Сварочная сплошная и порошковая проволока, ленты, прутки порошки

Сварочная проволока — проволока для использования в ка­честве плавящегося электрода либо присадочного металла при сварке плав­лением.

Плавящийся электрод для дуговой сварки — металлический электрод, включаемый в цепь сварочного тока для подвода его к сварочной дуге, расплавляющийся при сварке и служащий присадочным металлом.

Присадочная проволока — сварочная проволока, используемая как приса­дочный металл и не являющаяся электродом.

Электродная проволока — сварочная проволока для использования в каче­стве плавящегося электрода.

Сварочная проволока используется в качестве электродной проволоки и присадочной проволоки.

Сварочную проволоку изготавливают сплошной или порошковой.

Для электрошлаковой сварки наряду с проволочными электродами приме­няют пластинчатые электроды, изготовленные из ленты или листов.

Сварочная сплошная проволока.

Среди сварочных материалов сварочные проволоки сплошно­го сечения используются в наибольшем объеме. Их широко применяют в ка­честве электродной проволоки при сварке и наплавке плавящимся электродом в среде защитных газов и под флюсом и как присадочную проволоку при сварке и наплавке неплавящимся электродом в среде защитных газов и газовой свар­ке. Кроме этого, сплошную проволоку применяют при изготовлении покрытых электродов для дуговой сварки.

Сварочную проволоку изготавливают из различных металлов и сплавов.

Сварочную проволоку получают горячей прокаткой и волочением. Если ме­талл шва должен иметь высокую твердость, то проволока плохо деформируется в горячем и холодном состояниях. В этом случае сварочную проволоку изготавливают литьем в виде присадочных прутков длиной до 1000 мм.

Сварочные проволоки выпускают в соответствии с различными стандарта­ми и техническими условиями. Возможность применения сварочной проволо­ки данной марки отечественной или импортной, изготовленной в соответствии с конкретным стандартом или техническим условием для сварки конкретного изделия определяется нормативными документами на сварку изделий данной группы технических устройств. На основе многолетнего опыта разработаны государственные стандарты:

ГОСТ 2246-70. «Проволока стальная сварочная».

ГОСТ 10543-98. «Проволока стальная наплавочная».

ГОСТ 7871-75. «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов»

ГОСТ 16130-90. «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные».

В каждом из ГОСТов приведены сведения о химическом составе, о диа­метрах проволок, о допусках на них, приведены правила приемки, методы ис­пытаний, упаковки, транспортировки и хранения.

Требования ГОСТ 2246-70 распространяются на холоднотянутую свароч­ную проволоку из низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной стали. Этот стандарт регламентирует химический состав 77 марок сварочной проволоки, используемых в качестве электродной, присадочной, наплавоч­ной и для изготовления покрытых электродов для ручной дуговой сварки. Стандарт не регламентирует механические свойства металла шва, так как они зависят от многих других факторов (доли участия основного металла, марки флюса, защитного газа, режима сварки и т. д.).

В стандарте предусмотрены диаметры проволок (мм): 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 и предельные отклоне­ния по ним. Для получения проволок с минимальным содержанием вредных примесей, газов, неметаллических включений по требованию потребителя проволока может быть изготовлена из стали, выплавленной электрошлаковым (Ш), вакуумнодуговым (ВД) переплавом или в вакуумноиндукционных печах (ВИ). По виду поверхности проволока выполняется неомедненная или омедненная (О). Стандарт дает примеры условного обозначения проволок.

Пример условного обозначения проволоки для сварки (наплавки) диаме­тром 1,2мм, марки Св-08Г2С с омедненной поверхностью:

Проволока 1,2 Св-08Г2С-О ГОСТ 2246-70.

Пример условного обозначения проволоки сварочной диаметром 4 мм, мар­ки Св-04Х19Н9, предназначенной для изготовления электродов:

Проволока 4 Св-04Х19Н9-Э ГОСТ 2246-70.

Условные обозначения марок проволоки состоят из индекса Св (сварочная) и следующих за ним цифр и букв. Цифры, следующие за индексом Св, указыва­ют среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы указывают на содержание в проволоке химических элементов, обозначаемых следующими буквами: Б — ниобий; В — вольфрам; Г — марганец; Д — медь; М — молибден; Н — никель; С — кремний; Т — титан; Ф — ванадий; Х — хром; Ц — цирконий; Ю — алюминий.

Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элемен­тов, указывают среднее содержание элемента в процентах. При содержании элементов менее 2% цифра не ставится. Более точное содержание элементов дано в стандарте. Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеро­дистой и легированной проволок указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки Св-08АА сдвоенная бук­ва А указывает на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с про­волокой марки Св-08А. Для высоколегированных проволок не допускается со­держание серы и фосфора свыше 0,035%.

Проволока выпускается в виде прутков, в кассетах, катушках и бухтах в герметичной упаковке. Масса используемых катушек зависит от диаметра проволоки и вида сварочного оборудования для механизированной или автоматической сварки и колеблется в пределах от 0,5 до 80 кг. При роботизирован­ной сварке применяют и емкости массой до 250 кг.

При дуговой сварке сталей в защитных газах часть проволоки теряется на разбрызгивание. При этом капли расплавленного электродного металла покрывают основной металл. Трудоемкость очистки изделия сопоставима с трудоемкостью операции сварки. Поэтому ведутся работы по созданию проволок, обеспечивающих более устойчивое горение дуги. Одним из способов, уменьшающих разбрызгивание, является введение в состав проволок материалов с низкой работой выхода электронов. При этом присадки должны иметь температуру кипения, превышающую температуру кипения стали. Этим условиям удовлетворяют редкоземельные металлы, такие как церий, лантан, неодим и другие. Введение в проволоку марки Св-08Г2С редкоземельных элементов в количестве 0,01-0,07% улучшает перенос электродного металла при сварке в среде углекислого газа и уменьшает разбрызгивание.

ГОСТ 10543-98 распространяется на горячекатаную и холоднокатаную про­волоку из углеродистой, легированной и высоколегированной стали, пред­назначенную для механизированной электродуговой наплавки. В ГОСТе приведены твердость наплавленного металла и примерное назначение на­плавляемых изделий для каждой марки проволоки. Проволоки классифи­цируются по химическому составу.

ГОСТ 7871-75 распространяется на тянутую и прессованную проволоку из алюминия и алюминиевых сплавов для сварки плавлением. ГОСТ предусматривает выпуск 14 марок тянутой и прессованной проволоки из алюминия (А1 более 99,5%), алюминиево-марганцевого сплава (СвАМц), алюминиево-магниевых сплавов (СвАМг3, СвАМг4 и др.), алюминиево-кремнистых сплавов (СвАК5 и др.) диаметром 0,8-12,5 мм.

ГОСТ 16130-90 «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные» регламентирует хим. состав, диаметры проволок (0,8-8,0 мм) и прутков (6 и 8 мм). Этот стандарт содержит также рекомендации по при­менению проволок и прутков.

Сварочная порошковая проволока.

Порошковая проволока — сварочная проволока, состоящая из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами.

Порошок (сердечник), состоящий из смеси минералов, руд, ферросплавов и металлов, предназначен для газошлаковой защиты, раскисления и легирования расплавленного металла, а также для стабилизации дугового разряда. В качестве газообразующих материалов используют карбонаты кальция, магния, натрия (например, мрамор, магнезит, кальцинированную соду), и органические веще­ства (целлюлозу, крахмал, древесную муку). В качестве шлакообразующих ма­териалов используют рутиловый концентрат, алюмосиликаты, окислы щелоч­ноземельных металлов, флюоритовый концентрат. В качестве раскислителей применяют активные элементы, обладающие высоким сродством к кислороду, в виде ферросплавов (ферромарганец, ферросилиций и др.) и металлических по­рошков. Легирующие материалы, такие как марганец, кремний, хром, бор, ни­кель и другие, обеспечивающие металлу шва необходимые свойства, вводят так­же в виде ферросплавов и металлических порошков. Введение дополнительного металла в виде железного порошка (до 30%) позволяет увеличить производи­тельность наплавки и улучшить сварочно-технологические свойства. В качестве компонентов сердечника можно использовать порошки из различных материа­лов без обработки и связующих веществ. Это дает широкую возможность изме­нять составы порошковых сердечников и создавать такие композиции, которые невозможно получить в других сварочных материалах. По составу сердечника порошковые проволоки делятся, также как и электроды, по виду покрытия на: рутилорганические, рутиловые; рутил-основные и основные.

Оболочкой для большинства порошковых проволок для сварки и наплавки сталей, сплавов и чугуна является холоднокатаная лента толщиной 0,2-0,8 мм из низкоуглеродистой стали, имеющая высокую пластичность, необходимую для формования и волочения проволоки. Оболочка порошковой проволоки для сварки и наплавки цветных металлов соответствует свариваемому металлу.

По конструкции порошковые проволоки могут быть классифицированы на бесшовные (рис. 1а) и шовные (рис. 1б-д) с одним (рис. 1б) и двумя за­гибами (рис. 1в, г), а также двухслойные (рис. 1д). Шовную порошковую проволоку изготавливают из ленты. Введение части оболочки внутрь сердечни­ка (рис. 1в-д) обеспечивает более равномерное плавление его и более эффек­тивную защиту металла от воздуха. При размещении всех металлических по­рошков во внутренней части двухслойной конструкции проволоки (рис. 1д), а газообразующих и шлакообразующих материалов в наружной полости сер­дечника, обеспечивается лучшая защита расплавленного металла.

Конструкции порошковой проволоки
Рис. 1. Конструкции порошковой проволоки.

Бесшовные проволоки (рис. 1а) изготавливают из пластичной трубы, за­полненной наполнителем, волочением. Ее можно получать малого диаметра (до 1 мм) и обмеднять. Такая проволока негигроскопична. Отношение массы порошкового наполнителя проволоки к массе оболочки находится в пределах 15-40%. Чем больше это отношение, тем легче обеспечить качественную за­щиту расплавленного металла и легирование металла шва.

По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащитные и используемые с дополнительной защитой зоны сварки газом или флюсом. Наиболее часто в качестве защитной среды используют углекислый газ. Сварка в углекислом газе порошковой проволокой имеет ряд преимуществ по сравне­нию со сваркой сплошной проволокой. Порошковая проволока, содержащая шлакообразующие и раскислители, позволяет хорошо раскислить металл сварочной ванны, интенсивно обработать его шлаком и снизить содержание в нем газов и неметаллических включений. Швы получаются гладкими, с плавным переходом от основного металла ко шву. Содержащиеся в сердечнике прово­локи вещества, обеспечивающие стабильность горения дуги, приводят к мини­мальному разбрызгиванию и набрызгиванию на свариваемые детали.

Самозащитная проволока — электродная проволока, содержащая веще­ства, которые защищают расплавленный металл от вредного воздействия воз­духа при сварке. Самозащитные проволоки содержат газообразующие и шлако­образующие вещества в достаточном количестве для сварки без дополнительной защиты газом.

Порошковая проволока — универсальный сварочный материал, пригодный для сварки сталей практически любого легирования и для наплавки слоев с осо­быми свойствами. Порошковую проволоку выпускают диаметром 1-3,2 мм. Для сварки во всех пространственных положениях используют в основном про­волоки малых диаметров (чаще диаметром 1,2 мм).

Применение порошковых проволок позволяет обеспечивать производитель­ность расплавления до 10-11 кг/ч, что выше, чем при сварке в углекислом газе сплошной проволокой (до 6-8 кг/ч), и выше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами (до 4 кг/ч).

ГОСТ 26271-84 дает классификацию, сортамент и технические требования на порошковую проволоку для сварки углеродистых и низколегированных ста­лей с временным сопротивлением до 900 МПа диаметром 1,2-6 мм.

По условиям применения сварочную порошковую проволоку подразделяют на газозащитную (ПГ), применяемую для сварки в углекислом газе или газо­вых смесях, и самозащитную (ПС) — для сварки без дополнительной защиты.

В соответствии с допустимыми пространственными положениями сварки и условиями формирования сварного шва проволоки подразделяют: для ниж­него (Н); нижнего и горизонтального на вертикальной плоскости (Г); нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального (В); для всех положений (У); горизонтального на вертикальной плоскости с принудительным формированием шва (ГП); вертикального с принудительным формированием шва (ВП) и всех положений с принудительным формированием шва (УП).

Стандарт приводит марки отечественных порошковых проволок и дает пример их условного обозначения. Например, проволока марки ПП-АН3 диа­метром 3,0 мм, самозащитная (ПС), по значению предела текучести наплавлен­ного металла типа 44, по химическому составу наплавленного металла кате­гории А, обеспечивающей ударную вязкость наплавленного металла не ниже 35 Дж/см2 при температуре -20°С (2), для сварки в нижнем положении (Н): ПП-АН3 3,0 ПС44-А2Н ГОСТ 26271-84.

Проволока порошковая наплавочная

Проволоки предназначены для наплавки поверхностных слоев для работы в условиях абразивного износа и износа от трения при больших удельных давлениях и повышенных температурах, а также в агрессивных сре­дах. ГОСТ 26101-84 «Проволока порошковая наплавочная» приводит марки отечественных проволок, их химический состав, твердость наплавленного ме­талла и типичные объекты (детали) наплавки.

В соответствии с ГОСТ 26101-84 различают проволоку, предназначенную для наплавки под флюсом (Ф), в защитном газе (Г), без дополнительной защи­ты — самозащитную (С) и универсальную (У) — для сварки под флюсом, в за­щитном газе и без дополнительной защиты.

По конструкции проволоки могут быть трубчатой стыковой (Т), трубчатой с нахлестом кромки (Н) и двухслойной (Д).

Условное обозначение наплавочной порошковой проволоки по стандарту, например, марки ПП-Нп-30Х5Г2СМ, трубчатой стыковой конструкции (Т), самозащитной (С), диаметром 2,6 мм: ПП-Нп-30Х5Г2СМ-Т-С 2,6 ГОСТ 26101-84.

Лента порошковая наплавочная.

Для дуговой механизированной наплавки поверхностных сло­ев с особыми свойствами применяют порошковые ленты (ПЛ), состоящие из металлической оболочки и порошка-наполнителя из легирующих материалов и флюса. В соответствии с ГОСТ 26467-85 выпускают ленты шириной 10-18 мм и толщиной 3 и 3,8 мм, предназначенные для наплавки под флюсом (Ф), или без дополнительной защиты (самозащитная порошковая лента) — С, или для наплавки под флюсом и без дополнительной защиты (универсальная порош­ковая лента) — У. Условное обозначение наплавочной порошковой ленты по стандарту, например, марки ПЛ-Нп-350Х25Н3С3 двухзамковой универсаль­ной: ПЛ-Нп-350Х25Н3С3-А-У ГОСТ 26467-85.

Порошковую ленту поставляют намотанную на кассеты.

Лента наплавочная спеченая.

Наплавочную ленту спеченную (ЛС) изготовляют спеканием порошкообразных компонентов, обеспечивая ей необходимые прочностные и пластические свойства. Ленты поставляют потребителям в рулонах и приме­няют преимущественно при автоматической наплавке под флюсом для наплав­ки износостойких и коррозионностойких слоев.

Прутки для наплавки.

Литые прутки для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания с ударными нагрузками, а также при повышенных температурах в условиях коррозии и эрозии, согласно ГОСТ 21449-75* «Прут­ки для наплавки», выпускают диаметром 4, 5, 6 и 8 мм длиной 300-500 мм

пяти марок: 3 на основе железа — Пр-С27 (тип ПрН-У45Х28Н2СВМ), Пр-С1 (тип ПрН-У30Х28Н4С3), Пр-С2 (тип ПрН-У20Х17Н2) и 2 на основе кобальта — ПрВ3К (тип ПрН-У10ХК63В5), Пр-В3К-Р ( тип ПрН-У20ХК57В10).

ГОСТ 16130-90 «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные» приводит марки прутковых материалов для наплавки контактов в электротехнических приборах, для наплавки деталей, подверженных кор­розии при работе в морской воде и в условиях, где необходимы коррозионная и износостойкость.

Выпускают прутки и из других металлов и сплавов длиной до 1000 мм для использования их в качестве дополнительного присадочного металла при руч­ных дуговых способах сварки неплавящимися электродами и газовой сварке.

Порошки для наплавки и напыления.

Порошки применяют для наплавки и напыления плазменным или газопламенным способом износостойкого слоя на детали машин и оборудо­вания, работающего в условиях воздействия абразивного изнашивания, кор­розии, эрозии при повышенных температурах или в агрессивных средах. В со­ответствии с ГОСТ 21448-75* выпускают порошки с разной величиной частиц: 1,25-0,8 мм — крупный (К); 0,8-0,4 мм — средний (С); 0,4-0,16 мм — мел­кий (М) и менее 0,16 мм — очень мелкий (ОМ). ГОСТом предусмотрено 8 марок порошков: ПГ-С27 ( тип ПН- У40Х28Н2С2ВМ), ПГ-С1 (тип ПН-У30Х28Н4С4), ПГ-УС25 (тип ПН-У50Х38Н), ПГ-ФБХ6-2 (тип ПН-У45Х35ГСР), ПГ- АН1 (тип ПН-У25Х30СР), ПГ-СР2 (тип ПН-ХН80С2Р2), ПГ-СР3 (тип ПН- ХН80С3Р3). Порошки поставляют в металлических банках массой до 50 кг.

Стали и их свариваемость.

Углеродистые стали.

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По на­значению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструк­ционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качест­ва и качественные.

Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

группа А — по механическим свойствам;

группа Б — по химическому составу;

группа В — по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают стали следующих марок:

группа А – Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4, Ст 5, Ст 6;

группа Б – БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСт 3, БСт 4, БСт 5, БСт 6;

группа В – ВСт 0, ВСт 1, ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет сле­дующее обозначение: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спо­койная. Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07 %, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь ха­рактеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей (серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алю­минием и кремнием и содержит кремния (Si) не менее 0,12 %; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали. Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев.

Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает проме­жуточное место между кипящей и спокойной сталью. Полуспокойные стали с номерами марок 1-5 выплавляют с нормальным и повышен­ным содержанием марганца, примерно до 1%. В последнем случае после номера марки ставят букву Г (например, БСтЗГпс).

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конс­трукций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мы­шьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степени раскисления выпускают с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ постав­ляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с су­ществующими стандартами. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03—0,04 %). Стали с со­держанием углерода до 0,20 % включительно могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали — только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр буквы «сп» не ставят. Углеродистые качественные стали для изготовле­ния конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации и закалки с отпуском.

Углеродистые стали в соответствии с существующими стандартами подразделяются на три подкласса: низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25 %; среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25—0,60 %) и высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60 %.

В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродис­тые стали.

В сварочном производстве очень важным является понятие о сва­риваемости различных металлов.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соедине­ния, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эк­сплуатацией изделия.

По свариваемости углеродистые стали условно подразделяются на четыре группы: I — хорошо сваривающиеся, с содержанием угле­рода до 0,25 %; II — удовлетворительно сваривающиеся, с содержани­ем углерода от 0,25 до 0,35 %, т. е. для получения качественных свар­ных соединений деталей из этих сталей необходимо строгое соблюде­ние режимов сварки, специальные присадочные материалы, опреде­ленные температурные условия, а в некоторых случаях — подогрев, термообработка; III — ограниченно сваривающиеся, с содержанием углерода от 0,35 до 0,45 %, для получения качественных сварных со­единений которых дополнительно необходим подогрев, предвари­тельная или последующая термообработка; IV — плохо сваривающи­еся, с содержанием углерода свыше 0,45 %, т. е. сварные швы склон­ны к образованию трещин, свойства сварных соединений понижен­ные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций.

Все низкоуглеродистые стали хорошо свариваются существующи­ми способами сварки плавлением. Обеспечение равнопрочности сварного соединения не вызывает затруднений. Швы имеют удовлетвори­тельную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако в сталях, со­держащих углерод по верхнему пределу, вероятность возникновения холодных трещин повышается, особенно с ростом скорости охлажде­ния (повышение толщины металла, сварка при отрицательных темпе­ратурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях пре­дупреждают появление трещин путем предварительного подогрева до 120-200 °С.

Легированные стали.

Сталь, содержащая один или несколько легирующих элементов, вводимых для придания изделию определенных физико-механичес­ких свойств, называется легированной. Содержание некоторых элемен­тов, когда они не являются легирующими, не должно превышать: кремния (Si) — 0,5 %; марганца (Мп) — 0,8%; хрома (Сг) 0,3 %; никеля (Ni) – 0,3 %; меди (Cu) – 0,3 %.

Легированные стали подразделяют на подклассы: низко-, средне- и высоколегированные. Низколегированная сталь — это сталь, легиро­ванная одним элементом при содержании его не более 2 % (по верхне­му пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержании 3,5 % (по верхнему пределу). Среднелегированная сталь — легирован­ная одним элементом, при содержании его не более 8 % (по верхнему пределу) или несколькими элементами при суммарном их содержа­нии, как правило, не более 12 % (по верхнему пределу).

Высоколегированная — это сталь с суммарным содержанием легирую­щих элементов не менее 10 % (по верхнему пределу), при содержании одного из них не менее 8 % (по нижнему пределу), при содержании железа более 45 %.

Маркировка всех легированных конструкционных сталей одно­типная. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы являются условным обозначением легирующих элементов, цифра после буквы обозначает содержание легирующего элемента в процентах, причем содержание, равное 1 % и меньше, не ставится, буква «А» в конце марки показывает, что сталь высококачественная и имеет пониженное содержание серы и фосфора.

Условное обозначение элементов химического состава в основном металле и электродной проволоке

Условное обозначение элементов химического состава в основном металле и электродной проволоке

Основными элементами, влияющими на свойства стали, являются углерод, марганец и кремний.

Углерод при повышении его содержания в стали ведет к повыше­нию прочности и твердости и уменьшению пластичности. Окисление углерода во время сварки вызывает появление большого количества газовых пор.

Марганец повышает ударную вязкость и хладноломкость стали, являясь хорошим раскислителем; способствует уменьшению содержа­ния кислорода в стали. При содержании марганца в стали более 1,5 % свариваемость ухудшается, так как увеличивается твердость стали, об­разуются закалочные структуры и могут появиться трещины.

Кремний вводится в сталь как раскислитель. При содержании кремния более 1 % свариваемость стали ухудшается, так как возника­ют тугоплавкие окислы, что ведет к появлению шлаковых включений. Сварной шов становится хрупким.

Хром при значительном содержании в стали снижает ее сваривае­мость вследствие образования тугоплавких окислов и закалочных структур.

Никель повышает прочность и пластичность шва и не ухудшает свариваемость.

Алюминий — активный раскислитель стали, повышает окалиностойкость.

Вольфрам повышает прочность и твердость при повышенных тем­пературах, ухудшает свариваемость, сильно окисляется.

Ванадий затрудняет сварку, сильно окисляется, требует введения в зону плавления активных раскислителей.

Медь улучшает свариваемость, повышая прочность, ударную вяз­кость и коррозионную стойкость сталей.

Сера приводит к образованию горячих трещин.

Фосфор вызывает при сварке появление холодных трещин.

Как правило, повышение уровня легирования и прочности стали приводит к ухудшению ее свариваемости. Первостепенная роль по вли­янию на свойства сталей принадлежит углероду. Доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. На этом основании о свариваемости легированных сталей можно судить по коэффициенту эквивалентности по углероду для различ­ных элементов.

Образование холодных трещин уменьшают путем выбора рацио­нального способа и технологии сварки, предварительного подогрева, снижения содержания водорода в сварном соединении, применения отпуска после сварки.

Элементами, обусловливающими возникновение горячих трещин, являются прежде всего сера, затем углерод, фосфор, кремний и др. Элементами, повышающими стойкость швов против трещин и ней­трализующими действие серы, являются марганец, кислород, титан, хром, ванадий.

Предупреждение образования горячих трещин может быть достиг­нуто путем уменьшения количества и сосредоточения швов, выбора оптимальной формы разделки кромок, устранения излишней жест­кости закреплений, предварительного подогрева, применения элект­родного металла с более низким содержанием углерода и кремния.

Низколегированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавлением. Получение при сварке равнопрочного сварного соединения, особенно термоупроченных сталей, вызывает некоторые трудности и требует определенных технологических приемов. В зонах, удаленных от высокотемпературной области, возникает холодная пластическая деформация. При наложении последующих слоев эти зоны становятся участками деформационного старения, приводяще­го к снижению пластических и повышению прочностных свойств металла и соответственно к возможному появлению холодных тре­щин. В сталях, содержащих углерод по верхнему пределу и повышен­ное количество марганца и хрома, вероятность образования холод­ных трещин увеличивается (особенно с ростом скорости охлажде­ния). Предварительный подогрев и последующая термообработка позволяют снимать остаточные сварочные напряжения и получать необходимые механические свойства сварных соединений из низко­легированных сталей.

По разрезаемости легированные стали делятся на аналогичные четыре группы с соответствующим значением показателя эквивалента углерода.

Сварные соединения и швы

Основные типы сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение дета­лей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречают­ся следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлес­точные, тавровые, угловые и торцовые (рис. 1).

Сварные соединения
Рис. 1. Сварные соединения.
а— стыковое; б — нахлесточное; в — торцовое; г — угловое; Д — тавровое

Стыковое — это сварное соединение двух элементов, примыкаю­щих друг к другу торцовыми поверхностями.

Нахлесточное — сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

Тавровое — сварное соединение, в котором торец одного элемен­та примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.

Угловое — сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Торцовое — сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.

Классификация и обозначение сварных швов

Сварной шов — это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением, или сочетания крис­таллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угло­выми. Стыковой — это сварной шов   60—120° стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений. Сварные швы подразделяются также по поло­жению в пространстве (в соответс­твии с существующими стандартами): нижнее — Н и в лодочку — Л, полугоризонтальные — Пг, горизонталь­ные — Г, полувертикальные — Пв, вертикальные — В, полупотолочные — Пп, потолочные — П (рис. 2).

Основные положения сварки и их обозначения
Рис. 2. Основные положения сварки и их обозначения.
1 — нижнее; 2 — вертикальное или гори­зонтальное на вертикальной повер­хности; 3 — потолочное

По протяженности швы различа­ют сплошные (непрерывные) и пре­рывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными (рис. 3, а).

Классификация сварных швов

Рис. 3. Классификация сварных швов.
а — по протяженности; б — по отношению к направле­нию действующих усилий

По отношению к направлению действующих усилий швы подраз­деляются на продольные, поперечные, комбинированные и косые (рис. 3, б).

По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выпол­нены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми (рис. 4). Соединения, образованные выпуклыми швами, лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лиш­нему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэко­номичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамичес­ких и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от ос­новного металла к сварному шву. В противном случае создается кон­центрация напряжений, от которых может начаться разрушение свар­ного соединения.

Классификация сварных швов по форме наружной поверхности
Рис. 4. Классификация сварных швов по форме наружной поверхности.

По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изде­лия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосред­ственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовле­нии ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают пневматическими бормашинками, специальными фрезами или пла­менем аргонодуговой горелки (выглаживание).

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обоз­начения швов сварных соединений, выполненных наиболее распростра­ненными способами сварки, регламентированы стандартами. В этих стан­дартах типы швов сварных соединений определяются видом сварного со­единения, формой подготовленных кромок и типом выполненного шва.

Независимо от способа сварки условно изображают видимый шов сплошной основной линией, а невидимый — штриховой линией.

В стандартах принято буквенно-цифровое условное обозначение швов сварных соединений. Буквенная часть указывает на вид сварного соединения: С — стыковое, У — угловое, Т — тавровое, Н — нахлесточ­ное. Цифры являются порядковым номером типа шва в данном конк­ретном стандарте.

Условные обозначения основных способов сварки следующие:

Р — ручная дуговая сварка (штучным электродом);

ЭЛ — электронно-лучевая сварка;

Ф — дуговая сварка под слоем флюса;

ПЛ — плазменная и микроплазменная сварка;

УП — сварка в активном газе (или смеси активного и инертного газов, плавящимся электродом);

ИП — сварка в инертном газе плавящимся электродом;

ИН — сварка в инертном газе неплавящимся электродом;

Г — газовая сварка.

Конструктивные элементы сварных соединений.

Форму разделки кро­мок и их сборку под сварку характеризуют три основ­ных конструктивных эле­мента: зазор, притупление кромок и угол скоса кром­ки (рис. 5).

Конструктивные элементы разделки кромок под сварку
Рис. 5. Конструктивные элементы разделки кромок под сварку.
а — угол разделки кромок; в —зазор; с — притупле­ние; р — угол скоса кромок; 1 — без разделки кромок; 2-е разделкой кромок одной детали; в — V-образная разделка; 4 — Х-образная разделка; 5 — U-образная разделка  

Тип и угол разделки кромок; определяют коли­чество необходимого элек­тродного металла для за­полнения разделки, а зна­чит, и производительность сварки. Х-образная разде­лка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6—1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечи­вает меньшую величину деформаций после сварки. При Х-образной и V-образной разделке кромки притупляют для правильного формиро­вания шва и предотвращения образования прожогов.

Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0—5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому противле­нию металла.

Основные геометрические параметры свар­ных швов
Рис. 6. Основные геометрические параметры свар­ных швов.
е — ширина; q — выпуклость; h — глубина провара; b — зазор; к — катет; S — толщина детали

Шов сварного соединения характеризу­ется основными конструктивными элемен­тами в соответствии со существующими стандартами (рис. 6).

Слесарные работы. Притирка.

Толщина слоя металла, снимаемого притиром за один про­ход, не превышает 0,002мм. Притирка производится, как правило, после работы напильником или шабером для окончательной от­делки поверхности обрабатываемого изделия и придания ему наи­большей точности. В частности, притирка применяется в тех случаях, когда требуется получить плотное или герметическое (не­проницаемое) соединение деталей кранов, клапанов и др., хорошо удерживающее жидкость и газы.

Точность притирки от 0,001 до 0,002мм или практически до полного совпадения поверхностей. Припуск на притирку оставля­ется в пределах 0,01-0,02мм. Притирка выполняется на плите. В качестве абразива применяют электрокорунд, наждак (окись алю­миния), карбид кремния, крокус (окись железа), окись хрома, вен­скую известь, трепел, толченое стекло, алмазную пыль, пасты ГОИ и другие материалы. Из смазывающих веществ наиболее часто употребляют машинное масло, керосин, бензин, толуол, спирт.

Чтобы произвести притирку детали, на притирочную плиту наносят тонким равномерным слоем смешанный с маслом абра­зивный порошок. Деталь кладут притираемой поверхностью на плиту и круговыми движениями перемещают ее по всей плите до получения матового или глянцевого (блестящего) вида поверхно­сти.

В качестве притиров применяют вращающиеся диски, ци­линдры, конусы, плиты, бруски, пластины, трубы, кольца и специ­альные фасонные притиры. Материал притиров должен быть мяг­че материала обрабатываемого изделия, чтобы в поверхность при­тира вдавливались зерна шлифующего порошка. Притиры изготовливают из чугуна, мягкой стали, красной меди, латуни, свинца, твердого дерева. Наиболее часто пользуются притирами из чугуна, красной меди и латуни. Свинец и дерево употребляют лишь для наведения блеска после того, как притиркой изделию приданы окончательные размеры.

Перед притиркой поверхности притиров покрывают абра­зивным порошком, зерна которого вдавливают в поверхность при­тиров сильным нажимом стального закаленного бруска или вали­ка. Этот процесс называется шаржированием притира.

Из притирочных веществ наиболее твердым является алмаз­ный порошок; им притирают твердые закаленные изделия. Однако алмазный порошок слишком дорого, поэтому его употребляют редко. Следующий по твердости идет карборунд, за ним – корунд, наждак и крокус; более часто применяют наждак.

Притирочные порошки сортируют по величине зерен. Это производится двумя способами. Первый способ – просеивание че­рез сито, имеющее от 80 до 220 отверстий на 1 пог. дюйм (по чис­лу отверстий устанавливается номер порошка). Второй способ – отмачивание, при котором порошок пропускают через сосуд высотой 1м, наполненный водой; наиболее крупные и тяжелые зерна быстро оседают на дно, мелкие же зерна оседают медленнее и не­которое время плавают в жидкости. Такие порошки названы ми­нутками – по числу минут, необходимых на прохождение зерен разной крупности через столб воды. Порошки из зерен, получен­ных отмачиванием, сортируют так: №1 – 5-минутный, №2 – 10­минутный, №3 – 15-минутный, №4 – 30-минутный, №5 – 60­минутный, №6 – 120-минутный и №7 – 180-минутный.

Абразивные порошки и паста обладают различной прити­рочной способностью.

Эту способность принято обозначать толщиной слоя в мик­ронах, снимаемого с закаленной стальной пластинки после 100 движений притира вручную с нажимом средней силы, при прой­денном притиром пути 40м.

Абразивные порошки имеют следующую притирочную спо­собность: №1 – 24 микрона, №2 – 20, №3 – 14, №4 – 10 и т.д. Для обычных слесарных работ употребляют порошки первых пяти но­меров; порошки №6 и №7 чаще всего применяют для притирки ле­кал, шаблонов, мерительных плиток. Их называют микрошлиф по­рошками, обозначают буквой М (микро) и цифрой, показывающей размер зерна в микронах.

С большим успехом применяется паста ГОИ, выпускаемая заводами в виде кусков цилиндрической формы или в пластинках. Подразделяется паста на грубую, среднюю и тонкую. О составе пасты ГОИ дает представление таблица:

Состав пасты ГОИ

Каждый сорт пасты имеет свое назначение. Грубую пасту применяют для снятия металла, измеряемого десятыми долями миллиметра, например, для удаления следов обработки строгани­ем, шлифованием, опиливанием, грубым шабрением, эта паста да­ет матовую поверхность. Среднюю пасту, которой снимают слой, измеряемый сотыми и тысячными долями миллиметра, употреб­ляют для получения полузеркальной блестящей поверхности после ее обработки грубой пастой. Тонкая паста применяется главным образом для придания поверхности зеркального блеска (декора­тивное полирование).

Различные притиры требуют различных видов смазки. Для притиров из чугуна в качестве смазки нужен керосин или бензин, для притиров из мягкой стали – машинное масло, для медных при­тиров – машинное масло, спирт и содовая вода; при особенно вы­соких требованиях к качеству стальной поверхности применяют венскую известь, разведенную в спирте, или крокус в вазелине. Притирку алюминия производят трепелом, разведенным в толуоле со стеариновой кислотой или в деревянном масле.

При притирке медных сплавов в качестве смазывающей жидкости употребляют смесь машинного масла и животного жира. Выбранную жидкость смешивают с абразивными порошками и смесь тщательно растирают.

Притирку можно вести и всухую, но тогда изделие получает не совсем гладкую поверхность; кроме того, процесс обработки замедляется вследствие быстрого затупления зерен шлифующего порошка. Вдобавок притираемое изделие быстро нагревается, что грозит потерей точности. Все эти явления делают употребление смазки при притирке обязательным.

Притирка плоских поверхностей. Притирка чаще всего про­изводится на неподвижных притирочных плитах, размеры которых зависят от формы и величины притираемых изделий. Притирка подразделяется на предварительную и окончательную. Предвари­тельную притирку делают на плите с канавками (рис. 1,а), окон­чательную – на плитах с гладкой поверхностью (рис. 1,б).

Притирочные плиты
Рис. 1. Притирочные плиты.
а – с канавками для грубой притирки, б – для чистовой притирки

Притирка на плитах дает очень точные результаты, поэтому на них притирают детали, требующие наивысшей точности, на­пример лекальные линейки, шаблоны, калибры, плитки (рис. 2).

Рис. 2. Приемы притирки плоских плиток.
а — притирка поверочной плитки, б — притирка широкой плоскости мерительной плитки, в — притирка узкой стороны ме­рительной плитки

Перед началом притирки рабочую поверхность притирочной плиты смачивают керосином и насухо вытирают. Затем на нее на­носят тонким слоем абразивный порошок в виде полужидкой мас­сы или пасты.

Обрабатываемое изделие кладут притираемой поверхностью на плиту и круговыми движениями в сочетании с прямыми пере­мещают его по всей поверхности плиты. Нажим на изделие дол­жен быть равномерным и несильным, работать надо осторожно, чтобы избежать сильного нагрева изделий, который может привес­ти к короблению или изменению размеров. Если изделие нагре­лось, притирку приостанавливают и дают изделию охладиться.

Притирку узких поверхностей ведут при помощи металличе­ского бруска. Брусок прижимают к детали сбоку и вместе с ней перемещают по притиру. Абразивный порошок или паста сраба­тываются после 10-12 движений притираемой поверхности по од­ному и тому же месту плиты. Сделав указанное количество дви­жений, абразивную массу удаляют с поверхности плиты чистой тряпкой и наносят свежий слой. Притирка со сменой слоя абра­зивной массы повторяется несколько раз, пока обрабатываемая поверхность не получит надлежащего вида.

Окончательная притирка для придания поверхности блеска производится на одном масле с прибавлением остатков абразивно­го порошка от предварительной притирки.

Слесарные работы. Шабрение.

Шабрение производится, как правило, после работы резцом, напильни­ком для придания лучшей отделки, более точных размеров. Шаб­рением можно обеспечить точность обработки до 0,005 – 0,01мм. Качество шабрения определяется по числу точек соприкосновения сопрягаемых поверхностей, считается плотным, если количество точек соприкосновения на участке 25х25мм2 будет не менее трех (для герметичных соединений не менее пяти). Для проверки коли­чества точек на шабруемой поверхности пользуются специальной проверочной рамкой.

Для шабрения плоскостей употребляют односторонние и двухсторонние шаберы с прямолинейной или криволинейной ре­жущей кромкой (рис. 1). Режущую часть шабера для обдирочных работ делают наклонной, а для чистовых работ под прямым углом. Режущими кромками плоских шаберов являются торцевые ребра.

Шаберы
Рис. 1. Шаберы.
а – плоские односторонние, б – плоские двухсторонние, в – рабочие концы шаберов, г – вставные шаберы, д – трёхгранные шаберы

Шаберы изготовляют из углеродистой инструментальной стали марок У10 – У12 с закалкой рабочей части. Часто шаберы делают из старых плоских напильников, стачивая насечки на их концах для образования режущей части. Длина плоских шаберов: односторонних 200-300мм, двухсторонних 200-400мм. Ширина шаберов: для грубого шабрения 20-30мм, точного 15-20мм, самого точного (мелкого) 5-12мм. Толщина конца режущей части 2-4мм. Угол заострения плоских шаберов равен 900.

Для шабрения внутренних поверхностей применяют трех­гранные шаберы с углом заострения 600; они имеют на гранях продольные канавки (желобки) для удобства заточки. Рабочее движение шаберами для обработки внутренних поверхностей боковое – вправо- влево.

Кроме режущего инструмента, при шабрении употребляют проверочные инструменты. К ним относятся проверочная плита, плоская проверочная линейка, трехгранные (угловые) линейки, уг­ловая призма, угловая плита. Неровности становятся видимыми на обрабатываемой поверхности после ее наложения на окрашенный проверочный инструмент или наоборот, после наложения окрашенного проверочного инструмента на обрабатываемую поверх­ность.

При шабрении работа ведется по краске, наносимой на про­верочную плиту. Лучшими красками являются железный сурик, берлинская лазурь, индиго и голландская сажа. Перед употребле­нием краску растирают в мельчайший порошок и разводят на ма­шинном масле. Краска не должна быть чересчур жидкой, и в ней нельзя оставлять сухих крупинок. Наносят краску тампоном рав­номерным слоем на поверхности.

Заточка и заправка шаберов (рис. 2). Предварительная за­точка шаберов производится на заточных станках; после этого ша­беры заправляют на абразивных брусках или оселках зернисто­стью 90 и выше. Поверхность бруска смазывают тонким слоем машинного масла. Установив шабер на брусок торцевой частью, сообщают ему движение вдоль торца, слегка покачивая брусок с целью получения криволинейной режущей кромки. После заправ­ки торца правят широкие плоскости шабера, двигая его вдоль ре­жущей кромки.

Заточка и заправка шаберов
Рис. 2. Заточка и заправка шаберов.

Для особо точных работ шабер сначала заправляют на кар­борундовых брусках с мелким зерном, а затем на чугунных плитках с применением очень мелкого наждачного порошка и масла. При такой заправке шаберы дают хорошую гладкую поверхность. Заправлять шабер надо не менее четырех-пяти раз за 8 часов рабо­ты.

Подготовка поверхности к шабрению. В зависимости от со­стояния поверхности, подлежащей шабрению (степень ее изно­шенности, наличие или отсутствие царапин или забоин), выбирают тот или иной способ предварительной обработки под шабрение.

Если износ (выработка) поверхности достигает 0,5-1мм на длине 1000мм, то предварительную обработку производят на стро­гальных, фрезерных или шлифовальных станках. Иногда, при не­больших поверхностях, предварительная обработка выполняется опиливанием напильниками (драчевыми и личными) «под краску», т.е. с проверкой обрабатываемой поверхности окрашенными проверочным инструментом.

Поверхность считается подготовленной к шабрению, если при наложении на нее лекальной линейки образуется ровный про­свет не более 0,05мм. После опиливания снимают личным напиль­ником небольшие фаски на острых ребрах детали и приступают к шабрению. Легкие детали для шабрения зажимают в тисках или ставят на верстак; более тяжелые устанавливают на козлах; очень тяжелые детали (например, станины) шабрят на месте.

Шабрение поверхности (например, плоскости чугунной плитки) производят следующим образом. Сначала тщательно на­сухо протирают тряпками или концами рабочую поверхность про­верочной плиты, затем наносят на нее тонкий и ровный слой крас­ки. После этого поверхность плитки, подлежащей шабрению, тща­тельно насухо вытирают чистой тряпкой, накладывают плитку на поверхность проверочной плиты и передвигают ее вкруговую два- три раза с легким нажимом. Окрашенную таким образом плитку зажимают в тисках и шабером соскабливают окрашенные места.

Шабрение плоских поверхностей производится плоскими шаберами с криволинейными режущими кромками; края этих по­верхностей обрабатывают шабером с прямыми режущими кром­ками. Такой шабер можно выводить немного (не больше 1/4 его ширины) за края шабруемой поверхности, не опасаясь, что он соскочит с детали и завалит ее края.

При шабрении двигают шабер вперед и назад. При рабочем движении (вперед) шабер снимает слой металла толщиной 0,01­-0,02мм, обратное его движение является холостым, т.е. не сопро­вождается снятием металла.