Сварка низколегированных сталей: свойства, особенности и технология
К типичным маркам относятся 15ХГС, 25ХГ2С, 10Г2СД, 14ХГСН, 10ХСНД и др. По комплексу механических характеристик они значительно превосходят углеродистые стали. Используются в строительных конструкциях, вагоностроении, двигателестроении, а также при изготовлении труб для установок подготовки нефти и газа.
За счёт легирующих элементов достигаются повышенные прочность и пластичность, что позволяет снижать массу конструкций до 20–25% без потери несущей способности. Для транспортной отрасли это критично, так как сниженный вес конструкции обеспечивает рост полезной нагрузки.
Недостатки: повышенная чувствительность к концентраторам напряжений, более низкая усталостная прочность сварных узлов по сравнению с лабораторными образцами, склонность к образованию закалочных структур при сварке.
Подготовка и особенности сварки
Перед сваркой необходимо очистить кромки от окалины, ржавчины, влаги и прочих загрязнений. При необходимости выполняют прогрев до 110–120 °С газовой горелкой. Для снижения риска образования твёрдых структур применяют:
- многопроходные швы одинакового сечения;
- метод «отжигающего валика» без соприкосновения с основным металлом;
- предварительный подогрев изделий до 100–350 °С;
- термообработку после сварки при толщине более 15 мм (высокотемпературный отпуск 550–650 °С).
Особенности сварки отдельных марок
- 15ХСНД, 15ХГСА и аналогичные марки склонны к закалке. Рекомендуется многослойная сварка с выдержкой между проходами. Для металла толщиной ≥2 мм используют электроды УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, К5 на постоянном токе обратной полярности.
- Хромокремнемарганцовистые стали (15ХГСА, 25ХГС, 30ХГС, 35ХГС) требуют использования электродов Св-20ХГСА, Св-20ХМА, Св-30ХГСА или проволоки Св-08А. Применяются электроды с покрытиями ВИАМ-25, ВИАМ-100, ЦЛ-18, ЦЛ-19, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, а также аустенитовые (ВИАМ-НЖ-1, УОНИ-13/нж).
Характерные особенности этой группы сталей при сварке:
- рост зерна в околошовной зоне при перегреве;
- склонность к подкалке при высоких скоростях охлаждения;
- более низкая стойкость к горячим трещинам;
- повышенная чувствительность к концентраторам напряжений и тепловым ожогам.
Дуговая сварка низколегированных сталей
Режимы ручной дуговой сварки (нижнее положение)
При вертикальных и потолочных швах силу тока уменьшают на 10–20%, диаметр электрода ограничивают 4 мм. Для конструкционных сталей используют электроды с фтористокальциевым покрытием.
Автоматическая сварка под флюсом
Для низколегированных сталей применяют защитно-легирующие флюсы совместно с проволокой соответствующего состава. Используются флюсы АН-348А, АН-15, АН-22, АН-42. Проволока — Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ХМ, Св-08ХМФА, Св-10НМА.
Флюсы с пониженным содержанием MnO и SiO₂ снижают загрязнение металла шлаковыми включениями. Так, при сварке проволокой Св-08ХМФА под флюсом АН-348А содержание включений в шве — 0,092%, под флюсом АН-22 — 0,032%.
Высокопрочные низколегированные стали успешно сваривают с применением флюсов АН-17 и АН-17М в сочетании с проволоками Св-08ХН2М, Св-08ХМФА. Эти флюсы содержат CaF₂ и CaO, что улучшает металлургию ванны и снижает концентрацию серы, фосфора и водорода.
Сварка в защитных газах
Наиболее часто используется углекислый газ. Применяется проволока Ø1,2–2,0 мм марок Св-08Г2С, Св-10Г2. Для сталей 09Г2, 10Г2СД, 14ХГС, 15ХСНД предпочтительна проволока Св-08Г2С. Для повышения коррозионной стойкости в морской воде — Св-08ХГ2С.
Порошковые проволоки (ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН4, ПП-АН9) обеспечивают улучшенные механические свойства при отрицательных температурах и повышают производительность.
Электрошлаковая сварка
Для сталей любой толщины применяют проволоку Св-10Г2 под флюсом АН-8 или АН-22. Для сталей 09Г2С, 16ГС, 14ГС, 15ХСНД — проволоки Св-08ГС, Св-10Г2. Проволока Св-08ГА не обеспечивает достаточной прочности металла шва.
После сварки назначают термообработку:
- нормализация — для сталей, склонных к росту зерна;
- отпуск при 650 °С — для остальных низколегированных сталей.
Низколегированные стали обеспечивают оптимальное сочетание прочности и технологичности, но требуют строгого соблюдения режимов сварки и правильного выбора присадочных материалов. Наиболее результативные методы — дуговая, автоматическая под флюсом, сварка в защитных газах и электрошлаковая. Для предотвращения трещинообразования и образования закалочных структур применяются предварительный подогрев, многопроходная техника и термообработка.