книги из ГПНТБ / Касаткин Б.С. Механизированная сварка стали под флюсом

Наличие в металле шва сравнительно мелких субзерен наряду с химической неоднородностью позволяет объяс­ нить, почему имеющий достаточно, крупнозернистую вто­ ричную структуру металл швов, сваренных под флюсом АН-348А (или ОСЦ-45), как правило, по прочности и хлад­ ноломкости превосходит обычную низкоуглеродистую сталь.

Сварка мышьяксодержащей низкоуглеродистой стали

При автоматической сварке под флюсом мышьяксодер­ жащей стали металл шва содержит больше основного металла, чем при других видах электродуговой сварки. Поэтому возможное вредное влияние мышьяка на свойства сварных соединений должно в большей степени проявиться при автоматической сварке под флюсом, чем при других видах электродуговой сварки.

Исследования показали, что мышьяк из основного ме­ талла частично переходит в сварные швы, но не вызывает образования горячих трещин.

Металл сварных швов на стали марки МСт. 3, содержа­ щей до 0,27% As, имеет вполне удовлетворительные меха­ нические свойства. Показатели хладноломкости металла шва и склонность его к старению после наклепа находятся в допустимых пределах и практически такие же, как у ме­ талла шва на обычной стали марки МСт.З.

Содержание мышьяка в стали марки МСт.З до 0,27% не оказывает влияния на ударную вязкость и критическую температуру хрупкости околошовной зоны.

Показатели ударной вязкости околошовной зоны спо­ койной стали марки МСт.З, независимо от содержания мышьяка, значительно выше, чем кипящей.

Испытания больших сварных образцов, по своим раз­

61

мерам приближающихся к сварным узлам реальных кон­ струкций, показали, что при содержании в стали марки МСт.З более 0,20% мышьяка пластичность сварных соеди­ нений при пониженных температурах (от —30 до —40°С) снижается. При содержании мышьяка в пределах до 0,15% сталь марки МСт.З сваривается вполне удовлетвори­ тельно.

Конвертерная низкоуглеродистая сталь

Конвертерная сталь изготовляется в нашей стране в боль­ ших количествах с введением в действие ГОСТ 9543—60, ко­ торый был составлен таким образом, чтобы приравнять эту сталь по химическому составу и механическим свойствам к мартеновской стали по ГОСТ 380—60.

Введению ГОСТ 9543—60 предшествовала большая иссле­ довательская работа по изучению свойств и свариваемости конвертерной стали, выплавленной кислородно-конвертер­ ным способом. Исследования показали, что по макро- и мик­ роструктуре, механическим свойствам при растяжении, чув­ ствительности к старению и хладноломкости нет суще­ ственного различия между конвертерной и мартеновской сталями кипящих и спокойных плавок.

Показатели ударной вязкости при различных темпера­ турах и критическая температура перехода в хрупкое со­ стояние, определенные на стандартных образцах с надрезом Менаже, у конвертерной и мартеновской сталей кипящих

испокойных плавок также весьма близки (табл. 11 и 12). По усталостной прочности мартеновская и конвертер­

ная стали вполне равноценны.

Свариваемость конвертерной стали марки КСт.З почти такая же, как и у мартеновской стали.

62

Т а бл и ц а 13

Результаты испытания сварных соединений на растяжение и загиб (ЦНИИ МПС)

Для сварки конвертерной стали следует применять ту же технологию, флюсы и электродную проволоку, что для свар­ ки мартеновской стали.

Швы соединений из конвертерной стали равнопрочны основному металлу. В табл. 13 приведены результаты испы­ тания сварных образцов на растяжение и загиб. В образ­ цах, испытанных на растяжение, разрушение происходило по основному металлу.

Результаты испытаний на ударную вязкость металла швов, наложенных на листах толщиной 12 мм электродной

проволокой марки Св-08 под флюсом АН-348А, приведены в табл. 14. Из приведенных данных видно, что сварные соединения конвертерной стали обладают вполне удовлет­ ворительными ударной вязкостью и критической темпера­ турой хрупкости. Эти показатели могут быть существенно улучшены, если вместо проволоки Св-08 применить прово­ локу Св-08ГА.

Опыт изготовления и применения конвертерной стали еще невелик, поэтому на некоторых металлургических за­ водах выпускаемая конвертерная сталь оказывается более хладноломкой, чем мартеновская (исследование ЦНИИ МПС). Вследствие этого при выборе конвертерной стали для ответственных сварных конструкций необходимо тщательно

Сварка средне- и высокоуглеродистых сталей

К среднеуглеродистым относятся стали с содержанием углерода от 0,26 до 0,45% (см. ГОСТ 380—60). К этой же группе относятся стали марок 25Г, ЗОГ и 35Г с повышенным содержанием марганца.

Все среднеуглеродистые стали спокойные. Различие со­ ставов средне-и низкоуглеродистых сталей сводится к из­ менению содержания углерода.

Среднеуглеродистые стали находят применение в судо­ строении (сталь марки Ст.4с), в котлостроении (сталь мар­ ки 25К), в машиностроении (стали марки Ст.5, 25, 30) и в сельскохозяйственном машиностроении (стали марки Ст.5, 35Г).

Для сварнолитых и сварнокованых конструкций приме­ няются стали марок 35 и 40.

Повышенное содержание углерода в среднеуглеродистых сталях значительно затрудняет их сварку. Эти затруднения связаны с возможностью образования малопластичных за­ калочных структур и трещин в околошовной зоне, необхо­ димостью вследствие этого повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин и обеспечения равнопрочности металла шва основному металлу.

Для повышения стойкости металла шва против кристал­ лизационных трещин снижают количество углерода в металле шва за счет применения электродной проволоки с по­ ниженным содержанием углерода и уменьшения доли основ­ ного металла в металле шва. Желательно также обеспечить благоприятную форму провара (с большим коэффициентом формы), применить предварительный и сопутствующий по­ догрев, двухдуговую сварку в раздельные ванны и модифи­ цирование металла шва.

Предварительный подогрев производят до температуры 250—300°С. За счет предварительного подогрева удается повысить предельное содержание углерода в металле шва, при котором еще не образуются трещины, и обеспечить от­ сутствие закалочных структур в околошовной зоне. Однако сварка с подогревом обладает серьезными эксплуатацион­ ными недостатками.

6 8

Для снижения доли основного металла в металле шва дуговую сварку среднеуглеродистых сталей, как правило, ведут с разделкой кромок на режимах, обеспечивающих минимальное проплавление основного металла и максималь­ ное значение коэффициента формы.

Высокая стойкость металла шва против кристал­ лизационных трещин достигается при сварке электродной проволокой марок Св-08 и Св-08ГА (диаметром 2—3 мм) на

минимальном токе. Лучшие результаты дает применение постоянного тока прямой полярности. Для сварки приме­ няются флюсы марок АН-348А и ОСЦ-45.

Следует отметить, что даже при использовании всех Указанных приемов при дуговой сварке соединения из сред­ неуглеродистой стали чаще всего получаются недоста­ точно пластичными, так как закалка основного металла

воколошовной зоне полностью не предотвращается. Если

ксварному соединению предъявляются требования высокой пластичности, то для выравнивания свойств приходится применять последующую термическую обработку.

Квысокоуглеродистым относятся стали с содержанием углерода от 0,46 до 0,75%. Стали такого состава, как пра­ вило, не применяются для изготовления сварных конструк­ ций. Необходимость сварки подобных сталей возникает, главным образом, при ремонтных работах.

Q ВАРКА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Низколегированной называется сталь, легированная од­ ним или., несколькими элементами, причем содержание каждого из них не превышает 2%, а суммарное — 5%.

69

Низколегированные стали повышенной прочности при­ меняются для строительства вагонов, мостов, судов, а так­ же в промышленном и гражданском строительстве.

Марки низколегированных сталей

Свойства низколегированных сталей в первую очередь зависят от их химического состава, который определяется необходимостью сочетания повышенной прочности, плас­ тичности, малой хладноломкости, хорошей свариваемости, а также приемлемой стоимости.

Требования малой чувствительности к хладноломкости ограничивают применение элементов, которые, способствуя повышению прочности стали, одновременно увеличивают ее хладноломкость (например, углерод, кремний).

Дефицитность и высокая стоимость некоторых легирую­ щих элементов (например, никеля) резко ограничивают их применение. Современные низколегированные стали чаще всего легируются несколькими элементами (марганцем, крем­ нием, хромом, никелем), а содержание углерода в них ограничено.

С учетом стоимости и экономичности производство низ­ колегированных сталей, содержащих никель, базируется только на природно-легированных хромоникелевых чугунах.

Достаточно распространенными и экономичными явля­ ются марганцевые, кремнемарганцевые и хромокремнемарганцевые низколегированные стали повышенной прочности

(см. ГОСТ 5058— 57 и ЦНИИЧМ 159—59)' .

В настоящее время наиболее широко применяются стали марок 15ХСНД (СХЛ-1 и НЛ-2), 10ХСНД (СХЛ-4), 09Г2, 09Г2ДТ, 10Г2С, 10Г2СД (МК), 14ХГС, 14Г2. Хладнолом­

70