Сэкв = С+ Mn/6 + Si/24 + Cr /5 + Ni/40 + Cu/13 + V/14 + P/2.
2. Уточненная формула для всех сталей:
Сэкв = С + Мn/6 + Сr/6 + Si/5 + Cu/7 + Р/2 + Ni/12 + Mo/4 + V/5.
3. Для малоуглеродистых сталей:
Сэкв = С + Мn/6 + 0,024S, где S – толщина свариваемой кромки (наибольшей).
4. Для легированных сталей:
Сэкв = С + Mn/20 + Ni/15 + (Cr + Mo + V)/10 + 0,024S, где S – толщина металла.
5. Для различных сталей:
Сэкв = С + Мn/6 + Сr/3 + Ni/15 + V/5.
Во всех формулах количество указанного элемента дается в процентном содержании, затем выполняется вычисление.
В процессе кристаллизации металла шва в ЗТВ могут возникать горячие трещины. Они проходят по границам кристаллитов и вызывают межкристаллитное разрушение. Чувствительность сварного соединения к образованию горячих трещин (HCS) вычисляют по формуле:
При HCS < 4 горячие трещины не образуются. Для высокопрочных сталей коэффициент HCS должен быть менее 1,6–2,0.
Сварка низкоуглеродистых и углеродистых сталей
Низкоуглеродистые стали (С < 0,25 %) хорошо свариваются, а сварные соединения легко обрабатываются режущим инструментом.
Электросварку ведут электродами типа Э42 и Э46. В большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования закалочных структур. Однако при сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя многослойного шва для повышения стойкости металла к кристаллизационным трещинам может потребоваться предварительный подогрев до температуры 120–150 °C.
Для сварки рядовых конструкций из низколегированных сталей обычно применяют электроды типа Э42А, а ответственных – типа Э50А, что обеспечивает получение металла с достаточной стойкостью к кристаллизационным трещинам и требуемыми прочностными и пластическими свойствами.
Распространенные стали типа 15ХСНД при сварке склонны к образованию закалочных структур. Для предупреждения перегрева и закаливания рекомендуется многослойная сварка с большим интервалом времени между наложением слоев. Дуговую сварку металла толщиной 2 мм и более выполняют электродами УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/65 на постоянном токе обратной полярности. Для изделий толщиной более 15 мм после сварки необходима термообработка – высокотемпературный отпуск (550–650 °C)[22].
Газосварка углеродистых сталей. Низкоуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью в широком диапазоне значений тепловой мощности пламени. Вид пламени – нормальное. Его тепловую мощность при левом способе сварки выбирают исходя из расхода ацетилена 100–130 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла, а при правом способе – 120–150 дм3/ч.
Сварку проводят как левым, так и правым способами без флюса с использованием в качестве присадочного материала сварочной проволоки следующих марок:
● Св-08 и Св-08А – для неответственных конструкций;
● Св-08Г, Св-08ГА, Св-10ГА и Св-14ГС – для ответственных конструкций.
Для уплотнения и повышения пластичности наплавленного металла после сварки применяют проковку и последующую термообработку шва. Проковку рекомендуется осуществлять при температуре светло-красного каления (800–850 °C) и заканчивать при температуре темно-красного каления. Термической обработке после сварки подлежат ответственные и толстостенные конструкции.
Сварка углеродистыхсталей. Углеродистая сталь делится на высоко-, средне– и низкоуглеродистую в зависимости от количества углерода в ней. Высокоуглеродистые стали содержат 0,5–1 % С, среднеуглеродистые – 0,3–0,5 %.
При электросварке среднеуглеродистых сталей возможно образование трещин как в основном, так и в наплавленном металле. Трудность сварки таких сталей заключается в обеспечении необходимого термического цикла для улучшения ЗТВ. Для получения качественных соединений перед сваркой необходим подогрев изделия. Чем больше углерода в стали, тем выше должна быть температура предварительного подогрева. Подогрев выполняется симметрично сварному шву на ширину 50–80 мм от оси шва до температуры 100–350 °C. После сварки изделие вновь помещают в печь, нагревают его до 675–700 °C, медленно охлаждают вместе с печью до 100–150 °C. Дальнейшее охлаждение изделия возможно на воздухе. При термических воздействиях (подогрев и т. п.) необходимо учитывать и температуру окружающего воздуха, чтобы скорость охлаждения была медленной – не более 50 °C в секунду, во избежание образования трещин.
Тип электрода для сварки по прочности должен быть не ниже прочности основного металла: марок УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65, УП-1/45, ОЗС-2, УП-2/45, ВСП-1, МР-1, ОС 3–4 и др. Сварку электродами УОНИИ-13/55, ОЗС-2, ВСП-3 можно выполнять только на постоянном токе обратной полярности. Применение электродов ВСП-1, МГ-1, ОЗС-4 позволяет использовать любой род тока. Перед сваркой электроды необходимо просушить при температуре 150–200 °C.
При механизированных способах сварки нужно применять проволоку малых диаметров (например, 1,2 мм) с минимальной погонной энергией. Большая глубина проплавления для таких сталей неприемлема, так как происходит оплавление основного металла в больших объемах, при этом усложняются режимы сварки и при малейших отклонениях ухудшается качество.
Для газовой сварки среднеуглеродистых сталей нужно нормальное или слегка науглероживающее пламя. Его тепловая мощность должна быть меньше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей (расход ацетилена 75–100 дм3/ч на 1 мм толщины металла).
Сварку сталей при содержании углерода до 0,45 % проводят без флюса, а при 0,45–0,6 % – с флюсами следующих составов, %:
● прокаленная бура[23] – 100;
● карбонат калия – 50, гидроортофосфат натрия – 50;
● борная кислота – 70, карбонат натрия – 30.
В качестве присадочного материала используют проволоку марок Св-08ГА, Св-10ГА и Св-12ГС.
При толщине металла свыше 3 мм осуществляют общий подогрев изделия до температуры 250–350 °C или местный подогрев горелками до температуры 600–650 °C.
Сварку выполняют только левым способом, чтобы уменьшить перегрев основного металла. Для улучшения механических свойств сварного соединения шов проковывают при температуре 850–900 °C с последующим высокотемпературным отпуском при температуре 600–650 °C.
Сварка высокоуглеродистых сталей
Высокоуглеродистыестали с содержанием углерода 0,48–0,70 %, как правило, не применяются для сварных конструкций как непригодные. Из этих сталей изготавливают различные детали, которые подвергаются наплавке для повышения износостойкости, как новые, так и при восстановлении (ремонтные), например валки прокатных станов, подкрановые колеса мостовых кранов и т. п.
Технология электросварки высокоуглеродистых сталей обязательно предусматривает предварительный подогрев до 350–400 °C, иногда сопутствующий подогрев и последующую термообработку. Сварку выполняют узкими валиками небольшими участками. Сварка при температуре окружающей среды ниже 5 °C и на сквозняках недопустима.
Определение марки стали довольно точно можно произвести по пучку искр, образующемуся при ее обработке на наждачном круге. Форма и длина нитей искр, цвет искр, форма пучка различны для разных марок стали:
● малоуглеродистая сталь – непрерывные соломенно-желтые нити искр с небольшим количеством звездочек на концах нитей;
● углеродистая сталь (с содержанием углерода около 0,5 %) – пучок светло-желтых нитей искр со звездочками;
● инструментальная сталь У7 – У10 – расходящийся пучок светло-желтых нитей с большим количеством звездочек;
● инструментальная сталь У12, У13 – плотный и короткий пучок искр с очень большим количеством «разветвленных» звездочек;
● инструментальная сталь с содержанием хрома – плотный пучок темно-красных нитей искр с большим количеством желтых звездочек; звездочки сильно «разветвленные»;
● быстрорежущая сталь с содержанием хрома и вольфрама – пучок прерывистых темно-красных нитей искр, на концах которых более светлые звездочки каплеобразной формы;
● пружинная сталь с содержанием кремния – широкий пучок темно-желтых искр с более светлыми звездочками на концах нитей;
● быстрорежущая сталь с содержанием кобальта – широкий пучок темно-желтых нитей искр без звездочек.
Газосваркой высокоуглеродистые стали плохо свариваются из-за образования трещин в закалочных структурах основного металла. Вид пламени – нормальное или слегка науглероживающее. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75–90 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
