Svařitelnost oceli: klasifikace. Skupiny svařitelnosti ocelí

Ocel je slitina železa a uhlíku. Množství uhlíku v oceli je do 0,2 %. Existují dvě hlavní skupiny ocelí: uhlíkové oceli a legované oceli. Podívejme se na každou z nich. Uhlíkové oceli.

Existuje uhlíková konstrukční ocel a uhlíková nástrojová ocel. Konstrukční ocel je zase běžné kvality a vysoké kvality. Všechny konstrukční oceli neobsahují více než 0,6 % uhlíku.

Konstrukční ocel běžné kvality má průměrnou pevnost, takže se nepoužívá ve velmi složitých a kritických konstrukcích. Tento typ oceli se vyrábí v konvertorech a otevřených pecích. Tato skupina zahrnuje následující třídy oceli: St0, St1Kp, St1Ps, St1Sp, St2Kp, St2Ps, St2Sp, St3Kp, St3Ps, St3Sp, St3Gps, St3Gsp, St4Kp, St4Ps, St4Sp, St5ps, St5sp, St5Gt6ps, St6ps.

Pojďme zjistit, co znamenají písmena a čísla zašifrovaná v názvu třídy oceli.
St – ocel
0,1,2,3,4,5,6 – ukazatel obsahu uhlíku a pevnosti v tahu.
kp – vroucí ocel,
ps – polotichá ocel,
SP – měkká ocel.

Pokud jde o vysoce kvalitní konstrukční ocel, je spíše určena pro výrobu výrobků, které vydrží velké zatížení. Má vysokou odolnost proti nárazu.

Uhlíková vysoce kvalitní konstrukční ocel GOST 1050-88. Používá se pro za tepla válcované, kované dlouhé a kalibrované oceli. Z vysoce kvalitní uhlíkové konstrukční oceli jsou vyráběny následující třídy oceli: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, 05kp, 08kp, 08ps, 10kp, 10ps , 11 kp, 15 kp, 15 kp, 18 kp, 20 kp, 20 kp.

Legované oceli. Legovaná ocel je ocel, která obsahuje tzv. legující prvky. Legované oceli, stejně jako uhlíkové oceli, lze použít pro konstrukční a instrumentální účely. Co poskytují prvky legování oceli? Úspora kovu, dlouhá životnost a vysoká pevnost. legované konstrukční oceli jsou vysoce kvalitní, kvalitní a hlavně kvalitní.

Konstrukční nízkolegované a legované oceli.
Tato skupina ocelí zahrnuje následující oceli:
GOST 19281-89 – nízkolegovaná konstrukční ocel se zvýšenou pevností;
GOST 4543-71 – legovaná konstrukční ocel;
GOST 14959-79 – pružinová ocel;
GOST 5632-72 – korozivzdorná, žáruvzdorná, žáruvzdorná ocel;

GOST 1435-74 – uhlíková nástrojová ocel;
GOST 5950-73 – legovaná nástrojová ocel;
GOST 1414-75 – konstrukční ocel se zvýšenou a vysokou řeznou obrobitelností.
GOST 801-78 – ložisková ocel;

Každá třída oceli má svůj vlastní účel a použití. Každý z nich má smysl popsat podrobněji.

St0 je slabá ocel, proto se používá především pro jednoduché konstrukce související se stavebnictvím, těsnění atd. Taková ocel nevydrží velké zatížení.
St1 – tato třída oceli má dobrou svařitelnost, proto se používá v různých svařovaných kovových konstrukcích.
St2 – stejně jako předchozí třída má dobrou svařitelnost, ale je odolnější. Rámy, nápravy, klíče a válečky jsou vyrobeny z tohoto typu oceli.
St3 je jakost oceli s dobrou tvrdostí. Používá se pro výrobu cementovaných dílů, jeřábových háků atd.
St4 – nemá vysoké pevnostní charakteristiky. Dobře se hodí pro výrobu hřídelí, tyčí, šroubů atd.
St5 je jakost oceli s vysokou pevností. Používá se pro výrobu hřídelí, náprav atd.
St6 – pevnost není nižší než St5. Vhodné pro použití se spojkami a hřídelemi.

třída 08 10 – díly se z tohoto druhu oceli obvykle vyrábí lisováním za studena a ražením.
15, 20 – díly, které nevyžadují velké zatížení. Principem činnosti je obrušování.
30, 35 – nápravy, kotouče, páky.
40, 45 – má vysoké pevnostní vlastnosti.
50, 55 – excentry, pružiny a pružiny, které nevyžadují vysoké zatížení.
60 – vyznačuje se vysokou pevností, proto je vhodný pro výrobu pružinových kroužků, spojkových kotoučů, tlumičů.
09G2S – používá se pro výrobu parních kotlů, v chemickém, ropném a plynárenském průmyslu.
10HSND – stavba lodí, strojírenství, chemický průmysl.
15HSND – díly vagonů a lodí jsou vyrobeny z této třídy oceli. Charakteristickým rysem je zvýšená odolnost proti korozi.
40X – díly s průměrnou odolností proti opotřebení.
18ХГТ – odolává vysokému rázovému zatížení, proto je vhodný pro výrobu dílů jako jsou pouzdra, čelisťové spojky atd.
30KhGSA – má vysokou pevnost, proto se používá pro vážné kovové konstrukce ve stavebnictví atd.
08Х18Н10 – odolává vysokým teplotám a vlivu agresivního prostředí.
12H18N10Т – má vysokou svařitelnost.
65, 70, 75, 80, 65G, 50HFA, 60S2A – ideální pro výrobu pružin a pružin.
U8A – šroubováky, rýhovací válečky, dláta.
U10A – hladké ráže, matrice pro ražení za studena.
HGS – válce pro válcování za studena, matrice.
HVG – řezné a měřicí přístroje.
Х12, Х12ВМ – ohýbací a řezací nástroje.
4ХС – horké hlavičky.
A12, A40G – má vysokou pevnost a používá se pro výrobu malých dílů.
A30, A40G – obtížně zpracovatelný, odolává vysokému zatížení.
ШХ15 – používá se pro výrobu kuliček, válečků, plunžrů.

Abychom rozluštili význam písmen v názvech jakostí oceli, uvádíme následující informace.
A – vysoce kvalitní ocel
Ш – zvláště kvalitní ocel
T – tepelně zpracovaná ocel
N – ocel opracovaná za studena
У – obsah uhlíku.

Ocel je hlavním konstrukčním materiálem. Jedná se o slitinu železa a uhlíku obsahující různé nečistoty. Všechny složky obsažené v jeho složení ovlivňují vlastnosti ingotu. Jednou z technologických vlastností kovů je schopnost vytvářet vysoce kvalitní svarové spoje. Faktory určující svařitelnost oceli Svařitelnost oceli se posuzuje na základě hodnoty hlavního ukazatele – uhlíkového ekvivalentu Ceq. Jedná se o podmíněný koeficient, který zohledňuje míru vlivu obsahu uhlíku a hlavních legujících prvků na charakteristiky svaru. Svařitelnost ocelí ovlivňují následující faktory: Přítomnost škodlivých nečistot. Stupeň legování. Typ mikrostruktury. Podmínky prostředí. Tloušťka kovu. Nejinformativnějším parametrem je chemické složení. Rozdělení ocelí podle skupin svařitelnosti Při zohlednění všech výše uvedených faktorů má svařitelnost oceli různé vlastnosti. Klasifikace ocelí podle svařitelnosti.

• Dobrý (s hodnotou Ceq≥0,25 %): pro díly z nízkouhlíkové oceli; nezávisí na tloušťce výrobku, povětrnostních podmínkách nebo na přítomnosti přípravných prací.
• Uspokojivé (0,25%≤Сэкв≤0,35%): existují omezení na podmínky prostředí a průměr svařované konstrukce (teplota vzduchu do -5, za bezvětří, tloušťka do 20 mm).
• Omezený (0,35%≤Сeq≤0,45%): pro vytvoření vysoce kvalitního svaru je nutné předběžné zahřátí. Podporuje „hladké“ austenitické přeměny, tvorbu stabilních struktur (ferit-perlit, bainitický).
• Špatný (Секв≥0,45%): vytvoření mechanicky stabilního svarového spoje není možné bez předchozí tepelné přípravy kovových hran a následné tepelné úpravy svařované konstrukce. K vytvoření požadované mikrostruktury je zapotřebí dodatečné zahřívání a plynulé chlazení.

Skupiny svařitelnosti ocelí usnadňují orientaci v technologických vlastnostech svařování specifických jakostí slitin železa a uhlíku.

Tepelné zpracování

V závislosti na skupině svařitelnosti ocelí a odpovídajících technologických vlastnostech lze upravit vlastnosti svarového spoje pomocí postupných teplotních vlivů. Existují 4 hlavní způsoby tepelného zpracování: kalení, popouštění, žíhání a normalizace.

Nejběžnější jsou kalení a popouštění na tvrdost a současnou pevnost svaru, odlehčení pnutí a zabránění vzniku trhlin. Stupeň temperování závisí na materiálu a požadovaných vlastnostech.

Tepelné zpracování kovových konstrukcí během přípravných prací se provádí:

• žíhání – ke zmírnění napětí v kovu, aby byl měkký a poddajný;
• předchozí ohřev, aby se minimalizoval teplotní rozdíl.

Racionální řízení teplotních vlivů umožňuje:

• připravit díl k práci (odstranit všechna vnitřní pnutí mletím zrn);
• snížit teplotní rozdíly na studeném kovu; zlepšit kvalitu svařovaného předmětu tepelnou korekcí mikrostruktury.

Korekce vlastností změnou teploty může být místní nebo obecná. Ohřev hran se provádí pomocí plynového nebo elektrického obloukového zařízení. Pro ohřev celého dílu a jeho plynulé chlazení se používají speciální pece.

Vliv mikrostruktury na vlastnosti

Podstata procesů tepelného zpracování je založena na strukturálních přeměnách uvnitř ingotu a jejich vlivu na ztuhlý kov. Po zahřátí na teplotu 727 ˚C má tedy smíšenou granulární austenitickou strukturu. Způsob chlazení určuje možnosti transformace:

Uvnitř trouby (rychlost 1˚C/min) – vznikají perlitové struktury o tvrdosti cca 200 HB (tvrdost podle Brinella).

Naživo (10˚С/min) – sorbit (feritovo-perlitová zrna), tvrdost 300 HB. Olej (100˚C/min) – troostit (feriticko-cementitová mikrostruktura), 400 HB.

Voda (1000˚С/min) – martenzit: tvrdý (600 HB), ale křehká jehlicovitá struktura.

Svarový spoj musí mít dostatečnou tvrdost, pevnost a jakostní ukazatele plasticity, proto jsou martenzitické vlastnosti svaru nepřijatelné. Nízkouhlíkové slitiny mají feritickou, feriticko-perlitovou, feriticko-austenitickou strukturu. Středně uhlíkové a středně legované oceli – perlitické. Vysokouhlíkové a vysoce legované – martenzitické nebo troostitické, které je důležité převést do feriticko-austenitické formy.

Svařování nízkouhlíkových ocelí

Svařitelnost uhlíkových ocelí je dána množstvím uhlíku a nečistot. Jsou schopny vyhořet, přeměnit se na plynné formy a poskytnout nekvalitní poréznost švu. Síra a fosfor se mohou koncentrovat na okrajích zrn, což zvyšuje křehkost struktury. Svařování je nejvíce zjednodušené, vyžaduje však individuální přístup.

Uhlíková ocel běžné jakosti se dělí do tří skupin: A, B a C. Svařovací práce se provádějí s kovem skupiny B.

Svařitelnost ocelí ВСт1 – ВСт4 v souladu s GOST 380-94 se vyznačuje absencí omezení a dalších požadavků. Svařování dílů do průměru 40 mm probíhá bez ohřevu. Možné ukazatele ve značkách: G – zvýšený obsah manganu; kp, ps, sp – „vroucí“, „poloklidný“, „klidný“, resp.

Nízkouhlíkovou jakostní ocel představují jakosti s označením setin uhlíku, uvedením stupně dezoxidace a obsahu manganu (GOST 1050-88): ocel 10 (i 10kp, 10ps, 10G), 15 (také 15kp, 15ps, 15G), 20kp,20 (také 20G).

Pro zajištění kvalitního svaru je nutné provést proces sycení svarové lázně uhlíkem C a manganem Mn.

• Ruční oblouk pomocí speciálních, zpočátku kalcinovaných elektrod, o průměru 2 až 5 mm. Typy: E38 (pro střední pevnost), E42, E46 (pro dobrou pevnost do 420 MPa), E42A, E46A (pro vysokou pevnost složitých konstrukcí a jejich provoz ve speciálních podmínkách). Svařování tyčemi OMM-5 a UONI 13/45 se provádí pod vlivem stejnosměrného proudu. Práce s elektrodami CM-7, OMA-2, SM-11 se provádí proudem libovolné charakteristiky.
• Svařování plynem. Nejčastěji nežádoucí, ale možné. Provádí se pomocí plnicího drátu Sv-08, Sv-08A, Sv-08GA, Sv-08GS. Tenký nízkouhlíkový kov (d 8 mm) se svařuje levou metodou, tlustý kov (d 8 mm) pravou metodou. Vady ve vlastnostech svaru lze odstranit normalizací nebo žíháním.

Svařování nízkouhlíkových ocelí se provádí bez přídavného ohřevu. Pro jednoduché tvarové díly neexistují žádná omezení. Je důležité chránit objemové a příhradové konstrukce před větrem. Složité předměty je vhodné svařovat v dílně při teplotě alespoň 5˚C.

Pro jakosti ВСт1 – ВСт4, ocel 10 – ocel 20 – je tedy svařitelnost dobrá, prakticky bez omezení, vyžadující standardní individuální výběr metody svařování, typu elektrody a proudových charakteristik.

Středněuhlíkové a vysoce uhlíkové konstrukční oceli

Nasycení slitiny uhlíkem snižuje její schopnost vytvářet dobré spoje. Při tepelných účincích oblouku nebo plynového plamene se síra hromadí na okrajích zrn, což vede k červené křehkosti a fosfor ke křehkosti za studena. Nejčastěji se svařují materiály legované manganem.

Patří sem konstrukční oceli běžné jakosti ВСт4, ВСт5 (GOST 380-94), vysoce jakostní 25, 25Г, 30, 30Г, 35, 35Г, 40, 45Г (GOST 1050-88) různé hutní výroby.

Podstatou práce je snížení množství uhlíku ve svařovací lázni, nasycení kovu v ní křemíkem a manganem a zajištění optimální technologie. Je důležité zabránit nadměrným ztrátám uhlíku, které mohou vést k destabilizaci mechanických vlastností.

Vlastnosti svářečských prací s ocelí se středním a vysokým obsahem uhlíku:

Počáteční ohřev hran až na 100-200˚С pro šířku až 150 mm. Bez přídavného ohřevu se svařují pouze jakosti ВСт4 a ocel 25. U středně uhlíkových ocelí s vyhovující svařitelností se před zahájením práce provádí úplná normalizace. U jakostí s vysokým obsahem uhlíku je vyžadováno přípravné žíhání.

Obloukové svařování se provádí obalenými kalcinovanými elektrodami o velikosti 3 až 6 mm (OZS-2, UONI-13/55, ANO-7) pod stejnosměrným proudem. Je možné pracovat v prostředí tavidla nebo ochranného plynu (CO2, argon).

Plynové svařování se provádí nauhličovacím plamenem, levým způsobem, s předehřevem na teplotu 200˚C, s rovnoměrným nízkým příkonem acetylenu.

Povinné tepelné zpracování dílů: kalení a popouštění nebo samostatné popouštění za účelem minimalizace vnitřních pnutí, zabránění vzniku trhlin a změkčení kalených martenzitových a troostitických struktur.

Kontaktní bodové svařování se provádí bez omezení.

Konstrukční oceli se středním a vysokým obsahem uhlíku lze tedy svařovat prakticky bez omezení při vnější teplotě ne nižší než 5˚C. Při nižších teplotách je nezbytný prvotní ohřev a kvalitní tepelné zpracování.

Svařování nízkolegovaných ocelí

Legované oceli jsou oceli, které jsou během tavení nasyceny různými kovy, aby získaly stanovené vlastnosti. Téměř všechny mají pozitivní vliv na tvrdost a pevnost. Chrom a nikl jsou součástí žáruvzdorných a nerezových slitin. Vanad a křemík dodávají pružnost a používají se jako materiály pro výrobu pružin. Molybden, mangan a titan zvyšují odolnost proti opotřebení wolfram zvyšuje červenou tvrdost. Zároveň při pozitivním vlivu na vlastnosti dílů zhoršují svařitelnost oceli. Kromě toho zvyšují stupeň vytvrzení a tvorbu martenzitických struktur, vnitřní pnutí a riziko prasklin ve švech.

Svařitelnost legovaných ocelí je dána také jejich chemickým složením.

Za snadno svařitelné jsou považovány nízkolegované nízkouhlíkové oceli 2GS, 14G2, 15G, 20G (GOST 4543-71), 15HSND, 16G2AF (GOST 19281-89). Za standardních podmínek nevyžadují po dokončení procesů další ohřev nebo tepelné zpracování. Některá omezení však stále existují:

• Úzký rozsah přijatelných tepelných podmínek.
• Práce by měly být prováděny při teplotách ne nižších než -10˚C (v podmínkách nižších atmosférických teplot, ale ne nižších než -25˚C použijte předehřev až na 200˚C).

• Svařování elektrickým obloukem stejnosměrným proudem 40 až 50 A, elektrody E55, E50A, E44A.
• Automatické svařování elektrickým obloukem pod tavidlem pomocí přídavného drátu Sv-08GA, Sv-10GA.

Svařování středně legovaných ocelí

Středně legované oceli 20KhGSA, 25KhGSA, 35KhGSA (GOST 4543-71) produkují výraznější odolnost proti tvorbě nenamáhaných švů. Patří do skupiny s vyhovující svařitelností. Vyžadují předehřátí na teploty 150-200˚C, provedení vícevrstvých švů, kalení a popouštění po dokončení svařovacích prací. Možnosti provedení:

Síla proudu a průměr elektrody při svařování elektrickým obloukem se volí striktně v závislosti na tloušťce kovu, přičemž se bere v úvahu, že tenčí hrany jsou během práce vystaveny většímu vytvrzení. Při průměru produktu 2-3 mm by tedy hodnota proudu měla být v rozmezí 50-90 A. Při tloušťce hrany 7-10 mm se stejnosměrný proud s obrácenou polaritou zvyšuje na 200 A pomocí 4-6 mm elektrod. Používají se tyče s celulózovými nebo fluoridovo-vápenatými ochrannými povlaky (Sv-18KhGSA, Sv-18KhMA).

Při práci v prostředí ochranného plynu CO2 je nutné použít drát Sv-08G2S, Sv-10G2, Sv-10GSMT, Sv-08Kh3G2SM o průměru do 2 mm.

Často se pro tyto materiály používá svařování argonovým obloukem nebo svařování elektrodou.

Žáruvzdorné a vysokopevnostní oceli

Svařovací práce se žáruvzdornými slitinami železa a uhlíku 12MX, 12Kh1M1F, 25Kh2M1F, 15Kh5VF musí být prováděny s předžhavením na teploty 300-450˚C, s konečným kalením a vysokým popouštěním.

• Svařování elektrickým obloukem kaskádovou metodou pro vytvoření vícevrstvého švu pomocí kalcinovaných obalených elektrod UONII 13/45MKh, TML-3, CL-30-63, CL-39.
• Plynové svařování s přívodem acetylenu 100 dm3/mm přídavnými materiály Sv-08KhMFA, Sv-18KhMA. Spojení trubek se provádí s předchozím plynovým ohřevem celého spoje.

• Pečlivé očištění hran a použití stehovacích svarů.
• Vysokoteplotní kalcinace elektrody (až 450˚C).
• Předehřev až na 150˚C pro díly silnější než 2 cm.
• Pomalé ochlazování svaru.

Při svařování vysokolegovaných ocelí je nutné použití speciální technologie. Mezi ně patří široká škála nerezových, žáruvzdorných a žáruvzdorných slitin, některé z nich jsou: 09Kh16N4B, 15Kh12VNMF, 10Kh13SYu, 08Kh17N5MZ, 08Kh18G8N2T, 03Kh16N15KhZB, 15 Svařitelnost ocelí (GOST 17-14) se vztahuje ke 9. skupině.

Vlastnosti svařitelnosti vysoce uhlíkové vysoce legované oceli:

1. Je nutné snížit proudovou sílu v průměru o 10-20% kvůli jejich nízké tepelné vodivosti.
2. Svařování by mělo být prováděno s mezerou pomocí elektrod do velikosti 2 mm.
3. Snížení obsahu fosforu, olova, síry, antimonu, zvýšení kvantitativní přítomnosti molybdenu, vanadu, wolframu pomocí speciálních potažených tyčí.
4. Potřeba vytvořit smíšenou mikrostrukturu svaru (austenit + ferit). To zajišťuje plasticitu naneseného kovu a minimalizuje vnitřní pnutí.
5. Povinné zahřívání hran před svařováním. Teplota se volí v rozmezí od 100 do 300˚C v závislosti na mikrostruktuře struktur.
6. Volba obalených elektrod pro obloukové svařování je dána druhem zrn, vlastnostmi a provozními podmínkami dílů: pro austenitické oceli 12X18N9: UONII 13/NZh, OZL-7, OZL-14 s povlaky Sv-06X19N9T, Sv-02X19N9; pro martenzitickou ocel 20X17N2: UONII 10X17T, AN-V-10 s povlakem Sv-08X17T; pro austeniticko-feritickou ocel 12X21N5T: CL-33 s povlakem Sv-08X11V2MF.
7. Při svařování plynem by měl přívod acetylenu odpovídat hodnotě 70-75 dm3/mm, použitý přídavný drát je Sv-02Kh19N9T, Sv-08Kh19N10B.
8. Práce pod tavidlem je možná pomocí NZh-8.

Doporučujeme vám přihlásit se k odběru našich stránek na sociálních sítích: Facebook | VKontakte | Twitter | Google+ | Spolužáci