Технология газовой сварки

1.1. Классификация ,маркировка и применение углеродистой стали 
 

Углеродистой сталью называется инструментальная или конструкционная сталь, не содержащая легирующих добавок. Углеродистая сталь подразделяется на низкоуглеродистую (до 0,25% углерода), среднеуглеродистую (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистую (до 0,25% углерода).

От обычных  сталей углеродистую сталь отличает меньшее содержание примесей, небольшое  содержание кремния, магния и марганца.

Углеродистая  сталь отличается повышенной прочностью и высокой твердостью.

По качеству различают углеродистую сталь обыкновенную и качественную конструкционную.

Углеродистая  сталь обыкновенного качества бывает холоднокатаная (тонколистовая) и горячекатаная (фасонная, сортовая, тонколистовая, толстолистовая, широкополосная). Она выпускается следующих марок: Ст1кп, СтО, Ст1пс, Ст2кп и т.д. Индексы в маркировке расшифровываются так: кп кипящая, пс полуспокойная.

Качественная  конструкционная сталь - это кованные и горячекатаные заготовки толщиной до 250 мм, серебрянка (круглые прутки со специальной поверхностью) и калиброванная  сталь. Она выпускается следующих  марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15пс и т.д. Цифры в маркировке обозначают процентное содержание углерода (в  сотых долях процента). Качественная конструкционная сталь используется для изготовления ответственных  деталей механизмов и машин, штамповки.

Качественная  сталь имеет в составе не более 0,03 % фосфора и серы, высококачественная не более 0, 02%.

Углеродистая  сталь бывает разного назначения: предназначенная для статически нагруженного инструмента и для  ударных нагрузок.

Для изготовления режущего инструмента с высокой  твердостью, не испытывающего ударов (хирургический инструмент, напильники, шаберы, плашки, сверла, измерительные  инструменты) используются стали У10?У13. Такие стали, подвергающиеся всем видам  термообработки и содержащие хром, используются также для производства токарных резцов.

Для изготовления инструмента, подвергающегося ударным  нагрузкам (топоры, пилы, деревообрабатывающие инструменты, зубила, клейма по металлу, отвертки) используются стали У7-У9. Они также подвергаются любому способу  термообработки.

Стали делятся  на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому  составу стали делятся на углеродистые[3] и легированные[4]; в том числе  по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6—0,85 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4 % легирующих элементов, среднелегированные — до 11 % легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11 % легирующих элементов.

Стали, в зависимости  от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре  сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную. 

        Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами и цифрами, например Ст 0, …,Ст 6. Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем больше число, тем больше содержание углерода в стали, выше прочность и ниже пластичность. 

В зависимости  от гарантируемых химического состава  и свойств углеродистые стали  обыкновенного качества делят на три группы А, Б, В (группа А в марке  стали не указывается). Сталь группы А имеет гарантированные механические свойства и не подвергается горячей  обработке. Для стали группы Б  гарантируется химический состав; сталь  подвергается обработке давлением; для стали группы В – химический состав и механические свойства; используется для сварных конструкций. 

К углеродистым качественным конструкционным сталям предъявляются повышенные требования по химическому составу и механическим свойствам. Цифры в марке стали  указывают на среднее содержание углерода в стали в сотых долях  процента. 

Все углеродистые качественнее конструкционные стали  можно условно разделить на несколько  групп. Углеродистые качественные стали 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп (без термической  обработки) хорошо штампуются вследствие их высокой пластичности, а также  хорошо свариваются из-за малого содержания углерода. Они используются для производства малонагруженных деталей машин (крепежные  изделия и др.) и сварных конструкций. 

Стали 15, 20, 25, составляющие вторую группу низкоуглеродистых сталей, хорошо свариваются и обрабатываются резанием. Они используются для изготовления неответственных деталей машин  не подвергающихся высоким нагрузкам. Примерами цементированных деталей  машин являются кулачковые валики, кронштейны, пальцы рессор и др. 

Самой значительной является группа среднеуглеродистых сталей 30, 35, 40, 45, 50, подвергающихся термической  обработке. Эти стали хорошо обрабатываются на металлорежущих станках в отожженном состоянии. Благоприятные сочетания  прочностных и пластических свойств  позволяют применять эти стали  при изготовлении ответственных  деталей машин (шпиндели, распределительные  валы и др.). 

Высокоуглеродистые  стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 подвергаются различным  видам термичес-кой обработки, в результате чего они получают высокую прочность, износостойкость и упругие свойства. Из них делают детали типа пружин, рессор, прокатных валков, замковых шайб и др. 

Углеродистые  инструментальные стали маркируют  следующим образом: впереди ставят букву У, затем цифру, указывающую  среднее содержание углерода в десятых  долях процента, например сталь марки  У12 содержит в среднем 1,2% С. Для обозначения  высококачественных сталей в конце  марки ставится буква А, а особо  высококачественных сталей (выплавленных, например, методом электрошлакового переплава с вакуумированием) –  буква Ш. В марках некоторых специальных  сталей буква впереди обозначения  указывает на назначение: А –  автоматная сталь (А30), Р – быстрорежущая  сталь (Р12), Шарикоподшипниковая (ШХ15), Электротехническая и т.д. 

1.2.Свариваемость сталей 

Малоуглеродистые  стали вообще отличаются хорошей  свариваемостью. Снижать свариваемость  могут вредные примеси, если содержание их превышает норму.

Вредные примеси  могут ухудшать свариваемость даже и при среднем содержании, не выходящем  из нормы, если они образуют местные  скопления, например, вследствие ликвации. Вредными для сварки элементами в  малоуглеродистой стали могут являться углерод, фосфор и сера, причём последняя  особенно склонна к ликвации с  образованием местных скоплений.

Отрицательное влияние на свариваемость может  оказывать также засорённость металла  газами и неметаллическими включениями. Засорённость металла вредными примесями  зависит от способа его производства и о ней частично можно судить по маркировке металла. Сталь повышенного  качества сваривается лучше, чем  сталь обычного качества соответствующей  марки; сталь мартеновская лучше, чем  сталь бессемеровская, а сталь  мартеновская спокойная лучше, чем  кипящая. При изготовлении ответственных  сварных изделий указанные отличия  в свариваемости малоуглеродистых сталей должны обязательно приниматься  во внимание и учитываться при  выборе марки основного металла.

Углеродистые  стали, содержащие углерода более 0,25%, обладают пониженной свариваемостью по сравнению с малоуглеродистыми, причём свариваемость постепенно снижается по мере повышения содержания углерода. Стали с повышенным содержанием углерода легко закаливаются, что ведёт к получению твёрдых хрупких закалочных структур в зоне сварки и может сопровождаться образованием трещин. С повышением содержания углерода растёт склонность металла к перегреву в зоне сварки. Увеличенное содержание углерода усиливает процесс его выгорания с образованием газообразной окиси углерода, вызывающей вскипание ванны и могущей приводить к значительной пористости наплавленного металла.

При содержании углерода свыше 0,4—0,5% сварка стали  становится одной из сложнейших задач  сварочной техники. Углеродистые стали  вообще обладают пониженной свариваемостью и, если это возможно, рекомендуется заменять их низколегированными конструкционными сталями, которые дают ту же прочность при значительно меньшем содержании углерода за счёт других легирующих элементов. При сварке углеродистых сталей плавлением обычно не придерживаются соответствия химического состава присадочного и основного металла, стремясь получить наплавленный металл равнопрочным с основным за счёт легирования марганцем, кремнием и др. при сниженном содержании углерода.

Сварка углеродистых сталей часто выполняется с предварительным  подогревом и последующей термообработкой, причём, если возможно, во многих случаях  стремятся совместить термообработку с процессом сварки, например при  газовой сварке мелких деталей, при  газопрессовой сварке, при точечной и стыковой контактной сварке и т. д.

Большинство низколегированных  конструкционных сталей обладает удовлетворительной свариваемостью. Ввиду возросшего значения сварки новые марки конструкционных  низколегированных сталей, как правило, выпускаются с удовлетворительной свариваемостью. Если же испытания  пробных партий стали показывают недостаточно удовлетворительную свариваемость, то обычно для улучшения свариваемости  изготовители корректируют состав стали. В некоторых случаях требуется  небольшой предварительный подогрев стали до 100—200°, реже приходится прибегать  к последующей термообработке. Для  предварительной грубой качественной оценки свариваемости низколегированных  сталей иногда прибегают к подсчёту эквивалента углерода по химическому  составу стали. Подсчёт ведётся  по следующей эмпирической формуле:где символы элементов означают процентное содержание их в стали. При эквиваленте углерода меньше 0,45 свариваемость стали может считаться удовлетворительной, если же эквивалент углерода больше 0,45, то необходимо принимать специальные меры, как, например, предварительный подогрев и последующая термообработка. Следует отметить, что метод оценки свариваемости по эквиваленту углерода является весьма ориентировочным и далеко не всегда даёт верные результаты.

По структуре  низколегированные стали относятся  обычно к перлитному классу. Большое  разнообразие химического состава  низколегированных сталей делает весьма трудным получение совпадания химического состава наплавленного и основного металла при сварке плавлением, что требует весьма большого, трудно осуществимого разнообразия присадочных материалов. Поэтому, за исключением некоторых особых случаев, где требуется соответствие химического состава основного и наплавленного металла (например, получение устойчивости против коррозии, крипоустойчивости и т. п.), обычно ограничиваются получением необходимых механических свойств наплавленного металла, ,не принимая во внимание его химический состав. Это даёт возможность при сварке многих сортов сталей пользоваться немногими видами присадочных материалов, что является существенным практическим преимуществом. Например, электродами УОНИ-13 успешно свариваются десятки марок углеродистых и низколегированных сталей. В сварных конструкциях низколегированные стали обычно предпочитают углеродистым той же прочности. Для установления необходимости небольшого предварительного подогрева и последующего отпуска часто принимают во внимание максимальную твердость металла зоны влияния. Если твёрдость не превышает 200—250 Н в то подогрев и отпуск не требуются, при твёрдости 250—ЗОС Нв применение подогрева или отпуска является желательным, при твёрдости свыше 300—350 Ив — обязательным. 

Из высоколегированных сталей обладают хорошей свариваемостью и находят широкое применение в сварных конструкциях стали  аустенитного класса. Наиболее широко применяются хромо-никелевые аустенитные стали, например общеизвестная нержавеющая сталь 18/8 (18% хрома и 8% никеля). Хромоникелевые аустенитные стали применяются как нержавеющие, а при более высоком легировании, например при содержании 25% хрома и 20% никеля, они являются и жароупорными сталями. Содержание углерода в хромоникелевых аустенитных сталях должно быть минимальным, не превышающим 0,10—0,15% в различных марках, иначе возможно выпадение карбидов хрома, резко снижающее ценные свойства аустенитной стали.

Для частей машин, работающих на истирание, например для  щёк камнедробилок, а также для  рельсовых крестовин, применяется  обычно в форме отливок сравнительно дешёвая марганцовистая аустенитная сталь, содержащая 13—14% марганца и 1,0—1,3% углерода.

Сварка аустенитных сталей должна, как правило, сохранить структуру аустенита в сварном соединении и связанные с аустени-том ценные свойства: высокое сопротивление коррозии, высокую пластичность и т. д. Распад аустенита происходит с выпадением карбидов, образуемых освобождающимся из раствора избыточным углеродом. Распаду аустенита способствуют нагрев металла до температур ниже точки аустенитного превращения, уменьшение содержания аустенитообразующих элементов, повышение содержания углерода в малоуглеродистых аустенитах, загрязнение металла примесями и т. д. Поэтому, при сварке аустенитных сталей следует сокращать до минимума продолжительность нагрева и количество вводимого тепла и применять возможно более интенсивный отвод тепла от места сварки посредством медных подкладок, водяного охлаждения и т. д.