Легування сталей застосовується для надання міцності металу. Завдяки цьому його можна використовувати в екстремальних умовах, а вироби з нього відрізняються високою надійністю. Але для легованої сталі слід використовувати спеціальне зварювання, яке зможе забезпечити повне збереження характеристик міцності, і головне готовий шов повинен володіти характеристиками основного сплаву. Тому краще перед проведенням розглянути, яка технологія зварювання легованих сталей частіше застосовується, а також вивчити якості легованих металів.
Характеристика легованих сталей
Щоб підвищити антикорозійні якості сталей при легуванні, часто використовуються спеціальні компоненти – кремній, молібден, хром, ванадій та інші. Крім цього, ця процедура підвищує теплостійкість, посилює механічні характеристики, властивості жароміцності та інші якості сталі.
Відповідно до рівня легування сплави поділяють на такі види:
- Звичайні леговані (в основі міститься від 2,5 до 10 % особливих добавок);
- Низьколеговані (у складі є не більше 2,5% легуючих елементів);
- Високолеговані (в основі міститься понад 10% добавок).
Сталі з низьким легуванням включають в основу 0,22% вуглецю. Тому їх часто називають низьколегованими низьковуглецевими. Сплави цього виду зазвичай зварюються за такими ж методиками, як і прості метали з низьким показником вуглецю.
Низьколеговані сталі бувають конструкційного, високоміцного та теплостійкого вигляду. Їх зварювання протікає за особливим принципом, під час цього процесу має дотримуватись багато нюансів.
Головною властивістю сплавів із середнім показником легування є механічні якості. Вони мають високу стійкість до крихкості, за рахунок цього їх можна використовувати в агресивних атмосферах, за низьких і високих температурних показників, при підвищених навантаженнях. Сталі середнього легування мають міцність у межах від 588 до 1960 МПа.
Зварювання вуглецевих та легованих сталей також має деякі складності та нюанси. Вироби з металу з високим легуванням мають деякі властивості відповідно до того, до якого підвиду вони належать:
- Стійкі до негативного хімічного впливу в газових середовищах за температурних показників понад 550 градусів Цельсія (жаростійкі);
- Нержавіючі (до них відносяться метали, які не піддаються міжкристалітній, електричній та хімічній корозії);
- Стійкі проти високих температурних показників (від 1000 градусів за Цельсієм). Вони є жаростійкими.
Особливості зварювання низьколегованих сталей
Вище було зазначено, що зварювання легованих сталей з показником вуглецю не більше 0,22%, проводиться за таким же принципом, як і стандартна вуглецева сталь. Різниця буде не дуже велика.
Вона полягає в тому, що в готових швах можуть формуватися особливі забиті структури, і вони зазвичай з'являються при високих темпах охолодження. Але їх можна легко усунути. І для цього потрібно забезпечити невеликі межі погонної енергії при зварюванні, і в результаті в швах не формуватимуться забиті структури.
А ось щоб одержати шви з високою міцністю до складу металу з'єднань додаються спеціальні компоненти. Для захисту шва від підвищеної крихкості використовується дріт і через нього виконується додаткове легування з'єднання.
Для отримання якісного та міцного шва використовуються спеціальні електроди для зварювання легованих сталей – Е50А та Е42А. На поверхню цих стрижнів нанесено покриття з фтору та кальцію. Воно забезпечує високу пластичність, а також підвищує ефективність протидії появи тріщин кристалізаційних.
При виконанні газополум'яного зварювання може використовуватись правий або лівий метод. При першому показник витрати ацетилену буде не більше 130 дм 3 на годину, а при другому - від 75 до 100 дм 3 . Після закінчення зварювальних робіт виконується проковка сталі шва, при цій процедурі повинна витримуватись температура 850 градусів за Цельсієм.
Виконання напівавтоматичного зварювання в газовій атмосфері, а також ручної технології покритими електродами підходить для теплостійкої низьколегованої сталі. А ось для хромомолібденованадієвих сплавів підійдуть електроди марок ЕМХФ, а для хромомолібденових - стрижні ЕМХ.
А ось інші види стрижнів для зварювання вуглецевих і низьколегованих сплавів краще не використовувати, вони не зможуть забезпечити достатньої міцності підсумкового шва. І рекомендується проводити прогрівання конструкції, що зварюється, до 350 градусів.
Газове зварювання легованих сталей підходить для теплостійких металів, застосування цієї технології дозволяє досягти хороших результатів. І для цього потрібно дотримуватись особливих умов:
- Важливо проводити прогрівання (попереднє) до 300 градусів за Цельсієм, але можна трохи менше;
- Метал у ванні повинен мати устой структурою. Саме завдяки такому стану з нього не вигорятиме молібден і хром;
- Витрата ацетилену спостерігається з розрахунку на один міліметр металу, що зварюється, не більше 1000 кубічних дециметрів на годину.
Під час проведення багатошарового процесу важливо досягти того, щоб кількість перерв була невеликою. Також після виконання газополум'яного зварювання легованих та конструкційних вуглецевих сталей пальник слід повільно подавати вгору. Цей прийом дозволяє повністю очистити розплав від газів. А ось сплави з молібденовим або хромомолібденовим складом обов'язково проходять термообробку.
Як проводиться технологія зварювання високолегованих сплавів
Під час робіт із високолегованими сталями потрібно використовувати особливий зварювальний режим, який гарантуватиме невеликий ступінь нагрівання металу. І це пов'язано з великим коефіцієнтом розширення, невеликим ступенем теплопровідності сталей високолегованого типу. Саме через ці властивості шов і сама деталь можуть бути піддані жолобленню.
Зазвичай при поведінці зварювального електродугового процесу, при якому відбувається зварювання металів з високим вмістом додаткових елементів, все це буде значно знижувати явище чаду. І під час зварювання заборонено коливати зварювального стрижня. З'єднання високолегованих аустенітних виробів рекомендується виконувати електродами з укороченою конструкцією, саме це дозволить зменшити наплавний коефіцієнт.
Але для високолегованих металів дозволяється використовувати будь-які варіанти зварювання плавленням. Якщо виробляється ручне дугове зварювання легованих сталей із застосуванням покритих стрижнів, то краще застосовувати варіанти з покриттям із фтору та кальцію. І процес проводиться на зворотно-полярному постійному струмі.
Нижче наведені корисні рекомендації від професіоналів, яких слід дотримуватися під час зварювальних робіт:
- На 1 міліметр перерізу електрода слід вибирати струм із напругою не більше 30 Ампер;
- Протягом 60-90 хвилин необхідно проводити прожарювання електродів. І цю процедуру варто виконувати перед початком зварювальних робіт, температура має утримуватися на рівні 250-400 градусів за Цельсієм;
- Під час проведення нижнього зварювання сила струму повинна утримуватися на 15-20 % вище, ніж при стельовому та вертикальному.
Якщо використовуються вольфрамові стрижні, то при виконанні зварювального процесу рекомендується використовувати постійний струм з прямою полярністю.
Хороші якості шва у високолегованих металевих аустенітних виробів можна отримати при проведенні плазмового зварювання. Але також можна виконувати зварювання в середовищі аргону та гелію, під час нього можна отримати з'єднання прийнятної якості, тому що ділянка зварювання буде захищена від впливу повітря.
І варто зважити на важливу умову: під час проведення зварювання сталей високолегованого виду з великим рівнем алюмінію обов'язково потрібно проконтролювати, щоб на поверхні металу була зруйнована оксидна плівка. І це можна провести шляхом дії змінного струму.
Сталеві вироби із вмістом хрому можна зварювати за допомогою газової технології. І в цьому випадку рекомендується підібрати невелику потужність полум'я (варто пам'ятати, що витрата ацетилену не повинна бути більшою за 70 кубічних дециметрів). Також обов'язково потрібно вибрати підходящі флюси (зазвичай використовується склад «НЖ-8»). Застосування флюсів забезпечує повне видалення оксидів хрому та захищає від вигоряння хрому.
Для обробки сталі товщиною більше 3 мм рекомендується використовувати правий спосіб зварювання. А от якщо метал має товщину менше 3 мм, підійде лівий варіант. Під час зварювальних робіт не можна нагрівати ту саму оброблювану зону, а також робити перерви. І бажано витримувати максимальний допустимий показник швидкості зварювання високолегованого хромистого металу.
Метали хромистого та аустенітного вигляду часто уражаються міжкристалітною корозією, а вона негативно впливає на якісні характеристики зварювальних робіт. І щоб запобігти цьому явищу потрібно в металі зменшити обсяг вуглецю (до 0,03%).
І для цього слід провести такі дії:
- Загартовування металу (під час цього процесу температура повинна утримуватись у межах 1100 градусів Цельсія);
- Легування шва та основного металу за допомогою таких компонентів, як ванадій, ніобій, цирконій, титан;
- Легування навколошовного металу алюмінієм, ванадієм, кремнієм;
- З'єднання потрібно піддавати стабілізаційному відпалу протягом 2-3 годин.
Технологія зварювання сталей із середнім показником легування
У процесі зварювання сталей із середнім легуванням можуть утворюватися холодні та кристалізаційні дефекти в області шва. Найчастіше можуть виявлятися складності в отриманні необхідних пластичних та міцнісних якостей у зоні оплавлення та навколошовної області. Крім цього під час проведення зварювання не завжди можна досягти рівнозначності у механічних властивостях основного металу та металу з'єднання.
Щоб запобігти всі перераховані вище проблеми часто застосовуються такі способи:
Виконується зміна циклу термообробки кромок зі сталі. Під час цього процесу проводиться їх підігрів при зварювальних роботах або він може бути попереднім до певного показника температури
- Підбір оптимального режиму зварювальної технології;
- Зниження в області шва та в металі виробів показника водню;
- Застосування спеціальних дротів для зварювання, які мають мінімальні показники температури плавлення;
- Попереднє наплавлення кромок.
Під час зварювання сталей із середнім легуванням також часто застосовуються методи, що покращують якість шва. До них відноситься обробка з використанням ультразвуку, різке зниження показників температури після закінчення зварювання практично до 0 градусів Цельсія, проковування.
Зазвичай під час зварювання сталей із середнім рівнем легування застосовуються фтористо-кальцієві маловодневі стрижні. А процес зварювання виконується за ручною технологією (з використанням струму із зворотною полярністю). Якщо потрібно зробити шви з великим перетином, може застосовуватися блоковий або каскадний спосіб зварювання. І обов'язково потрібно прогрівати метал до 180-200 градусів за Цельсієм. Купити електроди оптом можна у виробника zpsplav.