книги из ГПНТБ / Курдюмов, В. Я. Ремонт строительных машин методами сварки и наплавки

3.СТАЛИ

Ксталям относятся сплавы железа с углеродом, в ко­ торых содержание углерода не превышает 1,7%. Кроме углерода в состав сталей входят кремний, марганец, фос­ фор, сера. Легированные стали, кроме того, содержат хром, никель, молибден, титан, ванадий и др.

Стали, выпускаемые промышленностью, разделяются на группы по следующим признакам: химическому соста­ ву— углеродистые и легированные; способу производст­ ва — мартеновские, конверторные, бессемеровские, элек­ тростали; назначению — конструкционные, инструмен­ тальные и стали с особыми свойствами; методу изготов­ ления — литые и катаные.

Углеродистые стали. Углеродистыми называются ста­ ли, в которых основным элементом, определяющим их свойства, является углерод. В зависимости от содержа­ ния углерода различают сталь низкоуглеродистую (до 0,25% углерода), среднеуглеродистую (от 0,3 до 0,55% углерода) и высокоуглеродистую (свыше 0,6% углерода).

Конструкционная углеродистая сталь используется для изготовления деталей машин и металлических кон­ струкций. Она должна обладать достаточной прочностью, хорошо сопротивляться удару и в то же время хорошо обрабатываться. Конструкционная углеродистая сталь по качественным признакам делится на сталь обыкновенно­ го качества и сталь качественную.

Углеродистая сталь обыкновенного качества — основ­ ной материал для изготовления деталей машин и метал­ лических конструкций. Она поставляется по ГОСТ 380—71. Этот стандарт распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества: горячекатаную — сортовую, фа­ сонную, толстолистовую, тонколистовую, широкополос­ ную (универсальную), холоднокатаную — тонколистовую.

ГОСТ 380—71 не распространяется на сталь, изготов­ ленную бессемеровским способом.

В зависимости от назначения и гарантируемых харак­ теристик поставляемая промышленностью углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы:

А — по механическим свойствам (Ст.0„ Ст.1, Ст.2, Ст.З, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6);

Б — по химическому составу (БСт.0, БСт.1, БСт.2, БСт.З, БСт.4, БСт.5, БСт.6).;

20

В — по механическим свойствам и химическому соста­ ву (ВСт.2, ВСт.З, ВСт.4, ВСт.5).

По степени раскисления сталь всех групп с номерами марок 1—4 изготовляют кипящей, полуспокойной и спо­ койной, с номерами 5 и 6 — полуспокойной и спокойной. Полуспокойную сталь с номерами марок 3 и 5 произво­ дят с обычным и повышенным содержанием марганца. Стали марок Ст.О и БСт.О по степени раскисления не раз­ деляют.

Кипящая сталь получается при неполном раскислении металла. Она характеризуется неоднородностью распре­ деления серы и фосфора по сечению и высоте слитка. Участки проката с повышенным содержанием серы и фосфора имеют слоистое строение, вследствие чего меха­ нические свойства стали понижаются. Кипящая сталь хладноломка и склонна к старению. При отрицательных температурах она теряет вязкость. Из-за низких механи­ ческих свойств кипящая сталь не применяется при изго­ товлении сварных конструкций, работающих в тяжелых условиях (ударные нагрузки, низкие температуры).

При полном раскислении металла получается спокой­ ная сталь. Она имеет однородное плотное строение с равномерным распределением серы и фосфора и поэтому лишена недостатков, присущих кипящей стали. Спокой­ ная сталь применяется для изготовления ответственных сварных конструкций.

Полуспокойная сталь — промежуточная между кипя­ щей и спокойной сталями.

Буквы Ст. означают «сталь», цифры от 0 до б — услов­ ный номер марки в зависимости от химического состава стали и механических свойств. Чем выше цифра в обозна­ чении марки стали, тем больше в ней углерода, тем выше предел ее прочности. Однако с повышением содержания углерода сталь становится менее пластичной и хуже сва­ ривается.

Буквы Б и В перед обозначением марки означают группу стали; группа Л в обозначении марки стали не указывается.

Если сталь кипящая, то в обозначении добавляется индекс «кп» (Ст.Зкп), иолуспокойная — «пс» (Ст.Зпс), индекс «сп» означает, что сталь спокойная (Ст.Зсп).

Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца в обозначении марки стали после

21

номера ставят букву Г, например: Ст.ЗГпс, ВСт.ЗГпс, ВСт.5Гпс.

Углеродистая качественная конструкционная сталь поставляется по ГОСТ 1050—60, который гарантирует ее механические свойства и химический состав. Она подраз­ деляется на две группы: группа I — с нормальным содер­ жанием марганца и группа I I — с повышенным содержа­ нием марганца.

Двузначные числа в марке стали показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква Г обозначает повышенное содержание марганца.

Качественная конструкционная углеродистая сталь отличается по своим свойствам от стали обыкновенного качества большей прочностью, пластичностью и сопро­ тивлением ударным нагрузкам.

При ремонте строительных машин применяют углеро­ дистые инструментальные стали, из которых изготовляют

сталь —У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13; высококаче­ ственная — У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У ПА, У12А, У13А.

Буква У указывает, что сталь углеродистая; цифры после буквы показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Индекс А в конце марки ука­ зывает, что сталь высококачественная. В высококачест­ венной стали содержится меньше серы и фосфора и боль­ ше легирующих примесей — хрома и никеля, чем в каче­ ственной. Она прочнее качественной, лучше противостоит действию ударных нагрузок, дает при закалке меньше брака. Высококачественную сталь выплавляют в электри­ ческих печах, а качественную — в мартеновских.

К углеродистой стали специального назначения отно­ сятся сталь для глубокой вытяжки с содержанием угле­ рода не более 0,2% и автоматная сталь. Согласно ГОСТ 1414—54 установлены марки автоматной стали А12, А20, АЗО, А40Г. Буква А обозначает автоматную сталь; цифра

22

после этой буквы показывает среднее содержание угле­ рода в сотых долях процента.

Автоматная сталь имеет пониженные механические свойства, поэтому она служит для изготовления малоот­ ветственных деталей, главным образом крепежных (втул­ ки, болты и др.).

Легированные стали. В состав этих сталей введены легирующие элементы, отсутствующие в обычных углеро­ дистых сталях, или марганец и кремний в объеме, превы­ шающем допустимый в углеродистых сталях. Марганец считается легирующим элементом, если его содержится более 1%, а кремний — более 0,8%. Легирующие элемен­ ты определяют название легированной стали, например хромистая, никелевая, ванадиевая, хромоникелевая и др. Легирование стали специальными элементами значитель­ но повышает ее механические, технологические и другие свойства. Детали машин и изделия из легированной ста­ ли долговечнее, обладают большей прочностью, коррози­ онной стойкостью и др.

П о н а з н а ч е н и ю легированная сталь делится на три группы:

конструкционная — для ответственных деталей машин и конструкций;

инструментальная—для режущего, измерительного и ударно-штампового инструмента;

сталь с особыми физическими и химическими свойст­ вами— для деталей определенного назначения.

В зависимости от с о д е р ж а н и я л е г и р у ю щ и х э л е м е н т о в легированная сталь делится на три группы:

23

1

сутствие цифры обозначает, что легирующего элемента содержится примерно до 1,5%. Марки высококачествен­ ной стали имеют в конце обозначения букву А. Стали, предназначенные для изготовления стальных отливок, имеют в конце обозначения марки букву Л.

Химический состав некоторых марок сталей, приме­ няемых для сварных металлических конструкций строи­ тельных машин, приведен в табл. 1.

Для снижения веса конструкций за счет увеличения прочности стали разработан способ термического упроч­ нения сталей. Ему успешно подвергают малоуглероди­ стые стали (типа Ст.З), стандартные низколегированные стали, а также специально разработанные низколегиро­ ванные стали.

Применение термически упрочненных сталей позво­ ляет снизить вес металлических конструкций строитель­ ных машин на 25% и больше [1].

Оценка свариваемости сталей рассмотрена в Ѵ.З.

4. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Цветные металлы и их сплавы (медь, алюминий и сплавы на -их основе) широко применяют для изготовле­ ния и ремонта сварных конструкций и отдельных деталей машин и механизмов. Дефекты отливок из цветных ме­ таллов и их сплавов легко ликвидируются при сварке, что также имеет большое значение для производства.

М е д ь обладает невысокой прочностью, хорошей пла­ стичностью, высокой электропроводностью и теплопро­ водностью. Благодаря этому медь используют для изго­ товления проводников электрического тока: кабелей, про­ водов, шин и др. В машиностроении особенно распростра­ нена медь марок M l , М2, МЗ.

Сварка меди затрудняется ее высокой теплопроводно­ стью, большой жидкотекучестью, способностью сильно окисляться в нагретом и особенно в расплавленном со­ стоянии. Примеси, особенно кислород, ухудшают свари­ ваемость меди. Для меди можно применять газовую свар­ ку, электродуговую сварку металлическим и угольным электродами с использованием различных флюсов и свар­ ку в среде аргона или азота. Из меди изготовляют латунь и бронзу.

Латунь — это сплав меди с цинком, который имеет большую прочность, пластичность и твердость, чем медь.

25

В состав латуней кроме меди и цинка могут входить другие металлы: алюминий, никель, железо, марганец, кремний, олово, свинец. Такие латуни называются спе­ циальными. Они имеют повышенную коррозионную стой­ кость и более высокие механические свойства. Из про­ стых латуней изготовляют листы, ленты, трубы, прово­ локу, из специальных — червячные винты, работающие в тяжелых условиях, литую арматуру, зубчатые колеса, подшипники, втулки и др.

При ремонте строительных машин латунь применяют в виде полосы и проволоки (ремонт электрооборудова­ ния, изготовление прокладок) или трубок для изготовле­ ния топливо- и маслопроводов. Некоторые марки латуни, содержащие свинец, используют для изготовления втулок или вкладышей подшипников скольжения.

Сварка латуни затрудняется интенсивным испарени­ ем цинка, что может привести к изменению состава спла­ ва и образованию пористых швов. Наиболее часто приме­ няется газовая сварка латуни, сварка в среде аргона или гелия вольфрамовым электродом и дуговая сварка уголь­ ным и металлическим электродами с применением флю­ сов.

Бронза — это сплав меди с оловом. Оловянистые брон­ зы обладают хорошей сопротивляемостью коррозии, вы­ сокими механическими свойствами. Из оловянистых бронз изготовляют арматуру высокого давления, втулки

АЖ9-4, оловянистую бронзу, легированную свинцом, мар­ ки Бр.ОС8-12. Последняя применяется для подшипников скольжения гусеничного хода экскаваторов и кранов.

Бронза обладает хорошей свариваемостью. Сварива­ ют ее в основном при исправлении дефектов в литых из­ делиях газовым пламенем, электрической дугой угольным или металлическим электродом. Для кремнистых бронз

26

в природе элементов; он легкий, электро- и теплопровод­ ный, обладает высокой коррозионной стойкостью в окис­ лительных средах и стойкостью против перехода в хруп­ кое состояние при низких температурах. Алюминий легко вступает во взаимодействие с кислородом, поэтому всег­ да покрыт плотной пленкой окиси, температура плавле­ ния которой равна 2050°С (температура плавления са­ мого алюминия 660°С). Тугоплавкая окись затрудняет сварку алюминия.

Алюминий широко применяется во многих отраслях промышленности как в чистом виде, так и в различных сплавах. Для крановых металлоконструкций рекоменду­ ются сплавы АМгб; В92-Т; Д16-Т; В65-Т; Д18П-Т; АДЗЗ-Т1; АВ-Т1; В94-Т1.

Элементы крановых металлоконструкций из алюми­ ниевых сплавов соединяют в основном сваркой и клеп­ кой. Сварные соединения наиболее целесообразны в кон­ струкциях, изготовляемых из термически не упрочняемых сплавов. Несущие конструкции из термически упрочняе­ мых сплавов, прочность которых снижается в околошов­ ной зоне, изготовляются клепаными.

5. СВАРОЧНЫЕ И НАПЛАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Для сварки и наплавки при ремонте строительных ма­ шин применяют сварочные материалы: сварочную прово­ локу, наплавочную проволоку, порошковую и голую леги­

стальных электродных стержней, используется в качестве присадочного материала при ручных и при механизиро­ ванных способах сварки.

Стальная сварочная проволока выпускается по ГОСТ 2246—70 следующих диаметров: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 8; 10 и 12 мм. Поверхность сварочной про­ волоки не должна иметь ржавчины, масла, окалины и других загрязнений.

По химическому составу ГОСТ 2246—70 устанавли­ вает 56 марок стальной сварочной проволоки, которые подразделяются на три группы:

1)проволоки из углеродистой стали —5 марок;

2)проволоки из легированной стали—23 марки;

27

3) проволоки из высоколегированной стали—28 марок. Все марки сварочной проволоки обозначаются на­ чальными буквами Св, после чего пишутся цифры и бук­ вы, характеризующие химический состав проволоки. Пер­ вые две цифры указывают содержание в проволоке угле­ рода в сотых долях процента. Легирующие элементы в проволоке обозначают такими же буквами, что и в ста­

лях.

Химический состав некоторых марок стальной свароч­ ной проволоки приведен в табл. 2.

Марку сварочной проволоки выбирают в соответствии с химическим составом свариваемой стали, так как хи­ мический состав проволоки оказывает большое влияние на качество сварного соединения.

Для сварки высоколегированных сталей кроме сва­ рочных проволок, предусмотренных ГОСТ 2246—70, при­ меняют проволоки, изготовляемые по специальным тех­ ническим условиям.

Алюминий и алюминиевые сплавы сваривают специ­ альной сварочной проволокой одиннадцати марок из алю­

Св-АМг5, Св-АМгб, Св-АМг7) и четыре марки из алюми- ниево-кремнистого сплава (Св-АК.3, Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АК12). Марка проволоки выбирается в зависимости от свариваемого материала [28].

Для сварки меди и ее сплавов используется проволо­ ка, по химическому составу близкая к основному свари­ ваемому металлу.

Наплавочная проволока. Используется только для на­ плавочных работ (для образования стойких кромок и по­ верхностей у различных деталей и инструментов при их ремонте, а иногда и изготовлении). Наплавочная прово­ лока различных марок обозначается буквами «Нп». Ее изготовляют двадцати восьми марок из углеродистой, ле­ гированной и высоколегированной стали диаметром 0,3— 8 мм по ГОСТ 10543—63.

Наплавочная проволока делится на три группы:

1) проволоки из углеродистой стали — 8 марок: Нп-30; Нп-40, Нп-50, Нп-65, Нп-80, Нп-40Г, Нп-50Г, Нп-65Г;

2) проволоки из легированной стали—11 марок: Нп-ЮГЗ, Нп-ЗОХГСА, Нп-ЗОХЗВА, Нп-30Х5, Нп-35Х2Г2В,

28

Нп-ПЗА.

Выбор марки проволоки зависит от требуемых меха­ нических свойств и химического состава наплавленного

металла. Применение той или иной марки наплавочной проволоки при ремонте строительных машин рассмотре­ но в V I .

Наплавочная проволока, так же как и сварочная, не должна иметь ржавчины, масла, окалины и других за­ грязнений. Для предохранения от коррозии разрешается покрывать проволоку сплошным слоем нейтральной смаз­ ки, хорошо растворяемой в бензине.

Порошковая проволока. Применяется для сварочных и для наплавочных работ. Изготовляется на специальных станках из стальной ленты, свернутой в трубку, внутрь которой помещают шихту (рис. 1). Состав шихты подби­ рают так, чтобы образовавшийся от расплавления ленты

29