Сварка среднеуглеродистых сталей. Характеристика сталей, особенности сварки плавлением.

Углеродистыми конструкционными сталями называют ста­ли, содержащие в качестве основного легирующего элемента уг­лерод в количестве 0, 06-0, 65%. В сталях постоянно присутству­ют также марганец (0, 25-1, 1%) и кремний (до 0, 37%). В малых количествах могут находиться алюминий и титан, медь, хром и другие попадающие при выплавке с шихтой элементы. По струк­турному состоянию стали относят к перлитному классу.

По степени раскисленности углеродистые стали классифици­руют па кипящие (КП), полуспокойные (ПС) и спокойные (СП). Кипящая, недостаточно раскисленная сталь, содержащая не более 0.05 -0, 07% кремния, характеризуется крайне неравномерным рас­пределением примесей, особенно серы и фосфора, и повышенной склонностью к старению (распаду пересыщенного твердого рас­твора азота и углерода в железе) при нагреве. Спокойная сталь, получаемая при раскислении кремнием, марганцем, алюминием и титаном и содержащая не менее 0, 15-0, 17% кремния, отличается более равномерным распределением в ней серы и фосфора и зна­чительно меньшей склонностью к старению. Полуспокойная сталь, содержащая от 0, 05 до 0, 17% кремния, занимает промежу­точное положение между кипящей и спокойной сталями и сохраняет определенную склонность к старению.

Углеродистые стали подразделяют также по качественному признаку. Они бывают обыкновенного качества и качественными. Последние являются спокойными сталями и содержат понижен­ное количество кислорода, серы и фосфора.

Особенности сварки плавлением углеродистых сталей обуслов­лены, главным образом, степенью раскисления и количеством нахо­дящегося в них углерода. Не полностью раскисленные кипящие стали, имеющие участки с повышенным содержанием серы и фос­фора, чувствительны к образованию горячих трещин в металле шва и зоне термическою влияния. Склонность этих сталей к старению способна вызывать при сварочном нагреве выпадение нитридов и карбидов железа в зоне термического влияния, что значительно снижает пластичность и вязкость сварного соединения. В связи с этим кипящие стали в сварных конструкциях стараются не исполь­зовать, в основном применяют полуспокойные и спокойные стали.

Находящийся в сталях углерод в количестве более 0, 22-0, 25% оказывает заметное негативное влияние на склон­ность сталей к образованию горячих и холодных трещин. Сниже­ние стойкости против образования горячих трещин связано в ос­новном с тем, что углерод усиливает вредное действие серы на деформационные характеристики металла, а сни­жение стойкости против образования холодных трещин — с по­вышением чувствительности сталей к появлению при сварке хрупких закалочных структур. С увеличением концентрации уг­лерода эта чувствительность резко возрастает. В большинстве случаев горячие трещины образуются в металле шва, холодные - в зоне термического влияния.

Среднеуглеродистые стали отличаются от низкоуглеродистых более высоким содержанием углерода и марганца. В промышлен­ности при изготовлении конструкций с помощью сварки плавле­нием в основном применяют стали марок 35 и 40 с содержанием углерода до 0, 45%. Повышенная концентрация уг­лерода предопределяет значительные трудности ручной дуговой сварки этих сталей, связанные с высокой склонностью к образо­ванию горячих и холодных трещин в металле шва и в зоне тер­мического влияния. С целью предупреждения образования горячих трещин необходимо прежде всего уменьшить содержание углерода в металле шва. Это может быть достигнуто снижением доли основного ме­талла в металле шва, поскольку содержание углерода в самом на­плавленном электродном металле не превышает 0.10-0, 12%. Для предупреждения появления холодных трещин в первую очередь следует уменьшить склонность стали к образованию малоплас­тичных закалочных структур снижением до требуемого уровня скорости охлаждения металла при сварке.