Технология сварки углеродистых сталей: тонкости процесса и рекомендации

Обработка сварного шва после сварки

Сварка — самый надежный, быстрый и экономичный способ создания неразъемных соединений металлов и их сплавов. В ходе сварочного процесса металл нагревается до температуры плавления. Это вызывает в нем внутренние напряжения. Кроме того, на поверхности сварочного шва остается шлак. Для удаления шлака и снятия внутренних напряжений в металле применяются различные способы обработки сварного шва.

Выбор стального проката для строительства

Подбор материалов дело не такое уж простое. Нужно учесть не только план конструкции, но и вероятные внешние факторы, воздействующие на металл, и многие другие характеристики. Поэтому выбор зависит от следующих факторов, напрямую оказывающих влияние на эксплуатацию металла:

• Средняя температура среды, в котором будет смонтирована конструкция. Нередко требуется изучить погодную сводку и предположительные изменения в течение строительных работ. Здесь же следует учесть вероятность хрупкого разрушения при пониженных температурах.
• Характер нагрузки на металл во время эксплуатации. Различается три разновидности: динамическая, вибрационная и переменная. Следует учесть особенности работы стали при таких условиях.
• Вид напряженного состояния — сжатие или растяжение, плоское или объемное; а также уровень напряжения элементов — высокий или низкий.
• Способ объединения элементов (крепежи или сварка), который также имеет степень концентрации напряжения. Следует учесть в этом факторе свойства металла в зоне установки крепежей.
• Толщины проката, поскольку это влияет на прочностные характеристики. Кроме того, увеличение толщины ведет за собой изменение общих свойств стали.

Материалы для сварных конструкции должны иметь высокий коэффициент на свариваемость. Требования к конструкционным элементам, где не будет сварочных швов, возможно снизить. Отсутствие напряжения стали, полей сварки и другие факторы улучшают общую эксплуатацию стали.

Свойства стали после закалки

После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.

Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части. Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».

Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.

Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.

Аустенитные

Аустенитными сталями называют материалы, в составе которых присутствует высокотемпературная фаза железа – аустенит. Они входят, например, в группу хромоникелевых сталей, которые могут работать в различных агрессивных средах и при очень больших значениях температур.

Главной особенностью при сварке коррозионностойкой стали, является необходимость обеспечения стойкости к межкристаллической коррозии в околошовной зоне.

Проблема заключается в том, что даже при предварительном подогреве стали, по границам нагрева из кристаллической решетки выпадают карбиды хрома. В результате уменьшения количества этого элемента в составе материала, при повторном нагреве на границах появляются коррозионные растрескивания.

На практике может понадобиться создание конструкций с использованием аустенитных сталей с хромоникелевыми легирующими добавками, которые будут работать в условиях высоких температур. Для сварки таких конструкций нужно выбирать материалы, в которых содержание углерода возможно низкое.

Если необходимо, чтобы процентное содержание углерода было выше, и при этом конструкции из стали выполняли свое назначение в условиях агрессивных сред и высоких температур, нужно выбирать легирующую добавку, близкую по свойствам к углероду.

В качестве такой добавки может использоваться титан, цирконий, тантал, ванадий, вольфрам. Эти элементы связывают углерод, который выделяется из стали в процессе последующего нагрева, и препятствуют обеднению околошовных участков в процессе сварки.

Виды отпуска стали

Главный технический параметр ОС — это температура нагрева. Различают 3 типа ОС — высокий, средний и низкий. Конечно, высокотемпературный отпуск является оптимальным средством обработки, поскольку чем выше температура нагрева, тем более активно будет происходить рекристаллизация металла. Однако низко- и среднетемпературные способы обработки также имеют практическую пользу, которую не стоит недооценивать. Ниже мы рассмотрим каждый тип ОС по отдельности.

Высокий

Высокий отпуск стали — это вариант отпускной обработки при температуре от 500 до 700 градусов. Данный способ является самым эффективным, поскольку при таком нагреве происходит полигонизация и рекристаллизация материала, что позволяет устранить все напряжения внутри металла. Обычно длится от 2 до 3 часов. В случае обработки сложных конструкций рекомендованное время может увеличиваться до 6 часов.

Главный недостаток высокотемпературного отпуска — это небольшое снижение прочности материала. Поэтому методика не годится для обработки деталей, которые во время эксплуатации будут испытывать сверхвысокую нагрузку. Высокотемпературная методика распространяется на все виды стали, однако обратите внимание, что в случае некоторых легированных сплавов во время обработки может возникнуть так называемая обратимая высокотемпературная хрупкость.

Средний

Основная особенность среднего отпуска — активная диффузия углерода без полигонизации и рекристаллизации сплава. В случае среднетемпературной обработки улучшается упругость материала, повышается его релаксационная стойкость. Температура отпуска стали в данном случае находится в пределах от 350 до 500 градусов. Средний срок проведения обработки — 2-4 часа. Оптимальная среда — маслянистая или щелочная. Средняя обработка хорошо подходит для прочных деталей сложной формы — рессоры, пружины, ударные конструкции. Однако на практике данная технология используется редко в связи с рядом ограничений:

• В температурной диапазоне от 250 до 300 градусов находится так называемый островок хрупкости первого рода, которого следует избегать. Одновременно с этим при температуре выше 500 градусов находится другой островок хрупкости второго рода (его тоже рекомендуется избегать). Об особенностях этих островков мы расскажем ниже. А небольшое отклонение температуры в большую или меньшую сторону во время отпуска может привести к фатальным последствиям.
• Методика не имеет преимуществ в сравнении с альтернативными технологиями (низкой и высокой). Одновременно с этим слабые печи для обработки обычно не могут нагревать рабочую среду до таких температур, а более сильные печи могут нагреваться до более высоких температур, что неудобно с практической точки зрения.

Низкий

Низкий отпуск стали — методика обработки стального сплава или изделия, при которой нагрев осуществляется до температуры от 100 до 250 градусов. Срок обработки обычно составляет 1-3 часа в зависимости от типа детали, ее габаритов. Во время низкотемпературной обработки происходит диффузия частиц углеродистых компонентов без полигонизации и рекристаллизации атомной решетки. Это позволяет повысить некоторые физические характеристики материала — прочность, пластичность, твердость, химическую инертность.

Нормирование сталей и маркировка

Регламентирует соответствие свойств конструкционной стали. Требования определяются по ГОСТ 27772. Согласно ему используются следующие марки:

• Фасонный прокат (235, С245, С255 и другие).
• Листовой прокат, гнутые профили — С390, С390К, пр.

Тогда как цифровое обозначение значит предел текучести в величине МПа (МегаПаскаль), которая используется для измерения прочности стали на сжатие и на изгиб. То значение буквенных обозначений следующее:

• Д — повышенное содержание меди для усиления сопротивляемости коррозиям (С345, С375, С390, С440);
• C — конструкционная сталь специально для строительных работ;
• Т — термическое улучшение;
• К — вариация химического состава.

Металл в прокате реализуется горячекатаным и термически обработанным перед продажей. Причем завод производитель сам принимает решение об количество добавок для легирования стали, об температуре воздействия — общего стандарта не существует. Так, к примеру, листовая сталь C345 может быть произведена из металла с химическим составом C245, имеющего повышенную стойкость к термообработке. Именно в этом случае в названии сплава появляется буква Т.

Маркировка листового проката также включает подразделение на категории, например, C345-1. Всего выделяется шесть категорий, различие между которыми в следующих факторах:

• эксплуатационные температурные условия готовой конструкции;
• степень вероятности разрушения;
• сопротивляемость удару при разных температурах.

Номер категории зависит от последнего фактора — температура стойкости всех этих характеристик. От первого к шестому по возрастанию.

Сварка конструкционной стали также имеет оценку состыковывания:

• менее 0,4% — легко обрабатываемая, без дефектных последствий;
• от 0,4% — 0,55% — сварка возможна лишь при принятии специальных мер для предотвращения раскола;
• выше 0,55% — труднообрабатываемая, высокая вероятность дефектов: расколов, трещин, ям.

Маркировку стали регламентирует ГОСТ 380-88, согласно которому дополнительно прописывает группа поставки, способ окисления стали и её категория. Они также имеют собственные обозначения:

Сгруппированная поставка:

• А — механические свойства;
• Б — химический состав;
• В — комбинированный вид.

Степень окисления:

• КП — кипящая;
• СП — спокойная;
• ПС — полуспокойная.

Категория испытаний на ударную вязкость:

• Первая — проверки не проводится;
• Вторая — минимальная ударная вязкость;
• Третья — высокая температура +20 градусов по Цельсию;
• Четвертая — низкая температура (-20 градусов);
• Пятая — механическое старение, совмещенное с низкой температурой;
• Шестая — механическое изнашивание.

Конструкционная сталь маркируется согласно проведенным исследованиям.

Выбор стали для закалки

Для начала условно разделим все стали на высокоуглеродистые и легированные. Все стали – это сплавы железа с углеродом и различными легирующими элементами; от того, преобладает ли в ней один углерод или в значительном количестве присутствуют и легирующие элементы, и будет зависеть название стали. Нельзя сказать, что та или иная группа хуже или лучше поддается закалке; у них изначально очень разные характеристики и разные задачи, поэтому мы просто расскажем о закаливании тех и других сталей.

Закалка углеродистых сталей

С этой сталью, как и с изделиями из нее, накоплен огромный опыт работы. Сама по себе она требует меньших температур закалки, чем легированная различными элементами – у нее и без этого довольно высокие показатели твердости и прочности, которые так ценятся на рынке.

• Низкоуглеродистые стали закаливают при температурах от 727 до 950 °С.
• Средне- и высокоуглеродистые стали закаливают при температурах от 680 до 850 °С.

Нужно помнить, что стали с совсем низким содержанием углерода закалке вообще не поддаются.

Если мы желаем изготавливать и закалять в домашних условиях клинок из углеродистых сталей, нам подойдут следующие марки.

• У7 – У10;
• 65 Г.

• О1;
• 1095.

Эти марки при правильной термообработке характеризуются большой прочностью и твердостью, хотя и низкой устойчивостью к коррозии.

Закалка легированных сталей

Помимо железа и углерода в таких сталях содержится значительное количество различных легирующих элементов, которые придают сплаву особые свойства, нужные в той или иной сфере.

• Хром превращает сталь в коррозионностойкую, если его содержание превышает 12–16 %.
• Молибден и никель повышают прочность стали и ее способность выдерживать высокие нагрузки.
• Ванадий улучшает износостойкость сплава и придает клинкам из него способность держать необычайно острую заточку.

Ввиду наличия в сплаве этих элементов сталь обладает худшей теплопроводностью, чем чистая углеродистая, поэтому: 1) для нагрева и охлаждения ей понадобится больше времени – если ускорять процесс искусственно, то по сплаву могут пойти трещины; 2) для закалки ей нужна большая температура – от 850 до 1 100 °С.

К сожалению, правильная термообработка сложнолегированных сталей достаточно трудна, так как для придания клинку высоких рабочих свойств нужны и точная температура, и специальное оборудование для глубокого охлаждения. Поэтому закалить их качественно «на глазок» не получится.

К наиболее распространенным маркам относятся следующие:

• 420;
• 440А;
• D2;
• ATS34;
• CPM S320V.

О последнем образце можно сказать, что он исключительно износостоек.

Сварка высокоуглеродистых сталей

Демонстрационная сварка стали от рессор электродом Zeller 655

Высокое содержание углерода в сталях данного вида делает их, как правило, непригодными для изготовления сварных конструкций. Они характеризуются низкой пластичностью, поэтому имеют ограниченное применение.

Потребность в высокоуглеродистых сталях возникает при проведении ремонтных работ, при производстве пружин, режущих, бурильных, деревообрабатывающих и других инструментов, высокопрочной проволоки, а также в тех изделиях, которые должны обладать высокой износостойкостью и прочностью.

Технология сварки высокоуглеродистых сталей

Сваривание возможно, как правило, с предварительным и сопутствующим подогревом до 150-400°С, а также последующей термообработкой. Обусловлено это склонностью данного типа сплавов к хрупкости, чувствительностью к горячим и холодным трещинам, химической неоднородностью шва.

К сведению! Исключения возможны, если использовать специализированные электроды для разнородных сталей. См. фото и подпись к нему ниже.

• После подогрева необходимо произвести отжиг, который нужно проводить до тех пор, пока изделие не остынет до температуры 20°С.
• Важным условием является недопустимость осуществления сварки на сквозняках и при температуре окружающей среды ниже 5°С.
• Для повышения прочности соединения необходимо создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла.
• Хорошие результаты достигаются при сваривании узкими валиками, с охлаждением каждого наплавленного слоя.
• Исполнителю следует также соблюдать правила, предусмотренные для соединения среднеуглеродистых сплавов.

Данный демонстрационный образец (сварены воедино рессора, напильники, подшипник и пищевая нержавейка). Если не обращать внимания на качество швов, варили не профессиональные сварщики, фото подтверждает, что вполне возможна сварка “несвариваемых” сталей.

Видео

Особенности сварки высокоуглеродистых сталей

Рабочую поверхность необходимо очистить от загрязнений различного рода: ржавчина, окалина, механические неровности и грязь. Присутствие загрязнений может привести к образованию пор.

Охлаждать конструкции из высокоуглеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, для нормализации структуры.

Предварительный подогрев ответственных изделий до 400°С позволяет достичь необходимого показателя прочности.

Виды сварки высокоуглеродистых сталей

1. Оптимальным вариантом проведения сварочного процесса является ручная дуговая сварка с помощью покрытых электродов. Работа с высокоуглеродистыми сталями обладает большим количеством специфических характеристик. Поэтому сварка высокоуглеродистой стали проводится специально разработанными электродами, например, НР-70. Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности.

2. Сварка под флюсом также используется для соединения сплавов данного типа. Равномерно покрыть флюсом рабочую зону в ручном режиме довольно сложно. Поэтому, в большинстве случаев, используется автоматическая технология. Расплавленный флюс образует плотную оболочку и предотвращает воздействие вредных атмосферных факторов на сварочную ванну. Для сваривания под флюсом используются трансформаторы, выдающие переменный ток. Данные аппараты позволяют создавать устойчивую дугу. Главное достоинство данного метода – небольшие потери металла вследствие малого разбрызгивания.

Важно отметить, что не рекомендуется применять метод газовой сварки. Процесс характеризуется выгоранием большого количества углерода, в результате чего образуются закалочные структуры, которые отрицательно сказываются на качестве шва.

Однако, если свариванию подвергаются рядовые конструкции, то применение данного способа возможно. Соединение производится на нормальном или незначительном пламени, мощность которого не превышает 90 м3 ацетилена в час. Изделие нужно подогреть до 300°С. Сварка осуществляется левым способом, что дает возможность уменьшить время нахождения металла в расплавленном состоянии и продолжительность его перегрева.

Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно.

Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:

• нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
• мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
• наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.

Требования

Во время сварки углеродистых сталей для достижения максимальных параметров необходимо соблюдение следующих требований:

• Сварные электроды и проволока должны иметь низкий процент углерода, чтобы избежать появление ненужных дефектов;
• Необходимо следить, чтобы углерод из металла под действием высокой температуры не переходил в сварной шов, для этого применяется проволока для сварки сталей со средним содержанием углерода и выше, например Forte E71T-1, Барс-71. Данные типы отлично подойдут для сварки сталей с содержанием углерода выше 0,3 %;
• При проведении сварочного процесса следует добавлять флюсы, которые способствуют образованию тугоплавких образований;
• Снижать химическую неоднородность шва путем последующей термической обработки;
• Снижать содержание водорода путем прокалки электродов, использованием электродов с низким содержанием водорода и прочее.

Термообработка при сварке металла

Печь для термообработки

Термическая обработка (ТО) – процесс нагрева металлических изделий до критической точки по превышению которой меняется микроструктура и характеристики металла; выдержка и последующее резкое или медленное охлаждение. Часто задают вопрос, можно ли варить термообработанную сталь? Термообработка не влияет на свариваемость. Можно варить как закаленную, так и «сырую» сталь, либо отоженную сталь. ТО допускается до, во время и после проведения сварочных работ.

Часто используемые виды термообработки для стали

Отжиг – снимает напряжения, улучшает пластичность, формирует мелкое зерно. Температура (650±10) оС. Время выдержки рассчитывается в зависимости от максимальной толщины детали и усредненно составляет 2,5 мин. На 1 мм толщины. При отжиге детали всегда охлаждаются вместе с печью. При полном отжиге детали нагревают до 800-900 оС. Происходит рекристаллизация и упрочнение сварного шва. Время выдержки и условия охлаждения, как и в предыдущем случае. Данные приведенные здесь являются ознакомительными, точные данные можно почерпнуть из справочника. Нормализация – процесс очень похожий на отжиг, с одним только отличием – охлаждение делают на воздухе (самоотпуск). Отдых проводится на низких температурах 200 … 300 оС в течении 2…3 ч. Такая процедура понижает содержание диффузионного водорода и снижает величину внутреннего напряжения. Все виды ТО проводят в печах с нагревом электросопротивлением в воздушной атмосфере.

Термообработка алюминия

Предварительный подогрев алюминия необходим в следствии его высокой теплопроводности. Образование нормальной сварочной ванны и формирование сварного шва будет затруднено из-за недостатка температуры, которую постоянно «отнимает» тело алюминиевого сплава. Если речь идет о деталях небольших размеров, отсутствие подогрева не будет катастрофичным, но когда имеешь дело, например, с подваркой дефектов крупного литейного корпуса, тогда трудности станут очевидны даже человеку, не посвященному в тонкости сварочного искусства. Подогревать можно как все изделие целиком, так и выполнять местный (локальный подогрев) подвариваемого места ацетилено-кислородными, пропановыми и другими горелками. Так же, возможен подогрев непосредственно во время выполнения сварочной операции при условии, что это осуществимо технически. Предварительный подогрев применяется так же для некоторых видов сталей, склонных к трещинообразованию (например, 30ХГСА). Послесварочная термообработка для алюминия представляет собой закалку + старение. Правда подобная ТО чревата большими короблениями. Если ремонтируемые изделия имеют уже готовые чертежные размеры, проведение такой процедуры становится невозможной. В таком случае придется обойтись совсем без ТО, либо применить полумеры: нагрев до температуры старения и выдержка в течение определенного времени (режим подбирается исходя из марки алюминиевого сплава). На что влияет подобная мера вопрос спорный, но это лучше, чем вообще ничего не предпринимать. Если после сварки нужно повысить пластичность и снизить твердость, целесообразно выполнить неполный или полный отжиг. Так же нужно понимать, что если вы варите термообработанный алюминий, шов даже при последующей полной ТО, будет мягкий (существенно отличаться от твердости основного металла). Пишите в комментариях, если есть присадочные прутки, которые могут испытывать полиморфные превращения.

Стали высокой прочности

Группа сталей обладает мелкозернистой структурой поверхности, для создания которой используется нитрид. При производстве такие стали легируются и проходят обработку высокой температурой. К ним относятся сплавы с C440 до C590.

Такие металлы практически не имеют площадь текучести, потому их пластические свойства значительно снижены. Поэтому при монтаже конструкции из этих сталей можно не учитывать возможные пластические дефекты — их просто нет.

Но стоит учесть структурные изменения, возникающие вследствие неравномерного нагрева (сварки) и последующего охлаждения. Могут образовываться следующие дефекты:

• жесткие прослойки — комбинирование повышенной прочности и хрупкости;
• мягкие прослойки, напротив, низкая прочность и высокая пластичность.

Поскольку они образовываются на отдельных участках, то структура конструкции нарушается. Именно эти участки в будущем могут стать причиной обрушения. Разная прочность может достигать перепада от 5% до 30% в пределах одного элемента. Поэтому нужно учитывать характеристики стали перед проектированием и сварочными работами. Эффект деформации может снизить введение молибдена и ванадия в сплав.

Сопротивляемость хрупкому разрушению обеспечено за счет правильно подобранного хим.состава и режима термической обработки стали. Ударная вязкость также имеет высокое значение, удерживающееся даже при экстремально низких температурах (до -70 градусов).

Недостаток у этой группы всё же есть: высокая прочность и низкая пластичность требуют применения специализированного оборудования. Строительные работы не провести без мощной техники для резки, правки и сверления высокопрочных сталей.

Целесообразно применять высокопрочные термообработанные стали в постройке мощных конструкции, включая основание зданий.

Как избежать образования окалины и обезуглероживания при закалке

Многие детали из стали проходят закалку уже после того, как была выполнена их финишная обработка. В таких случаях недопустимо, чтобы поверхность деталей была обезуглерожена или на ней образовалась окалина. Существуют способы закалки изделий из стали, которые позволяют избежать таких проблем. Закалка, выполняемая в среде защитного газа, который нагнетается в полость нагревательной печи, может быть отнесена к наиболее передовому из таких способов. Следует иметь в виду, что используют такой метод лишь в том случае, если печь для нагрева полностью герметична.

На фото виден момент гидросбива на стане горячей прокатки — удаление окалины

Более простым способом, позволяющим избежать обезуглероживания поверхности металла при закалке, является применение чугунной стружки и отработанного карбюризатора. Для того чтобы защитить поверхность детали при нагревании, ее помещают в специальную емкость, в которую предварительно засыпаны эти компоненты. Для предотвращения попадания в такую емкость окружающего воздуха, который может вызвать процессы окисления, снаружи ее тщательно обмазывают глиной.

Если после закалки металла его охлаждают не в масле, а в соляной ванне, ее следует регулярно раскислять (не менее двух раз за смену), чтобы избежать обезуглероживания поверхности детали и появления на ней окисла. Для раскисления соляных ванн могут быть использованы борная кислота, бурая соль или древесный уголь. Последний обычно помещают в специальный стакан с крышкой, в стенках которого имеется множество отверстий. Опускать такой стакан в соляную ванну следует очень осторожно, так как в этот момент на ее поверхности вспыхивает пламя, которое затухает через некоторое время.

Существует простой способ, позволяющий проверить качество раскисления соляной ванны. Для этого в такой ванне нескольких минут (3–5) нагревают обычное лезвие из нержавеющей стали. После соляной ванны лезвие помещают в воду для охлаждения. Если после такой процедуры лезвие не гнется, а ломается, то раскисление ванны прошло успешно.

Объемная закалка толстостенных заготовок

Низколегированная

Эти сплавы называют низкоуглеродистыми. Включение легирующих компонентов в таких металлах составляет не больше двух-трех процентов. Большую часть состава занимает железо, помимо которого есть небольшой процент углерода и прочих включений.

К низколегированному типу сплавов относят целый список металлов. Сюда входят кремний, алюминий, медь, никель, вольфрам, и прочие. Большинство разновидностей низколегированных сплавов имеют высокий порог жароустойчивости – до 200°С.

Из нее производят медицинские, ювелирные и гравировальные инструменты, лезвия, бритвы. Добавление небольшого количества хрома повышает прочность металла. Сплав с хромом прослужит дольше обычного.

Оборудование и особенности закалки

Дома могут быть использованы:

• электрическая или муфельная печь;
• паяльник;
• большой костер на улице.

Выбор нужно осуществлять согласно размерам детали и типу сплава, максимальной температуре нагрева.

Повышение твердости на открытом огне

Если вы не хотите делать горн с поддувом, можно использовать обычный мангал или камин, посмотрим, как это делают на видео:

В статье мы рассказали, как сделать закаленную сталь. Так как процедура сопряжена с риском, просим соблюдать технику безопасности.

Конструкционная

Этот тип встречается чаще предыдущего. Он применяется для создания большего количества вещей. Из конструкционной стали изготавливают производственные станки, мелкие элементы, детали. Этот вид включает в себя категории 40х, 30хгса, 35хгса и подобные марки.

У этого типа стали достаточно интересный состав. В него входит много разных примесей, среди которых можно встретить фосфор и серу. Однако слишком большое включение других элементов приводит к ухудшению качества стали, поэтому процент примесей должен быть в малом количестве.

Существует четыре основных типа этого сплава:

• Обычная
• Качественная
• Высококачественная
• Особо высококачественная.

Распределение идет по количеству примесей, от более высокого процента до более низкого. То есть, четвертый тип имеет минимальное количество примесей, а потому обладает большим показателем качества и прочности. Первый тип содержит максимальное количество включений. В данной категории стальных сплавов является более недолговечным.

Помимо основного разделения на четыре категории, у конструкционной стали есть подгруппы, которые сортируются по включению определенных дополнительных элементов. Однако в данной статье разбор подгрупп затронут не будет, во избежание путаницы.

Как закалить сталь в домашних условиях?

Закалку и отпуск желательно осуществлять в производственных условиях с использованием специального оборудования и приборов. Однако домашние умельцы часто практикуют это в собственных мастерских. Для нагрева изделия используют электроплиты, духовки, раскаленный песок, паяльные лампы, костер. Самостоятельная термообработка оправдана в случае необходимости упрочнения режущей кромки инструмента.

Как сделать закаленную сталь:

• перед термообработкой изделие необходимо очистить от масла и ржавчины;
• равномерно разогреть;
• охладить и произвести отпуск в соответствии с режимами, рекомендованными для конкретной марки стали.

При необходимости проведения термообработки в домашних условиях в отсутствии приборов температуру металла ориентировочно определяют по цветам побежалости. Условие – помещение не должно быть освещено солнцем.

Определение! Цветами побежалости называют оксидные пленки, образующиеся без участия молекул воды на сплавах на основе железа во время нагрева. Каждому интервалу температур соответствует определенный цвет:

• темно-коричневый – 530-580°C;
• коричнево-красный – 580-650°C;
• вишневый – 650-730°C;
• вишнево-красный – 730-770°C;
• вишнево-алый – 770-800°C;
• светло-вишнево-алый – 800-830°C;
• ярко-красный – 830-870°C;
• красный – 870-900°C;
• оранжевый – 900-1050°C;
• темно-желтый – 1050-1150°C;
• светло-желтый – 1150-1250°C;
• желто-белый – 1250-1300°C;

Возможные трудности при сваривании

В ходе работ исполнитель может столкнуться с такими проблемами:

1. Отклонением дуги (магнитным дутьем). Поле может создавать заготовка или расположенные поблизости кабели. Для предотвращения данного явления детали предварительно размагничивают, зону работ ограждают экранами. На прямой полярности следует варить в направлении к зажиму массы, на обратной – от него.
2. Появлением таких дефектов, как непровар или сквозной прожог заготовки. Объясняется установкой неверного значения силы тока. В инструкции к расходникам рекомендуемый ампераж указывают в виде диапазона, например 80-140 А. Точное значение подбирают опытным путем. Непровар возникает при заниженном показателе, прожог – при завышенном.
3. Вытеканием расплава из сварочной ванны при выполнении вертикальных и потолочных швов. Во избежание данного явления необходимо снизить сварочный ток и использовать специальные расходники, дающие вязкие шлаки.
4. Появлением дефектов в виде кристаллизационных горячих трещин и хрупких закалочных включений. Объясняется увеличенной концентрацией карбона.

Рекомендуем к прочтению Как правильно варить цветмет

Процесс сваривания зависит, главным образом, от содержания в стали углерода.

На количество углерода в шве влияет:

1. Конструкция узла.
2. Форма стыка.
3. Предварительный нагрев заготовок.
4. Состав металла.

Отсюда следует, что предотвратить появление растрескивания помогут такие меры:

1. Снижение растягивающих напряжений в шве.
2. Формирование стыка правильной формы с однородным химическим составом.
3. Уменьшение концентрации вредных элементов.

Как сваривать нержавейку с углеродистой сталью

Нержавеющие и углеродистые сплавы сильно отличаются по своим характеристикам.

Сварку производят по следующим правилам:

1. Применяют предварительный и сопутствующий нагрев до 600°С. Этим достигается однородность структуры шва.
2. Готовую конструкцию подвергают термообработке, чтобы исключить появление трещин.

Применяют следующие методы:

1. Варят никелевым или высоколегированным расходником.
2. Наплавляют кромки легированными электродами. Затем производят сварку расходниками для нержавеющей стали.

Особо ответственные конструкции варят аргонодуговым способом.

Как подготовиться к сварке

Перед выполнением работ необходимо:

1. Подготовить средства индивидуальной защиты: щиток с темным стеклом, спецодежду, ботинки, рукавицы. Поражающим фактором служат брызги расплавленного металла и жесткое ультрафиолетовое излучение, вызывающее ожоги сетчатки глаз и кожи.
2. Зачистить кромки соединяемых деталей (удалить грязь и ржавчину). Смазку нейтрализуют обезжиривателем.
3. Закрепить заготовки на столе струбцинами или другими зажимами.
4. Прокалить расходники в печи. Температура и длительность указаны в инструкции.

Последняя операция нужна для удаления влаги из обмазки. Без этого шов не получает защиты от окисления и насыщается водородом.

Работа с двухслойными видами сталей

Применение 2-слойной технологии позволяет снизить расход легированных сплавов и одновременно обеспечить высокие эксплуатационные характеристики изделия. Основу изготавливают из углеродистой стали, ее толщина может достигать 150 мм. Сверху наплавляют облицовку из высоколегированного сплава слоем до 12 мм.

Сварку каждой части производят раздельно, используя соответствующие материалы (флюсы, присадочную проволоку, расходники).

Действуют в следующем порядке:

• углеродистый слой;
• высоколегированный.

При такой последовательности облицовка не подвергается повторному нагреву, что исключает появление трещин.