Навигация по таблицам
- Таблица 1: Группы свариваемости сталей
- Таблица 2: Углеродный эквивалент и свариваемость
- Таблица 3: Температуры предварительного подогрева
- Таблица 4: Выбор электродов по группам свариваемости
- Таблица 5: Конкретные марки сталей и их группы
Таблица 1: Группы свариваемости сталей
| Группа | Характеристика свариваемости | Углеродный эквивалент (Сэкв) | Подогрев | Термообработка |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Хорошо сваривающиеся | ≤ 0,25 | Не требуется | Не обязательна |
| 2 | Удовлетворительно сваривающиеся | 0,25-0,35 | 100-150°C | Рекомендуется |
| 3 | Ограниченно сваривающиеся | 0,35-0,45 | 200-300°C | Обязательна |
| 4 | Плохо сваривающиеся | > 0,45 | 300-500°C | Обязательна с отжигом |
Таблица 2: Углеродный эквивалент и свариваемость
| Содержание углерода, % | Формула расчета Сэкв | Оценка свариваемости | Особенности сварки |
|---|---|---|---|
| ≤ 0,20 | С + Mn/6 | Отличная | Сварка без ограничений |
| 0,20-0,35 | С + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 | Хорошая | Возможен подогрев при толщине >20мм |
| 0,35-0,50 | С + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 | Удовлетворительная | Обязательный подогрев и контроль охлаждения |
| > 0,50 | Полная формула с учетом всех элементов | Ограниченная | Специальные технологии сварки |
Таблица 3: Температуры предварительного подогрева
| Толщина металла, мм | Группа 1 | Группа 2 | Группа 3 | Группа 4 |
|---|---|---|---|---|
| ≤ 10 | Не требуется | 100-120°C | 200-250°C | 300-350°C |
| 10-20 | Не требуется | 120-150°C | 250-300°C | 350-400°C |
| 20-40 | 100°C (при T<5°C) | 150-200°C | 300-350°C | 400-450°C |
| > 40 | 100-150°C | 200-250°C | 350-400°C | 450-500°C |
Таблица 4: Выбор электродов по группам свариваемости
| Группа свариваемости | Рекомендуемые марки электродов | Тип покрытия | Прокалка, °C | Особенности применения |
|---|---|---|---|---|
| 1 | АНО-21, МР-3, ОЗС-12 | Рутиловое | 140-170 | Простота использования, хорошее формирование шва |
| 2 | УОНИ-13/45, МР-3, АНО-4 | Основное/Рутиловое | 250-300 | Повышенная прочность шва |
| 3 | УОНИ-13/55, УОНИ-13/65 | Основное | 300-350 | Высокие механические свойства, стойкость к трещинам |
| 4 | Специальные электроды с легирующими добавками | Основное | 350-400 | Многопроходная сварка, медленное охлаждение |
Таблица 5: Конкретные марки сталей и их группы
| Марка стали | Группа свариваемости | Содержание углерода, % | Применение | Особенности сварки |
|---|---|---|---|---|
| Ст3, 10, 20 | 1 | 0,08-0,22 | Общего назначения | Без подогрева |
| 09Г2С, 15Г, 20Г | 1 | 0,09-0,22 | Конструкционные | Хорошая свариваемость |
| 30, 35 | 2 | 0,27-0,35 | Средненагруженные детали | Подогрев 100-150°C |
| 40, 45, 50 | 3 | 0,37-0,50 | Детали машин | Подогрев 200-300°C, термообработка |
| 60, 65, У8, У10 | 4 | 0,57-1,0 | Инструментальные | Высокий подогрев, специальные технологии |
Оглавление статьи
- 1. Введение в свариваемость конструкционных сталей
- 2. Классификация сталей по группам свариваемости
- 3. Углеродный эквивалент и его расчет
- 4. Предварительный подогрев и температурные режимы
- 5. Выбор электродов для различных групп свариваемости
- 6. Послесварочная термообработка
- 7. Практические рекомендации и контроль качества
Введение в свариваемость конструкционных сталей
Свариваемость конструкционных сталей представляет собой комплексную характеристику, определяющую способность металла образовывать качественные сварные соединения без образования дефектов. Данный параметр критически важен для обеспечения надежности сварных конструкций и напрямую влияет на выбор технологии сварки, режимов обработки и сварочных материалов.
Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения сварного соединения, в то время как технологическая свариваемость оценивает сложность технологического процесса и требования к специальным мерам для получения качественного соединения. Правильная оценка свариваемости позволяет выбрать оптимальные параметры сварки и избежать образования холодных и горячих трещин.
Классификация сталей по группам свариваемости
Согласно принятой классификации, все конструкционные стали разделяются на четыре основные группы свариваемости, каждая из которых характеризуется определенными технологическими требованиями и ограничениями.
Первая группа - хорошо сваривающиеся стали
К данной группе относятся низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,25%. Эти материалы характеризуются отличной свариваемостью и не требуют предварительного подогрева или обязательной послесварочной термообработки. Типичными представителями являются стали Ст3, 10, 20, 09Г2С.
Вторая группа - удовлетворительно сваривающиеся стали
Стали второй группы содержат углерод в пределах 0,25-0,35% и требуют предварительного подогрева до 100-150°C при толщине металла свыше 20 мм или неблагоприятных условиях сварки. К этой группе относятся стали 30, 35 и некоторые низколегированные марки.
Третья группа - ограниченно сваривающиеся стали
Данная группа включает стали с содержанием углерода 0,35-0,50%, склонные к образованию трещин в обычных условиях сварки. Обязательными являются предварительный подогрев до 200-300°C и послесварочная термообработка. Представители: стали 40, 45, 50.
Четвертая группа - плохо сваривающиеся стали
Высокоуглеродистые и инструментальные стали с содержанием углерода свыше 0,50% требуют специальных технологий сварки. Необходимы высокий предварительный подогрев (300-500°C), медленное охлаждение и обязательная послесварочная термообработка.
Углеродный эквивалент и его расчет
Углеродный эквивалент представляет собой расчетный показатель, позволяющий оценить влияние химического состава стали на ее свариваемость. Для углеродистых и низколегированных сталей наиболее часто используется формула Сефериана:
Сэкв = С + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
где: С - содержание углерода, %; Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu - содержание соответствующих легирующих элементов, %
Значение углеродного эквивалента позволяет прогнозировать свариваемость стали: при Сэкв ≤ 0,25 сталь хорошо сваривается, при 0,25-0,35 - удовлетворительно, при 0,35-0,45 - ограниченно, при Сэкв > 0,45 - плохо сваривается.
С = 0,09%; Mn = 1,5%; Si = 0,8%
Сэкв = 0,09 + 1,5/6 = 0,09 + 0,25 = 0,34
Результат: сталь относится ко второй группе свариваемости.
Предварительный подогрев и температурные режимы
Предварительный подогрев является эффективным способом улучшения свариваемости сталей, особенно средне- и высокоуглеродистых. Основные цели подогрева включают снижение скорости охлаждения сварного соединения, уменьшение склонности к образованию закалочных структур и предотвращение появления холодных трещин.
Определение температуры подогрева
Температура предварительного подогрева зависит от химического состава стали, толщины свариваемых элементов, жесткости конструкции и условий окружающей среды. Для расчета температуры подогрева используются эмпирические формулы, учитывающие углеродный эквивалент и геометрические параметры сварного соединения.
Тподогр = 350 × (Сэкв - 0,25) + 50, °C
где Сэкв - углеродный эквивалент стали
Технология подогрева
Подогрев должен выполняться равномерно в зоне шириной не менее 100 мм с каждой стороны от линии сварки. Контроль температуры осуществляется при помощи термокарандашей, термопар или инфракрасных термометров. Важно поддерживать заданную температуру на протяжении всего процесса сварки.
Выбор электродов для различных групп свариваемости
Правильный выбор электродов критически важен для обеспечения качественного сварного соединения. Тип электрода должен соответствовать группе свариваемости стали и обеспечивать получение металла шва с требуемыми механическими свойствами.
Электроды для первой группы свариваемости
Для хорошо сваривающихся сталей применяются электроды с рутиловым покрытием: АНО-21, МР-3, ОЗС-12. Эти электроды обеспечивают легкое зажигание дуги, стабильное горение и хорошее формирование шва. Прокалка выполняется при температуре 140-170°C в течение 1 часа.
Электроды для второй и третьей групп
Для сталей с ограниченной свариваемостью рекомендуются электроды с основным покрытием: УОНИ-13/45, УОНИ-13/55. Основное покрытие обеспечивает получение металла шва с высокими пластическими свойствами и стойкостью к образованию трещин. Температура прокалки составляет 250-350°C.
Специальные электроды для четвертой группы
Для плохо сваривающихся сталей применяются специальные электроды с пониженным содержанием углерода в металле шва или аустенитные электроды. Такой подход позволяет получить более пластичный шов, менее склонный к образованию трещин.
Послесварочная термообработка
Послесварочная термообработка является обязательным технологическим процессом для сталей третьей и четвертой групп свариваемости. Основные виды термообработки включают отпуск для снятия напряжений, нормализацию и полный отжиг.
Отпуск для снятия напряжений
Проводится при температуре 580-650°C для снижения остаточных напряжений в сварном соединении. Время выдержки рассчитывается исходя из толщины металла: 1 час на каждые 25 мм толщины, но не менее 1 часа.
Нормализация
Применяется для измельчения зерна и улучшения механических свойств металла шва и зоны термического влияния. Температура нормализации определяется составом стали и обычно составляет 850-950°C с последующим охлаждением на воздухе.
1. Отпуск при 600°C, выдержка 2 часа
2. Охлаждение в печи до 400°C, затем на воздухе
3. Контроль твердости: не более 350 HV
Практические рекомендации и контроль качества
Обеспечение качественной сварки конструкционных сталей требует соблюдения комплекса технологических мер и систематического контроля на всех этапах процесса.
Подготовка к сварке
Поверхности под сварку должны быть очищены от окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Зазоры в стыковых соединениях должны быть увеличены на 1-2 мм по сравнению с рекомендациями для хорошо сваривающихся сталей. Прихватки выполняются с предварительным местным подогревом.
Технология сварки
Рекомендуется использование техники сварки "каскадом" или "горкой" для толстостенных конструкций. Длина участков при каскадной сварке не должна превышать 200-300 мм. Межслойная температура поддерживается не ниже температуры предварительного подогрева.
Время охлаждения от 800 до 500°C должно составлять не менее:
t₈/₅ = 10 × (Сэкв - 0,25) секунд
Для стали с Сэкв = 0,40: t₈/₅ = 10 × (0,40 - 0,25) = 1,5 секунды
Контроль качества
Обязательному контролю подлежат химический состав наплавленного металла, механические свойства сварного соединения и отсутствие дефектов. Измерение твердости в зоне термического влияния позволяет оценить правильность выбранного температурно-временного режима сварки.
Часто задаваемые вопросы
Данная статья носит ознакомительный характер. Представленная информация основана на общепринятых стандартах и технических требованиях, однако для конкретных проектов необходимо руководствоваться действующими нормативными документами и техническими условиями.
Источники информации: ГОСТ 5264-80, ГОСТ 9466-75, ГОСТ 2601-84, справочная литература по технологии сварки, стандарты НАКС.
Отказ от ответственности: Автор не несет ответственности за последствия применения данной информации без учета конкретных условий и требований проекта. Рекомендуется консультация с квалифицированными специалистами.
