Все, что нужно знать о свариваемости сталей

Свариваемость сталей — показатель, влияющий на их способность к соединению при помощи образования шва специальными аппаратами. Все сплавы делятся на группы — у вариантов с маркировкой 20 и 35 они будут разными. Разобраться в том, какие стали обладают высокой свариваемостью, понять, улучшается ли она при высоком содержании углерода, поможет подробный обзор.

Свариваемость сталей — это свойство металлов и сплавов, позволяющее обеспечивать их соединение без потери качества. Некоторые из них сохраняют свои характеристики. Другие снижают или улучшают имеющиеся показатели. На свариваемость может влиять наличие легирующих компонентов. Среди других факторов можно выделить:

• наличие и количество загрязняющих примесей;
• условия, в которых выполняется сварка;
• толщину заготовки;
• процентное соотношение углерода с другими компонентами.

Оценка свариваемости стали регламентируется требованиями ГОСТ 2601. Разные виды и марки сплавов имеют свои особенности. Некоторые из них обладают высокой свариваемостью. У других она намного хуже. Разобраться в принадлежности сталей к определенным группам поможет обзор классификации.

К этой группе относятся стали с содержанием углерода в пределах 0,25%. Подходит любой режим сварки, отсутствуют ограничения по плотности и размерам детали, температурному режиму. Сплавы могут быть углеродистыми или легированными другими компонентами. К группе с хорошей свариваемостью относят марки сталей:

• Ст3;
• 20;
• 08;
• 10;
• 25;
• ВСт-1;
• 15Г, 20Г;
• 15Х, 20Х.

А также в эту группу включены сплавы 10ХСНД, 15ХСНД, 10ГСНД и другие легированные марки.

Сварка сталей с такими показателями проводится исключительно в благоприятных для этого условиях. Важно, чтобы была безветренная погода, допускается температура окружающей среды от +5 градусов по Цельсию. Содержание углерода в таких сталях варьируется от 0,25 до 0,35%. Есть и ограничения по толщине заготовки — до 20 мм.

Среди углеродистых сталей к этой группе относят марки 30 и 35, а также ВСт5. Легированные разновидности:

• 25ХГСА;
• 12ХН2;
• 30ХМ;
• 12ХН3А;
• 30Х;
• 20ХН.

К этой группе относят стали с повышенным до 0,35-0,45% содержанием углерода. Для их соединения подходят не все режимы, их перечень строго регламентируется. Обязательно используется предварительный или сопутствующий прогрев детали до +250 градусов по Цельсию.

К группе ограниченно свариваемых сталей относят их углеродистые разновидности 40 и 45, а также марку ВСт6. Перечень легированных гораздо шире. Сюда входят марки:

• 35Г, 40Г, 45Г;
• 35Х, 40Х, 45Х;
• 40Г2;
• 20Х2Н4МА;
• 40ХМФА;
• 35ХМ;
• 30ХГСА.

Такие сплавы отличаются содержанием углерода более 0,45%. Их сваривают в строго определенных режимах, с обязательным нагревом. Производится постобработка изделий. Соединению они поддаются слабо. Среди углеродистых сталей к этой группе относятся марки:

• 50;
• 55;
• 60;
• 65;
• 70;
• 75;
• 80;
• 85.

Среди легированных сплавов плохой свариваемостью отличаются 50Г, 50Ч, 6ХС, 45ХН3МФА.

Определение свариваемости углеродистой или легированной стали строится на основании точного расчета. Исследуется не только химический состав сплава. Рассчитать и определить показатели свариваемости помогает использование специальной формулы.

Если в углеродистых сталях количество примесей минимально, влияние элементов, используемых для их легирования, всегда более значительно. Абсолютно во всех сталях содержатся так называемые загрязняющие компоненты. Сюда входит сера, в концентрации до 0,06% не влияющая на свариваемость металла, но при превышении этого показателя приводящая к горячему растрескиванию. Фосфор в объеме свыше 0,08% приводит к образованию аналогичного дефекта в холодном состоянии.

Среди легирующих примесей влияние на свариваемость сталей оказывают следующие компоненты.

• Медь. Медь в составе положительно влияет на способность металла к образованию сварного соединения. Такая добавка обеспечивает упрочняющее действие, способствует улучшению вязкости, пластичности сплава, его коррозионной стойкости.
• Азот. С его помощью понижается температура сварочной ванны. В металле под таким влиянием активно вырабатываются соединения нитрида железа, делающие сплав тверже. Одновременно с этим снижается способность материала к сварке.
• Титан, Ниобий. Включение в состав стали титана и ниобия помогает добиться улучшения свариваемости заготовок, уменьшает негативное влияние других легирующих добавок.
• Вольфрам. Этот металл обладает способностью к сильному окислению. Свариваемость сталей с такой добавкой ухудшается.
• Никель. Наличие никеля в сплавах благотворно влияет на их пластичность, прочностные характеристики. Доля этого компонента варьируется от 5 до 35%.
• Хром. Содержание хрома в объеме до 0,25% не ухудшает свариваемость стали, но по достижении показателя в 1,1% влияние уже считается негативным. Понижается химическая стойкость сплава, в нем появляются тугоплавкие окислы, а области с повышенным содержанием карбидов становятся неустойчивыми к коррозии.
• Молибден. Его включают для повышения пластичности металла, используют как укрепляющую добавку. При этом молибден может негативно влиять на качество самого сварного шва, увеличивать риски образования дефектов в нем.
• Кремний. Он не является обязательным компонентом, но служит хорошим раскислителем. Чем меньше содержание этой добавки, тем выше качество сварки. При достижении концентрации до 1,5% кремний приводит к интенсивному образованию тугоплавких окислов, а вместе с ними и шлака.
• Марганец. В объеме до 1% негативного влияния на свариваемость металла не возникает. В более высокой концентрации марганец способен вызывать растрескивание материала, способствует формированию зон термического влияния.
• Ванадий. Этот компонент благотворно влияет на общие характеристики сплава, способствует улучшению его пластичности и вязкости. Влияет ванадий и на прокаливаемость стали.

При пониженном содержании углерода свариваемость сталей улучшается, его рост приводит к возникновению сложностей с формированием шва. Влияет количество этого компонента и на другие параметры сплава. Существует формула, рассчитывающая эквивалент содержания углерода, включающая все легирующие компоненты. С ее помощью можно предварительно оценить свариваемость сплава. Условный пример такой формулы выглядит как: эквивалентное C (Сэкв) =C (углерод) + (Mn/6) + ((Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15).

Пропорции легирующих компонентов могут меняться, но величины, используемые при делении, постоянны. Содержание углерода напрямую влияет на то, насколько пластичным будет металл. Чем большее количество углерода входит в сплав, тем хуже он поддается сварке. Обусловлено это влиянием процесса окисления, вызывающего интенсивное образование газовых пор. Соединительный шов получается непрочным, быстро разрушается.

Влияние свариваемости стали на возможности ее последующей обработки также значительно. У сплавов с плохой податливостью к образованию шва способность к ней минимальна. При механическом контакте в свариваемой области могут образовываться трещины. Такие материалы не годятся для использования на ответственных участках, под интенсивными нагрузками. Ограниченно свариваемые стали с трудом поддаются обработке.

Эта группа материалов требует тщательного подбора оборудования, заметно ограничивает выбор способов воздействия. Сам процесс требует использования подходящей среды, высокого мастерства специалиста.