Можно ли варить сталь

Обновлено: 05.01.2025

Сварка – это сложный процесс соединения металлов через высокотемпературный нагрев. Здесь сочетаются законы электричества, теплопроводности, металлургии и химических состояний веществ. Без понимания этих законов могут возникнуть осложнения, которые приведут к разрушению сварного шва.

Чтобы снизить возможные риски, важно знать особенности сварки различных типов металлов. Это сэкономит время при сваривании и пост-обработке изделий, например полировке и шлифовании.

Особенности сваривания углеродистых сталей

Углеродистая сталь состоит из нескольких элементов, различающихся по химическому составу. Ключевым из них является углерод с незначительным добавлением примесей –кремния, фосфора или серы. Именно количество углерода оказывает большое влияние на свариваемость.

По содержанию углерода, которое колеблется в диапазоне от 0,1 до 2,1 %, различают 3 типа углеродистых сталей:

Низкоуглеродистые – содержат менее 0,30 % углерода.
Среднеуглеродистые – содержат около 0,30 %–0,60 % углерода.
Высокоуглеродистые – 0,61%–2,1% углерода.

Низкоуглеродистая высокопластичная сталь обычно является наиболее легко свариваемой при комнатной температуре. Среднеуглеродистая сталь требует предварительного прогрева и последующей термообработки, чтобы не растрескался сварной шов. Для сварки высокоуглеродистой стали потребуется тщательный предварительный нагрев и последующая температурная обработка.

Следует учитывать и скорость охлаждения сварного шва. Углеродистая сталь с большим количеством углерода и другими элементами охлаждается медленнее, чем низкоуглеродистая.

Чтобы в сварной шов не попал водород, из-за которого в металле образуются поры, область сварки необходимо очистить от масел, краски, ржавчины или окалины.

Сварка низкоуглеродистых сталей

При газовой сварке низкоуглеродистых сталей в аргоне используют присадку в виде металлической низкоуглеродистой проволоки, чтобы в сварном шве не было пор

Стали с низким содержанием углерода свариваются лучше всего, причем без применения флюса. Для соединения деталей чаще всего используют ручную дуговую сварку электродами с различными типами покрытия или газовую сварку. Первый метод подходит для деталей толщиной более 5 мм, второй – для небольших тонких деталей менее 5 мм.

Как правило, для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей используют электроды с рутиловым или кальциево-фтористорутиловым покрытием с добавлением небольшого количества железного порошка.

В таблице можно посмотреть марки электродов для сваривания рядовых и ответственных конструкций:

Рядовые конструкции

Ответственные конструкции

АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ОЗС-3, ОММ-5, ЦМ-7

АН-7, АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, ДСК-50, К-5А, КПЗ-32Р, МР-1, МР-3, ОЗС-2, ОЗС-4, ОЗС-6, ОМА-2, РБУ-5, СМ-5, СМ-11, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УП-1/45, УП-2/45, УП-1/55, УП-2/55, Э-138/45Н, Э-138/50Н, ЭРС-1, ЭРС-2

Альтернативными методами сварки низкоуглеродистых сталей являются:

электрошлаковая сварка с использованием флюсов;
автоматическая и полуавтоматическая сварка;
сваривание с использованием порошковой проволоки.

После соединения деталей структуру конструкции нужно сделать равномерной. Для этого изделие нагревают до 400 °С и остужают на воздухе.

Сварка среднеуглеродистых сталей

Среднеуглеродистые стали используют в машиностроении для изготовления рельсов, осей и колес вагонов, несущих деталей. Сплавы металлов со средним содержанием углерода хорошо поддаются ковке.

Процесс сварки таких сталей проходит сложнее из-за разницы в прочности сварного шва и соединяемых деталей. Кроме того, вдоль шва могут образовываться трещины и поры. Чтобы стабилизировать баланс прочности, при сварке применяют электроды с низким содержанием углерода:

АНО-7;
АНО-8;
АНО-9;
ОЗС-2;
УОНИ-13/55;
УОНИ-13/65;
ОЗС-2;
К-5а.

Перед сваркой детали предварительно прогревают до 400 °С. Величина температуры зависит от толщины деталей и количества углерода в них. Кроме того, в процессе сварки детали постоянно подогревают для ровного распределения температуры. При толщине деталей более 4 мм необходимо предварительно обработать кромки в зависимости от типа соединения.

Детали соединяют сваркой минимум в два прохода. При этом шов нужно вести равномерно, без разрывов. После сварки изделие медленно охлаждают в термостате или с помощью теплоизоляционных материалов.

Для среднеуглеродистых сталей применяют такие типы сварки, как:

Сварка высокоуглеродистых сталей

Самые сложные стали для сварки – с высоким содержанием углерода. При соединении деталей образуется высокая концентрация мартенсита – твердого раствора, перенасыщенного углеродом. Мартенсит делает металл хрупким, что приводит к разрыву сварного шва после остывания.

При сварке высокоуглеродистых сталей следует использовать низковольтный электрод. Кроме того, предварительный нагрев металла до 300 °C замедляет процесс охлаждения и предотвращает концентрацию мартенсита. Последующий нагрев также уменьшит напряжение и усилит сварку.

Важно! Не допускается сваривать высокоуглеродистую сталь, если внешняя температура воздуха опустилась ниже 5 °C или на месте сварочных работ «гуляют» сквозняки.

Если все условия соблюдены, высокоуглеродистую сталь сваривают теми же способами, что и среднеуглеродистую. Для сварки можно применять и ацетиленовую горелку с расходом газа от 75 до 90 дм³/ч на 1 миллиметр толщины сварного шва.

Особенности сваривания легированных сталей

В легированной стали содержится хром, марганец, молибден, вольфрам, никель и другие элементы, которые повышают устойчивость к коррозиям, износам и твердость деталей.

По содержанию элементов легированные стали делят на 3 типа:

Низколегированные, содержащие не более 2,5 % легирующих элементов.
Среднелегированные, содержащие 2,5 %–10 %.
Высоколегированные – более 10 % элементов.

Сталь называется по тому элементу, который входит в ее состав, например молибденовая, хромистая или ванадиевая. В зависимости от объема содержания легирующих элементов для каждого типа стали используют определенные особенности сварки.

Сварка низколегированных сталей

Главный показатель свариваемости таких сталей – это сопротивляемость к появлению трещин после остывания металла. Низколегированные стали содержат небольшое количество углерода, никеля, кремния, серы и фосфора, что исключает появление разрывов в процессе сварки.

Для них используют следующие методы:

Дуговую сварку с электродами типа Э-70 с фтористо-кальциевым покрытием с низким содержанием водорода. Величину сварочного тока выбирают в зависимости от диаметра электрода, его марки, толщины сварных деталей и типа соединения. Сваривают в один проход без разрывов с постоянным подогревом более 200 °С.
Сварку под флюсом при постоянном токе обратной полярности с силой не более 800 А и напряжением дуги не более 40 В. Детали толщиной до 8 мм сваривают в один проход, для деталей с толщиной до 20 мм используют двухстороннюю сварку. Чаще всего для соединений без обработки кромок используют проволоку Св-08ХН2М.
Газовую сварку в углекислом газе – характеризуется повышенным выгоранием легирующих элементов. Если для сварки используют углекислый газ, сварщик должен брать проволоку Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ или порошковую проволоку. Если используют аргоновую смесь, оптимальным вариантом будет проволока Св-08ХН2ГМЮ.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали содержат никель, молибден, хром, ванадий и вольфрам и отличаются хорошим сочетанием прочности и пластичности за счет очистки от неметаллических элементов.

Прочность соединения сварных частей зависит от химического состава сварного шва. Баланс достигается за счет уменьшения доли легирующих элементов в сварном материале по сравнению с основным металлом. Крепкий на разрыв шов образуется, когда в него переходят легирующие элементы основного металла.

Для сварки используют низколегированные электроды, не содержащие органических элементов. Во время сварки важно не допустить воздействия на металл влаги или ржавчины, так как содержащийся в них водород снижает прочность сварного шва.

Для сварки среднелегированных сталей чаще всего применяют проволоки:

Св-08Х20Н9Г7Т;
Св-08Х21Н10Г6;
Э-13Х25Н18;
Э-08Х21Н10Г6;
ЭА-1Г6.

Основными методами сварки являются:

Аргонодуговая сварка. Эффективна для соединения деталей толщиной 3–5 мм с применением неплавящегося электрода для достижения равномерной глубины проплавки.
Газовая сварка ацетиленокислородом, которая позволяет добиться качественного и ровного шва.

Сварка высоколегированных сталей

При нагревании выше 500 °С в высоколегированной стали происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего теряются антикоррозийные свойства. Чтобы восстановить их, деталь нагревают до 1000–1150 °С и быстро охлаждают

Ключевые характеристики таких сталей, которые влияют на качество сварки, – низкая степень теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения. Первая характеристика влияет на увеличение тепловой концентрации в месте соединения и проплавления металла. Высокое линейное расширение приводит к деформациям деталей и появлению трещин.

При этом высоколегированные стали считаются жаропрочными, хладостойкими и устойчивыми к коррозиям. Одну и ту же марку стали не используют для различных изделий, а значит и подход к сварке будет индивидуальным.

Надежнее всего для сварки использовать электроды с покрытием из молибдена, марганца или вольфрама, это повысит пластические свойства металла и снизит вероятность появления трещин. Перед сваркой металл необходимо подогреть до 200–300 °С и выше для сбалансированного распределения температур. После сварки металл также нужно термически обработать.

Для сварки высоколегированных сталей применяют:

Газовую сварку с пламенем мощностью 70–75 дм 3 ацетилена/ч на 1 мм толщины металла. Ее используют для тонких деталей в пределах 1–2 мм. Здесь применяют низкоуглеродистую сварочную проволоку Св-02Х19Н9Т или Св-08Х19Н10Б с диаметром близким к толщине сварной детали.
Ручную дуговую сварку – больше вариантов в выборе электродов. Чаще всего используют проволоку с фтористокальциевой обмазкой для получения шва нужного химического состава.
Сварку под флюсом – для деталей толщиной 3–50 мм. Флюс замешивают на жидком стекле и наносят на кромки деталей. Сваривают после того, как флюс засохнет.

Особенности сваривания меди и медных сплавов

Медь и ее сплавы отличаются высокой теплопроводностью, что затрудняет получение прочного сварного шва. Поэтому такие металлы сваривают с помощью методик высокотемпературного плавления. Чаще всего применяют:

дуговую сварку в защитных газах;
ручную дуговую сварку покрытыми электродами;
механизированную дуговую сварку под флюсом;
газовую сварку;
электронно-лучевую сварку.

Сварка в защитных газах

При таком типе сварки с минимальным содержанием примесей получается прочный сварной шов. Чаще всего применяют азот, аргон, гелий и их смеси. В качестве электрода используют неплавящийся вольфрамовый стержень, а для присадки – медную проволоку. Для азотной сварки на присадочную проволоку наносят борный флюс.

Ручная дуговая сварка

Выполняют на постоянном токе обратной полярности. Для медных листов толщиной до 4 мм не требуется разделка кромок, для листов до 10 мм применяют одностороннюю разделку с углом скоса 60–70° и притуплением 1,5–3 мм, для листов более 10 мм – Х-образная разделка.

При дуговой сварке используют электроды «Комсомолец-100», АНЦ/ОЗМ-2, АНЦ/ОЗМ-3, ЗТ и АНЦ-3. Сварку ведут по короткой дуге. Для металла толщиной в 5–8 мм требуется прогрев до 300 °С, при толщине 24 мм – до 800 °С. Для сплавов меди с никелем, бронзой и латунью применяют электроды ММЗ-2, Бр1/ЛИВТ, ЦБ-1 и МН-4.

Механизированная дуговая сварка под флюсом

Машина равномерно подает флюс, так что по окончании сварки получается идеально ровный сварной шов

Металл сваривают с помощью угольного или плавящегося электрода. Для угольного электрода применяют постоянный ток прямой полярности и флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-20. Кромки металла собирают на графитовой подкладке, а поверх стыка кладут присадочный материал, как правило латунь. Таким способом удобно сваривать детали толщиной до 10 мм.

Для сварки с плавящимся электродом используют постоянный ток обратной полярности и флюсы АН-200, АН-348А, ОСЦ-45 и АН-M1. Если при сварке применяют неплавящийся керамический флюс ЖМ-1, дугу нужно запускать при переменном токе.

Этот способ удобен, потому что не требует предварительного прогрева металла. Для сварки чистой меди используют проволоку диаметром 1,4–5 мм из меди МБ, M1 или бронзы БрКМц 3-1, БрОЦ 4-3.

Для сварки латуни используют флюсы АН-20, ФЦ-10, МАТИ-53, бронзовые БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и латунные ЛК80-3 проволоки.

Газовая сварка

Чаще всего применяют ацетиленокислородную сварку, с помощью которой достигается сверхвысокая температура пламени. Для газовой сварки используют флюсы с содержанием бора. Флюс наносят слоем в 10–12 мм на кромки и присадочную медную проволоку М1 или М2. Для сварки латуни рекомендуется брать проволоку ЛК80-3 из кремнистой латуни.

Электронно-лучевая сварка

Такой тип сварки эффективен в производстве медных изделий высокой чистоты, так как не допускается выпадение и осадок примесей. Альтернативным типом соединения деталей является плазменная сварка, которой «сшивают» металл толщиной до 60 мм. При сварке используют слой флюса или порошковую проволоку.

Особенности сваривания алюминия и алюминиевых сплавов

Главная особенность сварки алюминия и его сплавов – активная реакция металла с кислородом, при которой образуется оксид алюминия Al₂O₃ с повышенной температурой плавления в 2050 °С. При этом температура плавления чистого алюминия – всего 658 °С. Оксид остается в сварном шве и разрушает его структуру.

Второй ключевой момент – разрушаемость алюминия при температуре в пределах 600 °С. Важно учесть, что у алюминия нет переходного состояния и при сильном нагреве он становится жидким.

Эти проблемы решаются следующими путями:

При сварке применяют флюсы и электроды со специальными покрытиями, которые растворяют Al₂O₃. После сварки остатки электродов и флюсов необходимо тщательно удалить с деталей.
Для присадки используют проволоку из алюминия с 5-процентным содержанием кремния.
Детали толщиной в 6–7 мм сваривают одним проходом без обработки кромок. Для сварки деталей толщиной более 7 мм на кромках делают скос до 60 градусов.
Для сварки используют стальные подкладки, которые удерживают тепло в нужных точках.
Алюминиевые детали толщиной более 20 мм предварительно прогревают до 400 °С.
Начинают сварку при сильном постоянном токе обратной полярности, постепенно снижая его на 15 %.

Как правило, алюминий и его сплавы соединяют аргонно-дуговой сваркой. Для деталей толщиной до 10 мм используют неплавящиеся вольфрамовые или углеродные электроды, а для более толстых – плавящиеся стержни.

Алюминиевые сплавы представлены в 4 категориях:

алюминиево-марганцевые;
алюминиево-магниевые;
алюминиево-медные;
алюминиево-кремниевые.

Первый тип отличается повышенной прочностью и устойчивостью к коррозиям. Эти характеристики улучшаются, если использовать сплав алюминия и 5–6 % магния. Прочность дюралюминиевых сплавов повышается при закалке.

Алюминиевые детали толщиной до 4 мм сваривают через прямой стык без скоса кромок. При соединении необходимо оставить зазор не более 0,5 мм. Для более толстых деталей на кромках делают V-образный скос под 35 градусов.

Внахлест детали лучше не сваривать, так как между кромками будет затекать флюс, который вызовет коррозию металла. Перед сваркой кромки нужно обезжирить и очистить от оксида алюминия металлической щеткой или ортофосфорной кислотой.

Можно ли сваривать алюминий со сталью при изготовлении металлических изделий? Да, но нужно учитывать, что при сварке образуются хрупкие соединения, которые разрушают структуру стального шва. Проблему решают двумя путями:

Используют биметаллические переходные вставки из алюминия и других металлов. При этом применяют сварку взрывом, прокатку, давление подогревом. Таким образом каждый тип металла приваривается к себе подобному.
Используют алюминиевое покрытие стали с помощью погружения в расплавленный металл или припайку алюминия на стальную деталь. Кроме того, сталь можно покрыть припоем из серебра, а при сваривании использовать присадки из алюминиевых сплавов.

Особенности сваривания титана и титановых сплавов

Титан и его сплавы сваривают по специальным технологиям, так как данный металл ведет себя весьма специфично при различных температурах

Титан – металл с высокой температурой плавления – около 1600 °С. Считается одним из самых сложных металлов для сварки, так как в чистом виде активно реагирует с кислородом и азотом при нагревании до 400 °С. Поэтому зону сварки необходимо изолировать от воздействия атмосферного воздуха.

Для соединения титановых деталей нужна очень быстрая сварка без постепенного повышения температуры. Поэтому самым распространенным способом соединения титана и его сплавов является аргонная сварка на постоянном токе малой величины. Для нее не нужны электроды и флюсы, что исключает попадание в сварной шов посторонних соединений.

Титан и титановые сплавы сваривают в 2 этапа:

Подготовка. Сварщик зачищает поверхность титановых деталей, удаляет различные оксиды. Детали обрабатывает соляной кислотой или фтором при температуре 60 °С. От попадания воздуха детали защищают медными или стальными прокладками.
Сварка. В аргонную горелку вставляют вольфрамовый электрод. При появлении дуги образуется сварочная ванна с температурой до 6000 °С. Аргон обеспечивает дополнительную защиту от кислорода и азота.

При соблюдении всех требований у сварщика получается ровный и аккуратный сварной шов, который не требует дополнительной обработки.

В заключение стоит отметить, что для сваривания различных типов сталей требуется соответствующая квалификация сварщика. Например, начинающий сварщик легко справится со сваркой алюминия или низкоуглеродистых сталей. А вот сварить титан и его сплавы под силу опытному мастеру, который досконально знает все особенности процесса.

Особенности технологии сварки стали марки 45. Контроль качества соединений. Нюансы выполнения работ

К сварке деталей из различных сплавов нужно подходить индивидуально. Сталь 45 относится к группе ограниченно свариваемых (ГОСТ 29273-92), это значит, что в процессе работы с ней требуется соблюдать особые правила. Нарушение технологии может привести к образованию трещин в зоне сварки и последующему разрушению конструкции.

Описание стали 45

Конструкционная сталь 45 применяется в промышленности: станкостроении, на производстве автомобилей и прочей техники, инструментов. Отличается хорошими характеристиками: высокой ударной прочностью, пластичностью, устойчивостью к различным нагрузкам – статическим и динамическим. Стандарт проката: ГОСТ 1050-88. Группа свариваемости: третья. Применяемые сплавы-заменители: 40Х, 50, 50Г2. Отличается также следующими характеристиками:

плотность – 4850 кг/куб. м;
ударная вязкость – 66 кДж/ кв. м;
твердость до термической обработки – 20-22 ед. по Роквеллу.

Число 45 указывает на повышенное содержание углерода в сплаве – 0,45%. Это осложняет процесс сварки деталей: может приводить к появлению горячих (во время нагрева) и холодных (после остывания) трещин.

Допустимое содержание элементов:

США – 1045;
Япония – S45C, SWRCH45K;
Европа – 1.1191, 2C45, C45, C45E, C45EC, C46.

Чаще всего поставляется в виде листов или полос разной толщины. Рекомендуется разрезать при помощи плазменной резки, что позволит избежать перегрева кромок, или механическими способами.

Технология сварки

До проведения работ необходимо прогреть детали до 150-200 градусов по Цельсию. После этого выполняются сварочные работы. Затем готовое изделие должно медленно остывать. Такой способ уменьшает вероятность образования трещин.

Сварочные работы производятся с применением покрытых электродов Есаб ОК 68.81, УОНИ 13/55, Lb-52U, при помощи полуавтоматической сварки в углекислом газе проволокой ESAB OK Autrod 312 и ESAB OK Autrod 16.95 или в среде аргона.

По окончании работы рекомендуется поместить деталь в печь и прогревать при температуре 400-450 градусов по Цельсию (процесс нормализации) около 1 часа.

После полного остывания изделия необходимо выполнить испытания в зависимости от назначения конструкции: на разрыв, кручение, ударные нагрузки или изгиб. Если создаются ответственные металлоконструкции, то для проверки рекомендуется обращаться в специализированные организации, которые проводят тесты готовых соединений.

Ручная дуговая сварка осуществляется в соответствии с ГОСТ 5264-80, где указаны типы применяемых соединений и конструктивные элементы с информацией об их размерах.

Сварка стали 45. Практика

Если работы проводятся вне оборудованных цехов, то обеспечить неукоснительное соблюдение технологии сложно. В этом случае можно использовать следующий метод:

Подготовка деталей к сварке: зачистка, формирование кромок под сварочные швы.
Прогрев деталей при помощи газового (пропанового, ацетиленового) резака или горелки. Для определения температуры следует использовать инфракрасный пирометр, также применяют термокарандаши, которые начинают плавиться при достижении определенных значений.
Сварка производится максимально быстро, если необходимо, то в процессе можно дополнительно подогревать детали.
По окончании работ изделие требуется поместить в емкость с песком, чтобы процесс остывания происходил как можно медленнее.
Если деталь слишком крупная и ее невозможно убрать в песок, то можно подогревать зону сварки резаком или горелкой, постепенно уменьшая температуру.

В ряде случаев допускается использовать «холодный» метод сварки. Для этого рекомендуется использовать полуавтомат или аргон, так как зона нагрева в этом случае будет меньше, чем при применении покрытых электродов.

Сварка производится так:

элементы изделия собираются на небольшие прихватки – 5-7 мм с шагом около 150 мм;
обваривать конструкцию следует небольшими швами, важно не давать металлу сильно нагреваться;
по возможности следует класть швы вразнобой с разных сторон изделия.

Важно: такой метод нельзя использовать при сварке ответственных конструкций.

При использовании холодного способа требуется провести тщательный визуальный осмотр швов и проверку прочности соединений, поскольку вероятность появления трещин высока.

Проверка сварных соединений

На производстве используют эффективные методы контроля: просвечивание швов рентгеном или ультразвуком. Это позволяет обнаружить большинство дефектов: непровары, трещины, свищи.

Если есть возможность, то варят тестовые образцы из стали 45, разрезают швы болгаркой и осматривают их визуально. Внутри не должно быть:

пор – мелких пузырьков, которые значительно ухудшают свойства шва. Допускается наличие незначительного количества пор;
трещин – в процессе эксплуатации конструкции они могут увеличится и вызвать разрушение соединения;
свищей – также влияют на прочность шва.

В случае когда изделие предназначено для работы под нагрузками, рекомендуется проверять соединения механическими способами. Для этого деталь подвергают нагрузкам. Например, если шов должен выдерживать нагрузку 10 тонн, следует проводить проверку с весом на 30% больше – 13 тонн.

Исправление дефектов

После сварки требуется удалить шлаковую корку (если использовались покрытые электроды), обработать деталь металлической щеткой, чтобы соединение было хорошо видно. Ряд проблем можно выявить при осмотре сварных швов, появление внутренних «холодных» трещин часто определяется на слух: громкие щелчки говорят о том, что внутри появились дефекты.

При выявлении трещин и других изъянов требуется полностью вырезать проблемные участки и положить новые швы. Заваривать их без разделки не допускается. Рекомендуется предварительно прогревать зону сварки, после работы деталь должна медленно остыть.

Справка: наплывы металла в зоне сварки также считаются дефектами, удаляются при помощи болгарки с зачистным кругом.

Как получить надежное соединение. Сварка с другими металлами

Поскольку сталь 45 при сварке подвержена появлению трещин, рекомендуется либо проводить тщательную проверку швов, либо дублировать соединения при помощи болтов, шпилек или заклепок.

Если изделие предполагается сваривать с иными сплавами, то рекомендуется создать образец. После анализа результата можно разработать оптимальную технологию.

Технология сварки разнородных металлов

В процессе сварки однородных деталей взаимная диффузия и растворение материалов, а также образование жидких и твердых растворов происходит без каких-либо ограничений и сложностей. Однако совсем иначе дело обстоит со сваркой разнородных металлов. В данном случае приходится сталкиваться с металлургической несовместимостью деталей, которые имеют принципиальные отличия в характеристиках кристаллической решетки, а также разные температуры плавления и показатели теплопроводности. Именно поэтому прежде чем начнется работа и осуществится, например, сварка алюминия со сталью, необходимо рассмотреть совместимость используемых металлов и учесть трудности, которые могут возникнуть в процессе их соединения.

Практически невозможно сварить металлы, неспособные взаимно раствориться между собой в расплавленном состоянии: железо и свинец, железо и магний, свинец и алюминий. Эти пары в жидком состоянии практически не смешиваются и создают слои, которые при дальнейшем затвердевании могут быть без особого труда отделены друг от друга. Что касается легко поддающихся сварке разнородных металлов, то их количество довольно ограничено. К ним можно отнести титан и железо, медь и железо, титан и ванадий, алюминий и серебро.

На данный момент самыми востребованными являются конструкции, получаемые путем сплава стали с алюминием, чугуном или медью. Сварка этих металлов широко используется в авиационном строении, радиоэлектронике, производстве бытовых приборов. Оптимальные свойства некоторых конструкций возможны только благодаря применению деталей из комбинированных материалов, ведь именно в этом случае изделие будет совмещать в себе преимущества сразу двух металлов. Однако приступая к работе с разнородными металлами, важно учитывать особенности их взаимодействия.

Процесс соединения алюминия со сталью

Сварка алюминия и стали сопряжена с серьезными трудностями, которые возникают в связи с большой разницей температур плавления металлов и различиями в уровне их теплопроводности. На практике это выражается в том, что алюминий становится жидким еще до того, как сталь успевает прогреться, кроме того, шов получается недостаточно прочным. Чтобы соединить металлы с такими разными характеристиками и получить приемлемый результат, нередко используется диффузная, ультразвуковая, а также контактная с оплавлением и холодная сварка металла.

Покрытия для улучшения свариваемости

Проблемы, которые возникают при сварке плавлением алюминия и стали, вполне удачно решаются с помощью применения специальных покрытий. На сталь гальваническим или горячим погружением наносится металл, который обладает хорошей совместимостью со сталью. Чаще всего для этих целей используется слой цинка, который улучшает растекание алюминия. Кроме того, для сварки алюминия и стали применяется переходная вставка из тех же материалов, которая получается с помощью другого метода соединения, например, путем холодной ковки.

Теплофизические свойства материалов значительно затрудняют процесс сварки, при этом даже использование специальных покрытий и вставок не решает всех возможных проблем. Дело в том, что при соединении разнородных металлов на стыке могут образовываться интерметаллиды, которые отличаются чрезмерной хрупкостью. Чтобы избежать ненужных проблем, необходимо выбрать правильный режим сварки, который позволит избежать перегрева поверхности металлов. Если процесс произведен с учетом всех особенностей алюминия и стали, в результате проведенных сварочных работ появится надежное и долговечное соединение, которое, однако, лучше не использовать для конструкций, часто подвергающихся механическому воздействию.

Свариваемость чугуна и стали

Несмотря на то, что чугун и сталь обладают схожестью химического состава, процесс сварки этих металлов также характеризуется определенными трудностями. Дело в том, что чугун содержит большое количество углерода, а потому достаточно плохо поддается плавлению. Чтобы сварить эти разнородные материалы, используются специальные электроды. Для получения надежного и прочного шва перед обработкой детали следует тщательно зачистить, особенно это касается заготовки из чугуна, который легко впитывает различные технические жидкости.

Подогрев изделия в процессе работы

Чтобы соединить чугун и сталь, как правило, используется сварочный ток обратной полярности. Однако обратите внимание, что в случае применения аппаратов с высоким током холостого хода, необходимо использовать переменный ток. В процессе работы детали необходимо прогреть до 600 градусов по Цельсию. Такая температура позволит избежать чрезмерного расширения металла, которое нередко приводит к необратимой деформации материала. В результате сварочных работ, проведенных по описанной технологии, прочный герметичный шов образуется всего за один проход.

В случае, если подогрев заготовок невозможен, сварка чугуна со сталью производится несколько иначе. Когда необходимо соединить слишком большие детали или металл имеет легкоплавкие вкрапления, процесс сварки осуществляется с помощью коротких валиков, каждый из которых необходимо охлаждать перед использованием следующего. Стоит отметить, что данный метод сварки не обеспечивает должную прочность шва, поэтому для соединения чугуна и стали более предпочтителен метод, предусматривающий предварительный подогрев деталей.

Свариваемость меди со сталью

Определенные трудности в процессе соединения данных металлов возникают в связи с различием в уровне их теплопроводности, а также из-за низкой температуры плавления меди. Именно поэтому прежде чем приступать к процессу, следует учесть все особенности материалов и подобрать наиболее оптимальный способ сварки. Только в этом случае можно получить качественное соединение, которое будет обладать всеми необходимыми характеристиками.

Применение защитных газов

На самом деле медь и все ее сплавы довольно неплохо сваривается со сталью. Пожалуй, самым высоким качеством обладает соединение, которое производится путем аргонодуговой сварки. С ее помощью образуется шов, который характеризуется хорошей герметичностью и прочностью. Аргонодуговая сварка производится с применением вольфрамовых электродов либо плазменной струи и специальной присадочной проволоки. Обратите внимание, что в процессе работы дугу следует немного смещать к меди, что поможет предотвратить перегрев стали.

Сварка меди и стали также может быть произведена с помощью флюсов в среде защитных газов. В этом случае используют плавящиеся либо неплавящиеся электроды и проволоку. При наплавлении меди на сталь вполне эффективен дуговой метод сварки керамических флюсов, который позволяет добиться требуемой износостойкости и твердости материала. Данный вид работы предполагает использование плоских электродов.

Мангал из металла — это занятие, которое по силам каждому сварщику. Как сделать его своими руками, читайте в этой статье.

Соблюдение технологии — гарантия качества

Сварка разнородных металлов — достаточно трудоемкий процесс, который осложняется существующими различиями в свойствах материалов. Однако если грамотно подойти к процессу и учесть все рекомендации, связанные с особенностями металлов, можно получить прекрасный результат в виде качественного и надежного соединения, которое будет обладать преимуществами всех его компонентов.

Таблица свариваемости металла (по сталям)

Для второстепенных элементов конструкций и неответственных деталей: настилы, арматура, шайбы, перила, кожухи, обшивки и д.р.

Сваривается без ограничений.

Ст2пс
Ст2кп
Ст2сп

Неответственные детали, требующие повышенной пластичности, мало нагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах.

Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм. рекомендуется подогрев и последующая термообработка

Для второстепенных и малонагруженных элементов сварных элементов и не сварных конструкций, работающих в интервале температур от- 10 до 400 градусов по Цельсию.

Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм. рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Несущие и ненесущие элементы сварных и не сварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-ой категории) толщиной до 10мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от - 40 до +425 градусов по Цельсию дляСт3пс и толщиной до25мм. Для Ст3сп, Ст3пс при толщине проката от 10 до 25мм. - для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от-40 до + 425 градусов, при условии поставки с гарантируемой свариваемостью, Ст3сп при толщине проката свыше 25мм - для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температурах от -40 до + 425 градусов по Цельсию, при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Фасонный и листовой прокат толщиной от 10 до 36мм. для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до + 425 градусов по Цельсию, и для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от -40 до +425 градусов при гарантируемой свариваемости.

Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Сварные, клепаные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей.

Сварные, клепаные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей типа валов, осей, втулок и др.

Детали клепанных конструкций: болты, гайки, ручки, тяги, ходовые валики, втулки, клинья, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, стержни, звездочки, трубчатые розетки, фланцы и другие детали, работающие в интервале о 0 до + 425 градусов по Цельсию, поковки сечением до 800мм.

Сваривается ограниченно. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев, поршней и т.д.

Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев и других деталей в термообработанном состоянии, а также для стержневой арматуры периодического профиля.

Сталь углеродистая качественная конструкционная ГОСТ 1050-88

Марка стали

Заменитель

Применение

Свариваемость

Детали к которым предъявляются требования высокой пластичности, шайбы патрубки, прокладки и другие неответственные детали, работающие в интервале температур от - 40 до + 450 градусов по Цельсию.

Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико- термической обработки.

Для прокладок, шайб, вилок, труб, а также деталей подвергаемых химико-термической обработке - втулок, проушин, тяг.

Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.

Детали работающие при температуре до + 450 градусов, к которым предъявляются требования высокой пластичности, после химико-термической обработки (ХТО) - детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности сердцевины.

Детали работающие при температуре от - 40 до + 450 градусов, к которым предъявляются требования высокой пластичности, а также: втулки, шайбы, ушки, винты и другие детали после ХТО, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины.

Болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от-40 до + 450 градусов; после ХТО - рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.

Элементы трубных соединений, штуцера, вилки и другие детали котлотурбостроения, работающие при температуре от - 40 до + 450 градусов; после цементации и цианирования детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой твердости сердцевины(крепежные детали, рычаги, оси и т.п.)

Для сварных строительных конструкций в виде листов различной толщины и фасонных профилей.

После нормализации или без термообработки крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температурах от - 40 до+ 450 градусов под давлением; после ХТО - шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.

После нормализации или без термообработки патрубки, штуцера, вилки, болты корпуса аппаратов и другие детали из кипящих сталей, работающие при температурах от - 20 до + 450 градусов; после цементации и цианирования - оси, крепежные детали, пальцы, звездочки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой твердости сердцевины

Оси, валы, соединительные муфты, собачки, рычаги, вилки, шайбы, валики болты, фланцы, тройники, крепежные детали и другие неответственные детали; после ХТО - винты, втулки, собачки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.

Тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.

Детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, втулки, шпиндели, звездочки, тяги, обода, валы, траверсы, бандажи, диски и другие детали.

После улучшения - коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочения с нагревом ТВЧ -длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации

Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной обработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Ст45
Ст50Г
50Г2
Ст55

После нормализации с отпуском и закалки с отпуском - зубчатые колеса прокатные валки, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев.

Трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Гусеницы, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие а трение.

Не применяется для сварных конструкций

Цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости.

*ГОСТ 1055-88 содержит и другие марки стали

Сталь конструкционная легированная хромистая ГОСТ 4543-71

Втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой твердости поверхности при невысокой прочности сердцевины; детали, работающие в условиях износа трением.

Ст15Х
20ХН,
18ХГТ

Втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементуемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины; детали работающие в условиях износа при трении.

Оси, валики, рычаги, болты, гайки и другие некрупные детали.

Оси, валы, шестерни, кольцевые рельсы и другие улучшаемые детали.

Червяки, зубчатые колеса, шестерни, валы, оси, ответственные болты и др. улучшаемые детали.

Ст45Х
Ст38ХА
Ст40ХС

Оси, валы, шестерни, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полу- оси, втулки и другие детали повышенной прочности

Валы, шестерни, оси, болты, шатуны и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной твердости, износостойкости и работающие при незначительных ударных нагрузках.

Валы, шпиндели, установочные винты, крупные зубчатые колеса, редукторные валы, упорные кольца, валки горячей прокатки и другие улучшаемые детали, к которым предъявляются требования повышенной твердости, износостойкости и прочности, работающие при незначительных нагрузках.

Трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка

*ГОСТ 4534-71 содержит и другие марки стали.

сталь высоколегированная и сплавы КОРРОЗОННОСТОЙКИЕ ЖАРОСТОЙКИЕ И ЖАРОПРОЧНЫЕ (ГОСТ 5632-72)

Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-72) изготавливают марок: 40Х9С2, 40Х10С2М, 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 10Х14АГ15, 12X17, 08X17Т, 95X18, 08Х18Т1, 15Х25Т, 15X28, 25Х13Н2, 20Х23Н13, 20Х23Н18, 10Х23Н18, 20Х25Н20С2, 15Х12ВНМФ, 20Х12ВНМФ, 37Х12Н8Г8МФБ, 13Х11Н2В2МФ, 45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 31Х19Н9МВБТ, 10Х14Г14Н4Т, 14Х17Н2, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Г8Н2Т, 20Х20Н14С2, 08Х22Н6Т, 12Х25Н16Г7АР.

Сплавы по (ГОСТ 5632-72) изготавливают марок:

06ХН28МДТ, ХН35ВТ, ХН35ВТЮ, ХН70Ю, ХН70ВМЮТ, ХН77ТЮР, ХН78Т, ХН80ТБЮ. ГОСТ 5632-72 содержит и другие марки сталей и сплавов.

Марки, область применения и свариваемость сталей (ГОСТ 5632-72)

Выпускные клапана двигателей, крепежные детали

Клапана двигателей, крепежные детали

08X13
12X13
20X13
25X1 ЗН2

Стали: 12X13 12Х18Н9Т
Сталь: 20X13
Стали: 12X13 14X1 7Н2

Детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам

Сталь: 40X13
Сталь: 30X13

Режущий инструмент, предметы домашнего обихода

Стали: 12Х18Н9, 08X1 8Н10, 12Х18Н9Т, 12Н18Н10Т

Для немагнитных деталей, работающих в слабоагрессивных средах

Сваривается без ограничений

Крепежные детали, работающие в кислых растворах

08X1 7Т 08X1 8Т1

Стали: 12X17, 08X1 8Т1 Стали: 12X17, 08X1 7Т

Для конструкций, подвергающихся ударным нагрузкам и работающих в кислых средах

Детали, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости

Для сварных конструкций, не подвергающихся воздействию ударных нагрузок

Стали: 15Х25Т, 20Х23Н18

Трубы и детали, работающие при высоких температурах

Стали: 10Х25Т 20Х23Н13

Детали, работающие при температуре до 1100°С

Листовые детали, работающие при температуре до 1 100 °С

Детали печей, работающие при температуре до 1100°С

Детали, работающие при температуре до 780 °С

Стали: 15Х12ВНМФ, 18Х11МНФБ

Сварные конструкции, крепежные детали

Стали: 20Х13Н4Г9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т

Для изготовления сварного оборудования и криогенной техники до темп. -253 °С

Читайте также: