duża grubość metalu, sztywne mocowanie spawanych elementów, brak szczelin między nimi).

• Niski współczynnik przewodności cieplnej w procesie spawania prowadzi do odpowiednio koncentracji ciepła, zwiększa się głębokość wnikania metalu. Aby tego uniknąć, konieczne jest zmniejszenie wartości prądu spawania o około 15 procent (+/-5%).

Tworzenie pęknięć

Stale stopowe z aluminium, w przeciwieństwie do stali niskowęglowych, są bardziej podatne na pękanie. Najczęściej pęknięcia gorące powstają w stalach austenitycznych, pęknięcia zimne - w hartowanych stalach martenzytycznych, martenzytyczno-ferrytycznych. Obecność siatki eutektycznej wzdłuż granic ziaren powoduje, że spoiny stają się kruche.

Materiały odporne na korozję, stopowe z wanadem, niezawierające niobu, tytanu po podgrzaniu powyżej 500° tracą swoje właściwości antykorozyjne. Dzieje się tak w wyniku wytrącania się żelaza, węglików chromu.

obróbka cieplna

Za pomocą obróbki cieplnej (zwykle przeprowadza się hartowanie) można odnowić właściwości antykorozyjne metalu. Po podgrzaniu produktu do temperatury 850 stopni wytrącone węgliki chromu ponownie rozpuszczają się w austenicie, przy natychmiastowym ochłodzeniu przestają się wyróżniać. Taka obróbka cieplna nazywana jest stabilizacją, ale prowadzi do obniżenia wartości wiązkości, ciągliwości stali.

Aby zapewnić wysoką lepkość, odporność na korozję, plastyczność materiału, należy go podgrzać do 1000-1150 stopni, natychmiast utwardzić (chłodzić w wodzie).

Cechy technologii zgrzewania tarciowego z przemieszaniem

Proces technologiczny zgrzewania tarciowego z przemieszaniem polega na nagrzewaniu tarciowych części (jeden ze zgrzewanych elementów jest w ruchu).

Zasada działania

Zgrzewanie tarciowe stalowych elementów zbrojeniowych polega na spawaniu, podczas którego energia mechaniczna jednego ze zgrzewanych elementów, będącego w ciągłym ruchu (obracaniu), zamieniana jest na energię cieplną. Zwykle albo jedna ze spawanych części, albo wkładka między nimi, obraca się. Połączone w ten sposób metalowe półwyroby są jednocześnie dociskane do siebie pod ustalonym lub stopniowo narastającym naciskiem. Ogrzewanie w tym przypadku odbywa się bezpośrednio w miejscu spawania.

Podstawowe kroki w procesie zgrzewania tarciowego

• Zniszczenie przez tarcie warstw tlenkowych, ich usuwanie.
• Podgrzanie krawędzi spawanych części do stanu plastycznego, zniszczenie styku tymczasowego.
• Wytłaczanie najbardziej plastycznych objętości stali ze złącza.
• Zatrzymanie ruchu (obrotu) elementu spawanego, powstanie złącza monolitycznego.

Po zakończeniu procedury spawania półwyrobów ze stali zbrojeniowej następuje sedymentacja, natychmiastowe zaprzestanie ruchu (obrotu) łączonego produktu. Powierzchnie styku części w strefie zgrzewania w procesie zwiększania prędkości obrotowej pod naciskiem ściskającym ocierają się o siebie.

Kontaktowe, tłuszczowe filmy na połączonych produktach są niszczone. Następnie tarcie graniczne jest przekształcane w tarcie suche. Oddzielne mikrowystępy zaczynają się ze sobą stykać, następuje odkształcenie. Tworzą się strefy młodociane, w których atomy powierzchniowe nie mają nasyconego wiązania - natychmiast powstają między nimi wiązania metalowe, które natychmiast ulegają zniszczeniu z powodu względnego ruchu powierzchni.

Wyjście

Biorąc pod uwagę złożoność procesu technologicznego spawania konstrukcji ze stali wysokostopowych, prace spawalnicze powinni wykonywać wyłącznie profesjonalni spawacze.

Stal jest stopem żelaza i węgla, który jest używany częściej niż wszystkie inne metale i ich stopy razem wzięte. Bez użycia stalowych konstrukcji i części istnienie nowoczesnej cywilizacji technogenicznej jest nie do pomyślenia.

Szczególne miejsce we współczesnym przemyśle zajmuje spawanie stali niskowęglowych, jako najszerzej stosowana metoda łączenia. Stal ma doskonałą spawalność – to doprowadziło do powstania szeregu metod i sposobów wykonywania połączeń spawanych.

Nowoczesne technologie pozwalają na uzyskanie wysokiej jakości szwów spawalniczych. W ten sposób połączenia spawane prawie zastąpiły poprzednio używane - nitowane. Opracowano metody spawania o dużej wytrzymałości, takie jak spawanie pod wodą.

Definicja pojęcia - stal węglowa

Jeżeli pojemność węgla w stopie nie przekracza 2,07%, to taki materiał można śmiało nazwać stal . Wszystko powyżej 2,14 to żeliwo. Wzrost zawartości węgla w stopie prowadzi do wzrostu jego twardości i kruchości.

• Stale niskowęglowe zawierają do 0,25% węgla.
• Stale średniowęglowe zawierają od 0,25 do 0,6% węgla.
• Stale wysokowęglowe zawierają od 0,6 do 2,07% węgla.

Do produkcji stopów narzędziowych o podwyższonej wytrzymałości stosuje się niskowęglowe stale stopowe. Chrom, nikiel, molibden, wanad, wolfram, niob, tytan służą jako dodatki stopowe. Drobne zanieczyszczenia siarki i fosforu, do 0,035%, również zwiększają właściwości stopów, wysoka czystość stali jest oznaczona literą „A” w oznaczeniu.

Węgiel odgrywa również ważną rolę w składzie stali. Dzięki niemu możliwe jest hartowanie i odpuszczanie, zwiększa się żywotność i zwiększa się twardość. Takie cechy są ważne przy produkcji części o zwiększonej odporności na zużycie kół zębatych, kół łańcuchowych, obudów, wałów środkowych, kół zębatych.

Obecność różnych zanieczyszczeń w stopach determinuje stosowanie różnych metod i dodatków topnikowych w spawaniu stali wysokostopowych. Ale spawalność zależy głównie od ilości węgla. Im wyższa jest jego zawartość procentowa, tym spoina staje się mniej wytrzymała.

Rodzaje i technologie spawania stali węglowych

Jednym z głównych kryteriów uzyskania optymalnej jakości spoiny jest maksymalne przybliżenie jej właściwości fizykochemicznych do właściwości stopu podstawowego. Równa wytrzymałość i jednoskładnikowy charakter spawanych elementów stalowych i wypełniaczy pozwala na uzyskanie najtrwalszych połączeń.

Ponieważ jakość spawalności spada wraz ze wzrostem zawartości węgla, główne gatunki stali można podzielić na dwie grupy:

• Stopy o dobrej spawalności– St10, St20, 15GS, 12MH, 15HM
• Stopy o zadowalającej spawalności- 15G2S, 12X1MF, 15X1M1F, 12X2M1, 12X2MFSR, 12X2MFB.

Aby przezwyciężyć problemy, które pojawiają się podczas spawania stali, opracowano technologie spawania w celu stworzenia niezbędnych warunków. Poniżej przedstawiamy główne kierunki rozwoju na ten temat.

• Spawanie łukowe

Ta metoda polega na wykorzystaniu łuku elektrycznego do podgrzania metalu do stanu ciekłego. Technologia powstała ponad 100 lat temu i w tym okresie zajęła dominujące miejsce, prawie całkowicie zastępując niektóre rodzaje połączeń, np. nitowanie.

Zastosowanie wysokotemperaturowego łuku spawalniczego znacznie zawęża wymaganą strefę grzewczą, co pozwala zachować jakość łączonych części. Stabilność spalania i szybkość nagrzewania łuku elektrycznego pozwoliły na wykreowanie szeregu kierunków w rozwoju sprzętu spawalniczego.

• Spawanie łukiem elektrycznym elektrodami topliwymi (MSW)

Spawanie następuje w wyniku spalania łuku między końcówką elektrody a przedmiotem obrabianym, podczas gdy elektroda topi się, wypełniając jeziorko spawalnicze. Aby zapobiec utlenianiu stopionego metalu, elektrody są pokryte powłoką, która po stopieniu pokrywa szew ochronną warstwą żużla. Po schłodzeniu żużel jest usuwany przez opukiwanie.

Spawarki tego typu z powodzeniem działają zarówno z sieci 220 W, jak i z sieci 380 W. Niskie wymagania i kompaktowe wymiary nowoczesnych spawarek pozwalają na zastosowanie ich od najbardziej niedostępnych miejsc, przy obiektach wysokościowych, aż po użytku domowego.

Rodzaj łuku spawalniczego może być stały lub zmienny. Spawarki DC mają większą funkcjonalność ze względu na wyższą charakterystykę łuku spawalniczego.

W przypadku różnych rodzajów spawanego metalu do spawania stali węglowych i niskostopowych stosuje się elektrody. Głównym kryterium wyboru marki elektrod jest utworzenie spoiny o jednakowej wytrzymałości, bez pęknięć wewnętrznych i kruchych stref międzymetalicznych.

Aby wykonać spawanie łukowe stali węglowych o zadowalającej spawalności, wskazane jest stosowanie stałego prądu spawania.

Spawanie MMA włączone ten moment jest najpopularniejszym i najczęściej używanym rodzajem spawania w ogóle.

• Spawanie łukiem elektrycznym elektrodą nietopliwą (wolframową) w środowisku gazu obojętnego (TIG)

Nagrzewanie metalu tą metodą następuje w wyniku spalania łuku między elektrodą wolframową a przedmiotem obrabianym. Wypełnienie jeziorka spawalniczego metalem następuje dzięki doprowadzeniu drutu spawalniczego bezpośrednio do strefy topienia.

Palnik tego typu spawarki dostarcza argon do strefy grzewczej. Ten gaz obojętny nie tylko chroni stopiony metal przed utlenianiem, ale dzięki swoim właściwościom jonizującym prowadzi do stabilnego spalania łuku.

Podwyższone opcje charakterystyka spawania pozwalają wykonywać prace wymagające szczególnej siły i dokładności. Spawanie TIG jest szczególnie uzasadnione w przypadku łączenia stali narzędziowych stopowych.

• Spawanie łukiem elektrycznym półautomatyczne w gazach osłonowych (MIG-MAG)

Spawanie następuje z powodu spalania łuku między dostarczonym drutem a częścią. Drut jest podawany automatycznie i wypełnia jeziorko spawalnicze. Palnik zaprojektowano w taki sposób, aby dostarczał gaz ochronny lub obojętny do strefy topienia.

Spawanie półautomatyczne dzięki wysokiej wydajności i dokładności spawów mocno zajęło swoje miejsce w branży.

• Spawanie łukiem elektrycznym gazowo-plazmowym

Łuk na końcu elektrody wolframowej jonizuje przepływ atomów argonu, co tworzy palnik plazmowy, który topi metal. Dzięki efektowi plazmy następuje głębsza penetracja stali, wzrasta jakość i wytrzymałość szwów.

Sprzęt do spawania gazowo-plazmowego jest zwykle produkowany w formacie przemysłowym. Często są to w pełni automatyczne systemy sterowane wyłącznie przez oprogramowanie.

• Spawanie elektrożużlowe

Dzięki tej technologii możliwe stało się spawanie grubego metalu w jednym przejściu, co znacznie poprawia jakość spoiny.

Nagrzewanie metalu następuje w wyniku przejścia łuku elektrycznego przez przewodzący żużel (strumień). W warstwę żużla wszczepiane są elektrody metalowe, które po stopieniu żużla przejmują przewodność prądu, gasząc w ten sposób łuk. Późniejsze nagrzewanie bez łuku następuje wyłącznie z powodu oporności metalu na prąd elektryczny.

Spawanie odbywa się zwykle w kierunku od dołu do góry, ograniczając miejsce spawania suwakami chłodzonymi miedzią. Ta metoda jest bardzo wygodna do wypełniania grubych spoin o nieliniowej konfiguracji.

Topienie metalu odbywa się za pomocą wysokotemperaturowego palnika palnego gazu w czystym środowisku tlenowym. Mieszanie gazów odbywa się w specjalnym palniku gazowo-płomieniowym, który wyposażony jest w uchwyty do kontroli intensywności podawania mieszanki palnej.

Jeziorko spawalnicze jest wypełnione metalem dzięki drutowi, który jest podawany do strefy topienia.

W przypadku spawania gazowego nie każdy gaz palny będzie akceptowalny. Na przykład propan ma zanieczyszczenia, które utleniają stopiony metal, szew jest luźny i bezkształtny.

Technologia spawania gazowego stali węglowych polega na wykorzystaniu tradycyjnego acetylenu lub bardziej nowoczesnego MAF.

Wadą spawania gazowego jest jego niska wydajność, zwiększone koszty pracy, wysoki koszt materiałów eksploatacyjnych. Rozwój różnych technologii spawania elektrycznego stopniowo wyparł spawanie gazowe z powszechnego zastosowania.

Podana liczba metod spawania jest najpopularniejsza, ale daleka od ukończenia. Ta branża stale się rozwija. Jest termit, elektrolizer, laser, spawanie chemiczne. Nawet metoda zgrzewania tarciowego znalazła swoje miejsce w niektórych branżach. Gatunki stali średnio- i niskowęglowych raczej nie stracą na popularności w przewidywalnej przyszłości, a wręcz przeciwnie. Tak więc rozwój obiecujących technologii spawalniczych przez długi czas pozostanie pożądanym przemysłem.

Wstęp

Sprzęt i technologia spawalnicza zajmują jedno z czołowych miejsc w nowoczesnej produkcji. Kadłuby gigantycznych supertankowców i siatkówka ludzkiego oka, miniaturowe części urządzeń półprzewodnikowych i ludzkie kości podczas operacji chirurgicznych są ze sobą zespawane. Wiele projektów nowoczesnych maszyn i konstrukcji, np. rakiet kosmicznych, okrętów podwodnych, gazociągów i ropociągów, nie może powstać bez pomocy spawania. Rozwój technologii stawia coraz to nowe wymagania w zakresie metod produkcji, aw szczególności technologii spawania. Dziś spawane są materiały, które do niedawna uważano za egzotyczne. Są to stopy tytanu, niobu i berylu, molibden, wolfram, materiały kompozytowe o wysokiej wytrzymałości, ceramika, a także wszelkiego rodzaju kombinacje materiałów odmiennych. Spawane części elektroniki o grubości kilku mikronów oraz części ciężkiego sprzętu o grubości kilku metrów. Warunki, w jakich prowadzone są prace spawalnicze, stają się coraz bardziej skomplikowane: konieczne jest spawanie pod wodą, w wysokich temperaturach, w głębokiej próżni, ze zwiększonym promieniowaniem, w stanie zerowej grawitacji. Nie bez powodu spawanie stało się drugim po montażu procesem technologicznym, testowanym po raz pierwszy na świecie przez naszych kosmonautów w kosmosie.

Współczesny postęp technologiczny w przemyśle jest nierozerwalnie związany z doskonaleniem produkcji spawalniczej. Spawanie jako wysokowydajny proces wytwarzania złączy stałych znajduje szerokie zastosowanie w produkcji urządzeń hutniczych, prasowo-kuźniczych, chemicznych i energetycznych, różnego rodzaju rurociągach, w inżynierii rolniczej i ciągnikowej, w produkcji konstrukcji budowlanych i innych .

Krótka informacja o stalach węglowych

Stale węglowe to stopy żelazowo-węglowe zawierające do 2,14% węgla (C) z niską zawartością innych pierwiastków. Charakteryzują się dużą plastycznością i są dobrze odkształcone. Węgiel silnie wpływa na właściwości stali nawet przy niewielkiej zmianie jego zawartości. Stale węglowe można klasyfikować według kilku parametrów:

1) Według jakości.

2) Metodą odtleniania.

Według jakości

Stal o standardowej jakości

Wykonane są zgodnie z GOST 380-71. Są one oznaczone literami St i liczbami warunkowymi od 0 do 6, na przykład: St 0, St 1, ..., St 6. Stopień odtlenienia jest oznaczony literami cn (spokojna stal), ps (pół- spokój), kp (wrzenie), które na końcu umieszcza się na oznaczeniach gatunku stali.

W zależności od przeznaczenia rozróżnia się trzy grupy stali zwykłej jakości: A, B i C. W gatunkach wskazane są tylko grupy B i C, grupa A nie jest wskazana.

Grupa A dostarczana jest tylko w zakresie właściwości mechanicznych, skład chemiczny stali z tej grupy nie jest uregulowany, jest wskazany jedynie w certyfikatach producenta. Stale z tej grupy są zwykle stosowane w wyrobach w stanie dostarczonym bez formowania i spawania. Im większa liczba warunkowej liczby stali, tym wyższa jej wytrzymałość i mniejsza ciągliwość.

Grupa B dostarczana jest tylko z gwarantowanym składem chemicznym. Im większa liczba numerów referencyjnych stali, tym wyższa zawartość węgla. Stale te mogą być później poddawane odkształceniom (kucie, tłoczenie itp.), a w niektórych przypadkach obróbce cieplnej. Jednak ich pierwotna struktura i właściwości mechaniczne nie są zachowane. Znajomość składu chemicznego stali pozwala określić reżim temperaturowy ciśnienie robocze na gorąco i obróbka cieplna.

Grupa B może być spawana. Dostarczane są z gwarantowanym składem chemicznym i gwarantowanymi właściwościami. Stale z tej grupy oznaczane są literą B i liczbą np. B StZps. Stal ta posiada właściwości mechaniczne odpowiadające numerowi grupy A, a skład chemiczny numerowi grupy B, skorygowany o metodę odtleniania.

Wysokiej jakości stale węglowe

Ta klasa stali węglowych jest produkowana zgodnie z GOST 1050-74. Dostarczane są stale wysokiej jakości zarówno pod względem składu chemicznego, jak i właściwości mechanicznych. Podlegają bardziej rygorystycznym wymogom zawartości szkodliwych zanieczyszczeń (siarka nie więcej niż 0,04%, fosfor nie więcej niż 0,035%).

Wysokiej jakości stale węglowe są oznaczone dwucyfrowymi liczbami 08, 10, 15, ..., 85, wskazującymi średnią zawartość węgla w setnych procentach, wskazującą stopień odtlenienia (kp, ps).

Stale wysokiej jakości dzielą się na dwie grupy: o zwykłej zawartości manganu (do 0,8%) oraz o wysokiej zawartości (do 1,2%). Przy oznaczaniu tego ostatniego litera G jest umieszczona na końcu gatunku, na przykład 60 G. Mangan zwiększa hartowność i właściwości wytrzymałościowe, ale nieco zmniejsza ciągliwość i twardość stali.

Przy wyznaczaniu stali wrzącej lub półspokojnej stopień odtleniania jest wskazany na końcu gatunku: kp, ps. W przypadku stali spokojnej stopień odtleniania nie jest wskazany.

niskoemisyjny (do 0,25% C).

średni węgiel (0,3-0,55% C).

wysokowęglowy (0,6-0,85% C).

W przypadku produktów krytycznych stosuje się wysokiej jakości stale o jeszcze niższej zawartości siarki i fosforu. Niska zawartość szkodliwych zanieczyszczeń w stalach wysokiej jakości dodatkowo podnosi koszty i komplikuje ich produkcję. Dlatego zwykle stale wysokiej jakości nie są stalami węglowymi, ale stopowymi. Przy oznaczaniu stali wysokiej jakości na końcu gatunku dodaje się literę A, na przykład stal U10A.

Stale węglowe zawierające 0,7-1,3% C stosowane są do produkcji narzędzi udarowych i skrawających. Są one oznaczone jako U7, U13, gdzie Y oznacza stal węglową, a liczba to zawartość węgla w dziesiątych częściach procenta.

Zgodnie z metodą odtleniania

pół-spokojny

Spokojna

Zawiera 0,15-0,35% krzemu odtlenionego krzemem, mangan.

Spawalność stali węglowych

Stale miękkie mają dobrą spawalność. Szkodliwe zanieczyszczenia mogą zmniejszać spawalność, jeśli ich zawartość przekracza normę.

Szkodliwe zanieczyszczenia mogą pogarszać spawalność nawet przy średniej zawartości, która nie wykracza poza normę, jeśli tworzą lokalne nagromadzenia, np. w wyniku segregacji. Elementami szkodliwymi dla spawania w stali miękkiej mogą być węgiel, fosfor i siarka, przy czym ta ostatnia jest szczególnie podatna na segregację z tworzeniem lokalnych nagromadzeń.

Negatywny wpływ na spawalność może mieć również zanieczyszczenie metalu gazami i wtrąceniami niemetalicznymi. Zanieczyszczenie metalu szkodliwymi zanieczyszczeniami zależy od metody jego produkcji i można je częściowo ocenić na podstawie oznakowania metalu. Stal wysokiej jakości spawa się lepiej niż zwykła stal jakości odpowiedniego gatunku; Stal martenowska jest lepsza niż stal Bessemera, a stal martenowska jest lepsza niż stal wrząca. Przy wytwarzaniu krytycznych produktów spawanych te różnice w spawalności stali niskowęglowych muszą być brane pod uwagę i brane pod uwagę przy wyborze marki metalu nieszlachetnego.

Stale węglowe zawierające więcej niż 0,25% węgla mają zmniejszoną spawalność w porównaniu ze stalami niskowęglowymi, a spawalność stopniowo spada wraz ze wzrostem zawartości węgla. Stale o dużej zawartości węgla łatwo ulegają hartowaniu, co prowadzi do powstania twardych, kruchych struktur hartowniczych w strefie spoiny i może im towarzyszyć powstawanie pęknięć. Wraz ze wzrostem zawartości węgla wzrasta tendencja metalu do przegrzewania się w strefie spawania. Podwyższona zawartość węgla wzmaga proces jego wypalania z wytworzeniem gazowego tlenku węgla, który powoduje zagotowanie kąpieli i może prowadzić do znacznej porowatości osadzanego metalu.

Przy zawartości węgla powyżej 0,4-0,5% spawanie stali staje się jednym z najtrudniejszych zadań w technice spawalniczej. Stale węglowe mają na ogół zmniejszoną spawalność i, jeśli to możliwe, zaleca się zastąpienie ich stalami konstrukcyjnymi niskostopowymi, które zapewniają taką samą wytrzymałość przy znacznie niższej zawartości węgla ze względu na inne pierwiastki stopowe. Podczas spawania stali węglowych przez stapianie zwykle nie przylegają one do zgodności składu chemicznego wypełniacza i metalu podstawowego, dążąc do uzyskania osadzonego metalu o równej wytrzymałości z metalem podstawowym dzięki stopowaniu z manganem, krzemem itp. w obniżona zawartość węgla.

Spawanie stali węglowych często odbywa się z podgrzaniem i późniejszą obróbką cieplną, a jeśli to możliwe, w wielu przypadkach dąży się do połączenia obróbki cieplnej z procesem spawania, np. spawanie gazowe małych części, zgrzewanie gazowe, zgrzewanie punktowe i zgrzewania doczołowego. zgrzewanie oporowe itp.

Większość niskostopowych stali konstrukcyjnych ma zadowalającą spawalność. Ze względu na wzrost znaczenia spawania, nowe gatunki stali konstrukcyjnych niskostopowych są zwykle produkowane z zadawalającą spawalnością.

Stale węglowe konstrukcyjne obejmują stale zawierające 0,1 - 0,7% węgla, który jest głównym pierwiastkiem stopowym w stalach tej grupy i decyduje o ich właściwościach mechanicznych. Wzrost zawartości węgla komplikuje technologię spawania i produkcję wysokiej jakości połączeń spawanych. W produkcji spawalniczej, w zależności od zawartości węgla, węglowe stale konstrukcyjne są warunkowo podzielone na trzy grupy: nisko, średnio i wysokowęglowe. Technologia spawania stali tych grup jest inna.

Większość konstrukcji spawanych jest obecnie wykonywana ze stali niskowęglowych zawierających do 0,25% węgla.

Stale niskowęglowe to metale dobrze spawane prawie wszystkimi rodzajami i metodami spawania.

Technologia spawania tych stali jest wybierana spośród warunków spełnienia szeregu wymagań, które przede wszystkim zapewniają równą wytrzymałość złącza spawanego z metalem podstawowym oraz brak wad w złączu spawanym. Złącze spawane musi być odporne na przejście w stan kruchy, a odkształcenie konstrukcji musi mieścić się w granicach, które nie wpływają na jego działanie. Metal spoiny przy spawaniu stali niskowęglowej różni się nieznacznie składem od metalu podstawowego - zmniejsza się zawartość węgla, a wzrasta zawartość manganu i krzemu. Zapewnienie jednakowej wytrzymałości w spawaniu łukowym nie sprawia jednak trudności. Osiąga się to poprzez zwiększenie szybkości chłodzenia i dodanie manganu i krzemu za pomocą materiałów spawalniczych. Wpływ szybkości chłodzenia w dużym stopniu przejawia się w spawaniu spoin jednowarstwowych, a także w ostatnich warstwach spoiny wielowarstwowej. Właściwości mechaniczne Metal strefy wpływu ciepła ulega pewnym zmianom w porównaniu z właściwościami metalu podstawowego - dla wszystkich rodzajów spawania łukowego jest to nieznaczne utwardzenie metalu w strefie przegrzania. Podczas starzenia się spawania (na przykład wrzących i półspokojnych) stali niskowęglowych w obszarze rekrystalizacji strefy bliskiej spoiny możliwe jest zmniejszenie udarności metalu. Metal strefy wpływu ciepła jest bardziej kruchy w spawaniu wielowarstwowym w porównaniu ze spawaniem jednowarstwowym. Spawane konstrukcje ze stali miękkiej są czasami poddawane obróbce cieplnej. Jednak w przypadku konstrukcji z jednowarstwowymi spoinami pachwinowymi i przerywanymi spoinami wielowarstwowymi wszystkie rodzaje obróbki cieplnej, z wyjątkiem hartowania, prowadzą do zmniejszenia wytrzymałości i zwiększenia ciągliwości metalu spoiny. Szwy wykonane wszystkimi rodzajami i metodami zgrzewania mają dość zadowalającą odporność na powstawanie pęknięć krystalizacyjnych ze względu na niską zawartość węgla. Natomiast przy spawaniu stali z górną granicą zawartości węgla mogą pojawić się pęknięcia krystalizacyjne, zwłaszcza w spoinach pachwinowych, pierwszej warstwie spoin doczołowych wielowarstwowych, spoinach jednostronnych z pełnym przetopieniem krawędzi oraz pierwszej warstwy doczołowej spoina spawana z obowiązkową przerwą.

W produkcji konstrukcji ze stali niskowęglowej rozpowszechniło się ręczne spawanie elektrodami otulonymi. W zależności od wymagań dotyczących spawanej konstrukcji i właściwości wytrzymałościowych spawanej stali dobierany jest rodzaj elektrody. W ostatnich latach szeroko stosowane są elektrody typu E46T z powłoką rutylową. W przypadku konstrukcji szczególnie krytycznych stosuje się elektrody z powłokami z fluorku wapnia i fluorku wapnia-rutylu typu E42A, które zapewniają zwiększoną odporność stopiwa na pęknięcia krystalizacyjne oraz lepsze właściwości plastyczne. Stosowane są również wysokowydajne elektrody z proszkiem żelaza w powłoce oraz elektrody do spawania z głębokim wtopieniem. Rodzaj i polaryzację prądu dobiera się w zależności od charakterystyki powłoki elektrody.

Pomimo dobrej spawalności stali niskowęglowych, czasami należy przewidzieć specjalne środki technologiczne, aby zapobiec tworzeniu się struktur hartujących w strefie bliskiej zgrzewu. Dlatego przy spawaniu pierwszej warstwy spoiny wielowarstwowej i spoin pachwinowych na grubym metalu zaleca się podgrzać go do temperatury 120-150 °C, co zapewnia odporność metalu na powstawanie pęknięć krystalizacyjnych. Aby zmniejszyć szybkość chłodzenia, przed korektą wadliwych obszarów konieczne jest miejscowe ogrzewanie do 150 ° C, co zapobiegnie pogorszeniu właściwości plastycznych osadzonego metalu.

Stale niskowęglowe do spawania gazowego są spawane bez większych trudności z normalnym płomieniem iz reguły bez topnika. Moc płomienia metodą lewą dobiera się na podstawie zużycia 100-130 dm3/h acetylenu na 1 mm grubości metalu, a metodą prawą 120-150 dm3/h. Wysoko wykwalifikowani spawacze pracują z płomieniem o dużej mocy - 150-200 dm3/h acetylenu, przy zastosowaniu drutu spawalniczego o większej średnicy niż przy spawaniu konwencjonalnym. Aby uzyskać połączenie o równej wytrzymałości z metalem podstawowym podczas spawania krytycznych konstrukcji, należy zastosować drut spawalniczy krzemowo-manganowy. Koniec drutu musi być zanurzony w kąpieli z roztopionego metalu. Podczas procesu spawania płomień spawalniczy nie może być odchylany od jeziorka roztopionego metalu, ponieważ może to prowadzić do utleniania metalu spoiny tlenem. Aby uszczelnić i zwiększyć plastyczność osadzonego metalu, przeprowadza się kucie i późniejszą obróbkę cieplną.

Różnica między stalami średniowęglowymi i niskowęglowymi polega głównie na różnej zawartości węgla. Stale średniowęglowe zawierają 0,26 - 0,45% węgla. Zwiększona zawartość węgla stwarza dodatkowe trudności w spawaniu konstrukcji wykonanych z tych stali. Należą do nich niska odporność na pęknięcia krystalizacyjne, możliwość powstawania struktur słabo twardniejących i pęknięć w strefie przyspawowej oraz trudność w zapewnieniu równej wytrzymałości metalu spoiny z metalem podstawowym. Zwiększenie odporności stopiwa na pęknięcia krystalizacyjne uzyskuje się poprzez zmniejszenie ilości węgla w stopiwie za pomocą prętów elektrodowych i drutu spawalniczego o obniżonej zawartości węgla, a także poprzez zmniejszenie udziału metalu rodzimego w stopiwie. metal spoiny, co uzyskuje się przez spawanie krawędziami rowka w trybach zapewniających minimalną penetrację metalu rodzimego i maksymalną wartość współczynnika kształtu spoiny. Ułatwiają to również elektrody o wysokim współczynniku osadzania. Aby przezwyciężyć trudności, które pojawiają się podczas spawania produktów ze stali średniowęglowych, wykonuje się nagrzewanie wstępne i towarzyszące, modyfikację metalu spoiny i spawanie dwułukowe w oddzielnych basenach. Spawanie ręczne stali średniowęglowych odbywa się za pomocą elektrod powlekanych fluorkiem wapnia gatunków UONI-13/55 i UONI-13/45, które zapewniają wystarczającą wytrzymałość i wysoką odporność stopiwa na powstawanie pęknięć krystalizacyjnych. Jeżeli na złącze spawane stawiane są wysokie wymagania w zakresie plastyczności, konieczne jest poddanie go późniejszej obróbce cieplnej. Podczas spawania należy unikać nakładania szerokich rolek, spawanie odbywa się krótkim łukiem, małymi rolkami. Ruchy poprzeczne elektrody należy zastąpić ruchami podłużnymi, kratery należy spawać lub doprowadzać do płyt technologicznych, ponieważ mogą w nich powstawać pęknięcia.

Spawanie gazowe stali średniowęglowych odbywa się normalnym lub lekko nawęglającym płomieniem o mocy 75-100 dm3/h acetylenu na 1 mm grubości metalu tylko w lewo, co zmniejsza przegrzewanie się metalu. W przypadku wyrobów o grubości powyżej 3 mm zaleca się ogrzewanie ogólne do 250 - 350°C lub ogrzewanie miejscowe do 600-650 °C. W przypadku stali o zawartości węgla w górnej granicy zaleca się stosowanie specjalnych topników. Aby poprawić właściwości metalu, stosuje się kucie i obróbkę cieplną.

Do stali wysokowęglowych należą stale o zawartości węgla w zakresie 0,46 - 0,75%. Te stale nie nadają się na ogół do wytwarzania konstrukcji spawanych. Jednak potrzeba spawania pojawia się, gdy prace naprawcze. Spawanie odbywa się ze wstępnym, a czasem z towarzyszącym ogrzewaniem i późniejszą obróbką cieplną. W temperaturach poniżej 5°C i w przeciągach spawanie nie może być wykonywane. Pozostałe metody technologiczne są takie same jak przy spawaniu stali średniowęglowych. Spawanie gazowe stali wysokowęglowych odbywa się normalnym lub lekko nawęglającym płomieniem o mocy 75-90 dm3/h acetylenu na 1 mm grubości metalu z ogrzewaniem do 250-300 °C. Stosowana jest metoda spawania lewostronnego, która umożliwia skrócenie czasu przegrzewania i czasu przebywania metalu jeziorka spawalniczego w stanie stopionym. Stosowane są topniki o takim samym składzie jak dla stali średniowęglowych. Po spawaniu szew jest kuty, a następnie normalizowany lub odpuszczany.

W ostatnich latach stosowane są stale węglowe wzmacniane cieplnie. Stale o podwyższonej wytrzymałości pozwalają na zmniejszenie grubości wyrobów. Sposoby i technika spawania stali wzmacnianych cieplnie są takie same jak dla zwykłej stali węglowej o tym samym składzie. Materiały spawalnicze dobierane są z uwzględnieniem równej wytrzymałości metalu spoiny z metalem podstawowym. Główną trudnością w spawaniu jest zmiękczenie obszaru strefy wpływu ciepła, który jest nagrzewany do 400 - 700 °C. Dlatego w przypadku stali wzmacnianej termicznie zalecane są tryby spawania o małej mocy, a także metody spawania z minimalnym odprowadzaniem ciepła do metalu podstawowego.

Stosowana jest również stal z powłokami ochronnymi. Najczęściej stosowana stal ocynkowana do produkcji różnych konstrukcji i rurociągów sanitarnych. Podczas spawania stali ocynkowanej, jeśli cynk dostanie się do jeziorka spawalniczego, powstają warunki do pojawienia się porów i pęknięć, dlatego należy usunąć powłokę cynkową z krawędzi, które mają być zgrzewane. Biorąc pod uwagę, że na krawędziach pozostają ślady cynku, należy podjąć dodatkowe środki, aby zapobiec powstawaniu wad: w porównaniu ze spawaniem zwykłej stali szczelina zwiększa się 1,5 raza, a prędkość spawania zmniejsza się o 10-20%, elektroda porusza się wzdłuż szwu z drganiami wzdłużnymi. Na spawanie ręczne ze stali ocynkowanej, najlepsze wyniki uzyskuje się przy pracy z elektrodami rutylowymi, które zapewniają minimalną zawartość krzemu w stopiwie. Ale można również użyć innych elektrod. Ze względu na to, że opary cynku są wyjątkowo toksyczne, spawanie stali ocynkowanej można prowadzić przy silnej wentylacji miejscowej. Po zakończeniu prac spawalniczych konieczne jest nałożenie warstwy ochronnej na powierzchnię spoiny i odtworzenie jej w obszarze strefy przyspawowej.