Ст3пс

Ст6сп
Ст4сп

Ст6пс
Ст6сп

08кп
08пс

08; 15; 08кп

08X1 8Н10 08Х18Н10Т 12Х18Н9Т
12Х18Н10Т

К группе 1 относят стали, сварка которых может быть выполнена без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Но применение термообработки, не исключается для снятия внутренних напряжений. Хорошей свариваемостью обладают стали Ст1 – Ст4 по ГОСТ 380-94; стали 08; 10: 15; 20; 25 по ГОСТ 1050-2013; стали 15Л; 20Л по ГОСТ 977-88, стали 15Г; 20Г; 15Х; 20Х; 20ХГСА; 12ХН2 по ГОСТ 4543-71. Стали 12Х18Н9Т; 08Х18Н10; 20Х23Н18 по ГОСТ 5632-72

К группе 2 относят преимущественно стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещины не образуются, а также стали, которые для предотвращения трещин нуждаются в предварительном нагреве, стали, которые необходимо подвергать предварительной и последующей термообработке. Удовлетворительной свариваемостью обладают стали Ст5пс. Ст5сп по ГОСТ 380-94. стали 30; 35 по ГОСТ 1050-2013; стали З0Л; 35Л по ГОСТ 977-88; стали 20ХНЗА; 12Х2Н4А по ГОСТ 4543-71.

К группе 3 относят стали, склонные к образованию трещин в обычных условиях сварки. Их предварительно подвергают термообработке и подогревают. Большинство сталей этой группы термически обрабатывают и после сварки. Ограниченной свариваемостью обладают стали Ст6пс. Ст6сп по ГОСТ 380-94; стали 40; 45; 50 по ГОСТ 1050-2013; стали 30ХМ; 30ХГС; ЗЗХС; 20Х2Н4А по ГОСТ 4543-71; стали 17Х18Н9; 12Х18Н9 по ГОСТ 5632-72.

К группе 4 относят стали, наиболее трудно сваривающиеся и склонные к образованию трещин. Сваривают обязательно с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки и последующей термообработкой. Плохой свариваемостью обладают стали 40Г; 45Г; 50Г; 50Х по ГОСТ 4543-71. сталь 55Л по ГОСТ 977-88; стали У7; У8; У8А; У8Г; У9; У10; У11; У12 по ГОСТ 1435-90; стали 65; 75; 85; 60Г; 65Г; 70Г; 50ХГ; 50ХГА; 55С2; 55С2А; 60С2; 60С2А по ГОСТ 14959-79; стали Х12; XI2M; 7X3; 8X3. ХВГ; ХВ4; 5ХГМ; 6ХВГ по ГОСТ 5950-73.

Марка стали

Свариваемость

Технологические особенности сварки

Сталь 10, Сталь 20, 15ГС

Хорошая

Присадок Св-08Г2С, Св-08ГС

Зачистка кромок до металлического блеска

12МХ, 15ХМ

Присадок Св-08НХ, Св-08ХМ

15Г2С

Удовлетворительная

Присадок Св-08Г2С, Св-08ГС

12X1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2М1, 12Х2МФСР, 12Х2МФБ

Присадок Св-08ХМФА, Св-08ХГСМФА

Высота прихваток, мм

2-3

3-4

Толщина кромок свариваемых изделий, мм

до 10

св. 10

Подготовка кромок и вид сварного соединения (1-6 – очередность проходов)

Размер, мм

Сварочный ток, А

Диаметр электрода, мм

Диаметр присадки, мм

Расход аргона, л/мин

Число проходов

s

b

с

0,8
1
2

0,2
0,5
0,5

–
–
–

70
80
110

2
2
3

1,6
1,6
1,6

8-10
8-10
8-10

1
1
1

2

0,5

110

3

1,6

8-10

1

4

2

1

120

3,5

2

10-12

2

Марка стали

Заменитель

Свариваемость

Ст 0

–

Сваривается без каких либо ограничений

Ст2пс

Ст2сп

Ограничений в сварке нет. При работах с продуктами толще 36 миллиметров, необходим подогрев и термообработка.

Ст2кп

Ст2пс

Ст2сп

Ст3кп

СТ3пс

Ст3пс

Ст3сп

Ст3сп

Ст3пс

Ст3Гпс

Ст3пс

Ст18Гпс

Ст4кп

нет

Ст4пс

Ст4сп

Сваривается ограниченно.

Ст5пс

Ст6сп

Сваривается ограниченно. Рекомендовано произведение подогрева и термообработки.

Ст5сп

  Ст4сп

Ст6пс

Ст6сп

Ст5сп

Марка стали

Заменитель

Свариваемость

08

Ст10

Сваривается без ограничений, кроме изделий после химической и термической обработки.

08кп

Ст08

08пс

Ст10

Ст08

15, 08кп

Ст10кп

Ст08кп, 15кп, 10

Ст10пс

Ст15

Ст10

Ст20

Ст15кп

Ст10кп

Сваривается без ограничений.

Ст15пс

Ст15кп.

Ст18кп

Ст20

Ст15

Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.

Ст20

Ст20кп

Ст15кп

Ст20пс

Ст25

Ст20, 30

Ст30

Ст25, 35

Ст 35

Ст30, 40

Ст35Г

Ст40

Ст35, 45

Ст40Г

Ст45

Ст40Х, 50

Ст50Г

Ст50

Ст45

Трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Ст50Г

50Г2

Ст55

Ст55

Ст50, 60

Не применяется для сварных конструкций

Ст50Г

Ст60

СТ55

Ст65Г

*ГОСТ 1055-88 содержит и другие марки стали

Марка стали

Заменитель

Свариваемость

Ст15Х

Ст20Х

Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.

Ст20Х

Ст15Х

20ХН,

18ХГТ

Ст30Х

Ст35Х

Ограниченно свариваемая.

Ст35Х

Ст40Х

Ст38ХА

Ст40Х

Трудно свариваемая.

Ст40Х

Ст45Х

Трудно свариваемая. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Ст38ХА

Ст40ХС

Ст45Х

Ст40Х, 50Х

Ст50Х

Ст40Х,45Х

Ст50ХН

Критерии оценки обрабатываемости стали

Описание

Стойкость инструмента

Стойкость инструмента описывает, как долго служит инструмент, и является полезным параметром для оценки обрабатываемости стали.Однако это также зависит от других факторов, таких как скорость резания, материал режущего инструмента, геометрия режущего инструмента, геометрия реза и состояние станка. Более легко обрабатываемая сталь – это сталь, которая обеспечивает более длительный срок службы инструмента при заданной скорости резания.

Сила резания

Стали, требующие более высоких усилий резания для обработки в определенных условиях, менее поддаются обработке.

Обработка поверхности

Качество обрезанной кромки также можно использовать для определения обрабатываемости металла.Стали с высокой способностью к деформационному упрочнению имеют тенденцию к образованию наростов на кромках во время резки, что приводит к плохой чистоте поверхности. Холоднодеформированные стали не имеют склонности к образованию наростов на кромках, поэтому их лучше обрабатывать.

Тип

Свариваемость

Заявка

Низкоуглеродистая сталь

Содержит менее 0,3 мас.% Углерода и 0,4 мас.% Марганца. Также демонстрирует хорошую свариваемость при низком уровне примесей. Для низкоуглеродистой стали подходит любой процесс сварки.

Подходит для декоративных изделий, например, фонарных столбов. Примером может служить нормализованная сталь марки 07М20 БС 970-1. Он имеет предел прочности на разрыв 430 МПа и предел текучести 215 МПа при 20 ⁰C.

Среднеуглеродистая сталь

Содержит 0,3 – 0,6 мас.% Углерода и 0,6 – 1,6 мас.% Марганца. Более высокое содержание углерода делает его склонным к растрескиванию. Следовательно, их труднее сваривать. Процесс сварки с низким содержанием водорода подходит для среднеуглеродистой стали.

Подходит для автомобильных компонентов. Примером может служить холоднокатаная сталь AISI 1541.

Высокоуглеродистая сталь

Содержит 0,6–1,0 мас.% Углерода и 0,30–0,90 мас.% Марганца. Он также имеет плохую свариваемость и легко трескается. При сварке этих сталей необходимо использовать присадки с низким содержанием водорода.

Используется для изготовления ножей, осей и пробойников. Примером может служить горячекатаный прокат AISI 1080.

Легированная сталь

часто имеют более высокую твердость по сравнению со сталями других категорий. Следовательно, они также обладают плохой свариваемостью и склонны к растрескиванию. Для легированных сталей необходимо использовать процесс сварки с низким содержанием водорода. В процессе сварки необходимо уделять внимание предварительному нагреву, скорости охлаждения и термообработке после сварки, поскольку легированные стали также склонны к растрескиванию.

Легированные стали имеют разные механические свойства в зависимости от химического состава.Их используют при производстве трубопроводов, электродвигателей и генераторов энергии.

Примером может служить нормализованная сталь AISI 8620. Он имеет предел текучести 360 МПа и предел прочности на разрыв 640 МПа при 20 ⁰C.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали – это группа легированных сталей. Они содержат не менее 10,5 мас.% Хрома и других элементов, улучшающих их термостойкость и улучшающих механические свойства [4].

Аустенитная нержавеющая сталь обладает хорошей свариваемостью и не требует термической обработки до или после сварки.Зерно ферритного типа быстро растет при высокой температуре, что делает их хрупкими. Следовательно, у них плохая свариваемость.

Аустенитная сталь используется в производстве труб, кухонной утвари и прочего пищевого оборудования.

Ферритная сталь также используется в автомобильной промышленности и промышленном оборудовании.

Нержавеющая сталь SUS 321, поставляемая TJC Iron & Steel Co., Ltd, подходит для сосудов под давлением.

Инструментальная сталь

содержит до 2 шт.5 мас.% Углерода. Имеет плохую свариваемость.

Применяется для режущего и сверлильного оборудования. Мягкая отожженная сталь марки C105W1 по DIN 17350 подходит для изготовления метчиков, штампов, оправок и молотков.

Si

млн ​​

п.

S

Кр

Cu

Ni

0.17-0,37

0,35–0,65

≤0,035

≤0,040

≤0,25

≤0,30

≤0,30

Минимальный предел текучести, Н / мм2, не менее

Предел прочности при растяжении, Н / мм2, не менее

Минимальный коэффициент удлинения,%, не менее

Степень усадки,%, не менее

245

410

25

55

США

1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023

Япония

S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W

ЕС

1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E

Китай

20, 20G, 20R, 20Z

Швеция

1450

Австралия

1020, M1020

Швейцария

Ck22

Южная Корея

SM20C, SM20CK, SM22C

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ И СВАРОЧНОСТЬ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

7-10.СТАЛЬ С НИЗКИМ УГЛЕРОМ

а. Общие . К низкоуглеродистым (мягким) сталям относятся стали с содержанием углерода до 0,30% (рис. 7-7). В большинстве низкоуглеродистых сталей содержание углерода составляет от 0,10 до 0,25 процента, марганца – от 0,25 до 0,50 процента, фосфора – не более 0,40 процента, а серы – не более 0,50 процента. Стали этого диапазона наиболее широко используются в промышленном производстве и строительстве. Эти низкоуглеродистые стали не сильно затвердевают при сварке, и поэтому не требуют предварительного или последующего нагрева, за исключением особых случаев, например, когда необходимо сваривать тяжелые секции.В целом при сварке низкоуглеродистых сталей трудностей не возникает. Правильно выполненные сварные швы из низкоуглеродистой стали будут равны прочности основного металла или превосходить его. Низкоуглеродистые стали мягкие, пластичные, их можно прокатывать, штамповать, резать и обрабатывать как в горячем, так и в холодном состоянии. Они поддаются механической обработке и легко свариваются. Литая сталь имеет шероховатую темно-серую поверхность, за исключением случаев механической обработки. Прокат имеет мелкие линии на поверхности, идущие в одном направлении. Кованую сталь обычно можно узнать по форме, следам от молотков или ребрам.Цвет излома – ярко-серый, кристаллический, и искровой тест дает искры с длинными желто-оранжевыми полосами, которые имеют тенденцию превращаться в белые раздвоенные бенгальские огни. При плавлении сталь выделяет искры и почти мгновенно затвердевает. Низкоуглеродистые стали можно легко сваривать с помощью любых процессов дуговой, газовой и контактной сварки.

г. Для сварки низкоуглеродистой стали следует использовать прутки с медным покрытием. Размеры стержней для листов различной толщины следующие:

ПРИМЕЧАНИЕ

Стержни от 5/16 до 3/8 дюйма(От 7,9 до 9,5 мм) доступны для тяжелой сварки. Тем не менее, тяжелые сварные швы можно выполнить с помощью стержней 3/16 или 1/4 дюйма (4,8 или 6,4 мм), правильно контролируя лужу и скорость плавления стержня.

г. Соединения могут быть подготовлены газовой резкой или механической обработкой. Тип подготовки (рис. 7-8) определяется толщиной листа и положением сварки.

г. Пламя должно быть нейтральным. В зависимости от толщины свариваемых пластин можно использовать метод сварки спереди или сзади.

e. Расплавленный металл не следует перегревать, так как это вызовет кипение металла и чрезмерное искрение. В результате зернистая структура металла сварного шва будет большой, прочность будет снижена, а сварной шов будет иметь сильные рубцы.

ф. Низкоуглеродистые стали не затвердевают в зоне плавления в результате сварки.

г. Дуговая сварка металла .

(1) При дуговой сварке низкоуглеродистой стали можно использовать электроды с экранированной дугой без покрытия, с тонким или толстым покрытием.Эти электроды относятся к низкоуглеродистому типу (от 0,10 до 0,14 процента).

(2) Листы или листовые материалы с низким содержанием углерода, подвергшиеся воздействию низких температур, перед сваркой следует слегка нагреть до комнатной температуры.

(3) При сварке листового металла толщиной до 3,2 мм (1/8 дюйма) можно использовать подготовку кромок для стыкового стыка с гладким квадратным стыком. Когда в этих материалах должны свариваться длинные швы, края должны быть расположены на расстоянии друг от друга, чтобы учесть усадку, потому что наплавленный металл имеет тенденцию стягивать пластины вместе.Эта усадка менее значительна при дуговой сварке, чем при газовой сварке, и достаточно будет расстояния примерно 1/8 дюйма (3,2 мм).

(4) Для коротких швов, фиксируемых на месте, следует использовать технику сварки обратным шагом или пропуском. Это предотвратит коробление или деформацию и сведет к минимуму остаточные напряжения.

(5) Тяжелые пластины должны иметь фаску, чтобы обеспечить угол наклона до 60 градусов, в зависимости от толщины. Детали следует прихватывать с короткими интервалами вдоль шва.Первый или корневой валик должен быть выполнен с помощью электрода достаточно малого диаметра, чтобы обеспечить хорошее проникновение и сплавление в основании соединения. Для этой цели подходит электрод 1/8 или 5/32 дюйма (3,2 или 4,0 мм). Перед нанесением дополнительных слоев наплавленного металла первый валик следует тщательно очистить путем скалывания и чистки проволочной щеткой. Дополнительные проходы присадочного металла следует выполнять с помощью электрода 5/32 или 3/16 дюйма (4,0 или 4,8 мм). Проходы должны выполняться плетением для плоского, горизонтального или вертикального положения.При сварке над головой наилучшие результаты достигаются при использовании валиков по всей длине сварного шва.

(6) При сварке тяжелых профилей со скошенными кромками с обеих сторон валики плетения следует укладывать попеременно с одной стороны, а затем с другой. Это уменьшит деформацию сварной конструкции. Перед нанесением дополнительного металла каждый валик следует тщательно очистить, чтобы удалить всю окалину, оксиды и шлак. Движение электрода следует контролировать так, чтобы валик был однородным по толщине и не допускал подрезов и перекрытий на краях сварного шва.Все шлаки и оксиды должны быть удалены с поверхности готового сварного шва, чтобы предотвратить ржавление.

ч. Углеродно-дуговая сварка . Листы с низким содержанием углерода и лист толщиной до 3/4 дюйма (19,0 мм) можно сваривать с использованием процесса дуговой сварки углеродом. Дуга зажигается по краям пластины, которые подготавливаются аналогично тому, как это требуется для дуговой сварки металла. На соединение следует нанести флюс и добавить присадочный металл, как при кислородно-ацетиленовой сварке. Вокруг расплавленного основания должен быть предусмотрен газовый экран.Также следует использовать присадочный металл с помощью сварочного прутка с флюсовым покрытием. Сварку нужно производить без перегрева расплавленного металла. Несоблюдение этих мер предосторожности может привести к тому, что металл сварного шва поглотит чрезмерное количество углерода из электрода, кислорода и азота из воздуха и вызовет хрупкость сварного соединения.

7-11. СРЕДНИЙ УГЛЕРОДА

а. Общие . Среднеуглеродистые стали – это нелегированные стали, содержащие от 0 до 0.От 30 до 0,55 процентов углерода. Эти стали могут подвергаться термообработке после изготовления и использоваться для общей механической обработки и ковки деталей, требующих твердости и прочности поверхности. Выпускаются в прутковой форме в холоднокатаном или нормализованном и отожженном состоянии. При сварке термообработанных сталей их следует предварительно нагреть от 300 до 500 ° F (от 149 до 260 ° C) в зависимости от содержания углерода (от 0,25 до 0,45 процента) и толщины стали. Температуру предварительного нагрева можно проверить, приложив полоску припоя 50-50 (точка плавления 450 ° F (232 ° C)) к пластине в месте соединения и отметив, когда припой начинает плавиться.Во время сварки зона сварного шва затвердеет при быстром охлаждении, и после сварки необходимо снять напряжение. Среднеуглеродистые стали можно сваривать любым способом: дуговой, газовой или контактной сваркой.

г. При более высоком содержании углерода и марганца следует использовать электроды с низким содержанием водорода, особенно в более толстых секциях. Электроды с низким содержанием углерода, с толстым покрытием, прямой или обратной полярности, аналогичные тем, которые используются для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей, подходят для сварки среднеуглеродистых сталей.

г. Перед сваркой мелкие детали следует отжечь для придания им мягкости. Детали следует предварительно нагреть в месте стыка и сварить присадочной пруткой, обеспечивающей термообработанные сварные швы. После сварки вся деталь должна быть подвергнута термообработке для восстановления первоначальных свойств.

г. Для сварки среднеуглеродистых сталей можно использовать низкоуглеродистый или высокопрочный пруток. Сварочное пламя должно быть настроено на легкое науглероживание, а лужа металла должна быть как можно меньше, чтобы соединение было надежным.Сварка науглероживающим пламенем приводит к быстрому нагреву металла, поскольку тепло выделяется, когда сталь поглощает углерод. Это позволяет выполнять сварку на более высоких скоростях.

e. Следует позаботиться о медленном охлаждении деталей после сварки, чтобы предотвратить растрескивание сварного шва. Для снятия напряжений со всей свариваемой детали необходимо нагреть ее до температуры от 1100 до 1250 ° F (от 593 до 677 ° C) в течение одного часа на дюйм (25,4 мм) толщины, а затем медленно охладить. Охлаждение можно осуществить, покрыв детали огнестойким материалом или песком.

ф. Среднеуглеродистые стали можно паять с помощью предварительного нагрева от 200 до 400 ° F (от 93 до 204 ° C), хорошего бронзового стержня и припоя. Однако эти стали лучше сваривать дуговой сваркой с использованием электродов, экранированных из низкоуглеродистой стали.

г. При сварке низкоуглеродистой стали помните о следующих общих технологиях:

(1) Пластины должны быть подготовлены к сварке аналогично тому, как это используется для сварки низкоуглеродистых сталей.При сварке электродами из низкоуглеродистой стали необходимо тщательно контролировать температуру сварки, чтобы избежать перегрева металла шва и чрезмерного проникновения в боковые стенки соединения. Этот контроль достигается путем направления электрода больше к ранее нанесенному присадочному металлу, прилегающему к боковым стенкам, чем непосредственно к боковым стенкам. При использовании этой процедуры металл шва вымывается на сторону стыка и плавится с ним без глубокого или чрезмерного проникновения.

(2) Высокая температура сварки приведет к тому, что большие участки основного металла в зоне плавления, прилегающей к сварным швам, станут твердыми и хрупкими. Площадь этих твердых зон в основном металле можно свести к минимуму, выполнив сварку серией небольших нитей или валиков, которые ограничат подвод тепла. Каждый валик или слой наплавленного металла будет измельчать зерно в сварном шве непосредственно под ним, отжигать и уменьшать твердость, полученную в основном металле предыдущим валиком.

(3) По возможности, готовое соединение после сварки следует подвергнуть термообработке. Снятие напряжений обычно используется при соединении низкоуглеродистой стали, а высокоуглеродистые сплавы следует отжигать.

(4) При сварке среднеуглеродистых сталей электродами из нержавеющей стали металл следует наносить в виде валиков, чтобы предотвратить растрескивание металла шва в зоне плавления. При наплавке металла шва в верхние слои швов, выполненных на тяжелых участках, плетение электрода не должно превышать трех диаметров электрода.

(5) Каждый последующий валик сварного шва должен быть снят, зачищен щеткой и очищен перед укладкой следующего валика.

7-12. ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

а. Общие . К высокоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода более 0,55%. Необработанная поверхность высокоуглеродистой стали темно-серого цвета и похожа на поверхность других сталей. Высокоуглеродистые стали обычно дают очень мелкозернистый излом, более белый, чем низкоуглеродистые стали.Инструментальная сталь тверже и хрупче, чем листовая сталь или другой низкоуглеродистый материал. Высокоуглеродистую сталь можно закалить путем нагревания до хорошего красного цвета и закалки в воде. Низкоуглеродистая сталь, кованое железо и стальные отливки не подлежат закалке. Расплавленная высокоуглеродистая сталь ярче, чем низкоуглеродистая сталь, а поверхность плавления имеет ячеистый вид. У нее более легкая искра, чем у низкоуглеродистой (мягкой) стали, и искры более белые. Эти стали используются для производства инструментов, которые после изготовления подвергаются термообработке для создания твердой структуры, необходимой для выдерживания высокого напряжения сдвига и износа.Они производятся в виде стержней, листов и проволоки, а также в отожженном или нормализованном и отожженном состоянии, чтобы быть пригодными для механической обработки перед термообработкой. Высокоуглеродистые стали трудно сваривать из-за закаливающего воздействия тепла на сварное соединение. Из-за высокого содержания углерода и термической обработки, обычно применяемой для этих сталей, их основные свойства ухудшаются при дуговой сварке.

г. Тепло сварки изменяет свойства высокоуглеродистой стали в непосредственной близости от сварного шва.Для восстановления первоначальных свойств необходима термическая обработка.

г. Перед сваркой высокоуглеродистые стали следует предварительно нагреть от 500 до 800 ° F (от 260 до 427 ° C). Температуру предварительного нагрева можно проверить с помощью сосновой палки, которая при этих температурах обугливается.

г. Поскольку высокоуглеродистые стали плавятся при более низких температурах, чем низко- и среднеуглеродистые стали, следует соблюдать осторожность, чтобы не перегреть сварной шов или основной металл. О перегреве свидетельствует чрезмерное искрение расплавленного металла.Сварка должна быть завершена как можно скорее, а количество искры должно использоваться для проверки сварочного тепла. Пламя должно быть настроено на науглероживание. Этот тип пламени способствует образованию прочных сварных швов.

e. Для сварки следует использовать сварочный пруток со средним или высоким содержанием углерода. После сварки необходимо снять напряжение со всей детали путем нагрева до температуры от 1200 до 1450 ° F (от 649 до 788 ° C) в течение одного часа на дюйм (25,4 мм) толщины, а затем медленного охлаждения.Если детали можно легко размягчить перед сваркой, для соединения следует использовать сварочный стержень с высоким содержанием углерода. Затем всю деталь следует подвергнуть термообработке для восстановления исходных свойств основного металла.

ф. В некоторых случаях мелкий ремонт этих сталей можно произвести пайкой. Для этого процесса не требуются такие высокие температуры, как при сварке, поэтому на свойства основного металла это серьезно не влияет. Пайку следует использовать только в особых случаях, потому что прочность соединения не такая высокая, как у исходного основного металла.

г. Электроды из мягкой или нержавеющей стали могут использоваться с высокоуглеродистой сталью.

ч. Дуговая сварка высокоуглеродистой стали требует критического контроля температуры сварного шва. Следует помнить о следующих методах:

(1) Теплота сварки должна быть отрегулирована, чтобы обеспечить хорошее плавление боковых стенок и основания стыка без чрезмерного провара. Контроль нагрева сварочного шва может быть осуществлен путем наплавки металла шва небольшими валиками.Следует избегать чрезмерного образования луж на металле, поскольку это может привести к отрыву углерода от основного металла, что, в свою очередь, сделает металл сварного шва твердым и хрупким. Сплав присадочного металла и боковых стенок должен быть ограничен узкой зоной. Используйте процедуру поверхностной сварки, предписанную для среднеуглеродистых сталей (пункты 7-11).

(2) Та же процедура подготовки кромок, очистки сварных швов и последовательности сварки валиков, которая предписана для низко- и среднеуглеродистых сталей, также применяется к высокоуглеродистым сталям.

(3) Небольшие детали из высокоуглеродистой стали иногда ремонтируют путем наращивания изношенных поверхностей. Когда это будет сделано, изделие следует отжечь или размягчить, нагревая до красного огня и медленно охлаждая. Затем деталь следует сварить или укрепить электродами из среднеуглеродистой или высокопрочной стали и после сварки подвергнуть термообработке для восстановления ее первоначальных свойств.

7-13. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ

а. Общие . Стали, используемые для изготовления инструментов, пуансонов и штампов, являются, пожалуй, самыми твердыми, прочными и прочными сталями, используемыми в промышленности.Как правило, инструментальные стали – это стали от среднего до высокоуглеродистого, с определенными элементами, включенными в различных количествах для обеспечения особых характеристик. Искровой тест показывает умеренно большой объем белых искр с множеством мелких повторяющихся вспышек.

г. Углерод входит в состав инструментальной стали, чтобы помочь упрочнить сталь для обеспечения устойчивости к резанию и износу. Другие элементы добавляются для обеспечения большей прочности или прочности. В некоторых случаях добавляются элементы, чтобы сохранить размер и форму инструмента во время операции закалки при термообработке или сделать операцию закалки более безопасной и обеспечить красную твердость, чтобы инструмент сохранял свою твердость и прочность, когда он становится очень горячим.Железо является преобладающим элементом в составе инструментальных сталей. Другие добавленные элементы включают хром, кобальт, марганец, молибден, никель, вольфрам и ванадий. Инструментальная или штамповая сталь предназначена для специальных целей в зависимости от ее состава. Некоторые инструментальные стали производятся для изготовления штампов; одни предназначены для изготовления форм, другие – для горячей обработки, а третьи – для высокоскоростной резки.

г. Другой способ классификации инструментальных сталей – по типу закалки, необходимой для упрочнения стали.Самая тяжелая закалка после нагрева – закалка в воде (водоотверждаемые стали). Менее жесткой закалкой является закалка в масле, получаемая при охлаждении инструментальной стали в масляных ваннах (закаленные в масле стали). Наименее резкая закалка – охлаждение на воздухе (закаленные на воздухе стали).

г. Инструментальные стали и штампы также можно классифицировать в соответствии с работой, которую должен выполнять инструмент. Это основано на количестве классов.

(1) Стали класса I используются для изготовления инструментов, которые работают с режущими или режущими действиями, таких как отрезные штампы, режущие штампы, вырубные штампы и обрезные штампы.

(2) Стали класса II используются для изготовления инструментов, которые создают желаемую форму детали, заставляя обрабатываемый материал, горячий или холодный, течь под действием напряжения. Сюда входят штампы для волочения, формовочные штампы, переходные штампы, штамповочные штампы, пластиковые формы и штампы для литья под давлением.

(3) Стали класса III используются для изготовления инструментов, которые воздействуют на обрабатываемый материал, частично или полностью реформируя его без изменения фактических размеров.Сюда входят гибочные штампы, гибочные штампы и штампы для скручивания.

(4) Стали класса IV используются для изготовления штампов, которые работают под высоким давлением и создают поток металла или другого материала, придающий им желаемую форму. Сюда входят штампы для обжима, штампы для тиснения, штампы для товарных позиций, штампы для экструзии и штампы для кольцевания.

e. Стали в группе инструментальных сталей имеют содержание углерода от 0,83 до 1,55 процента. Их редко сваривают дуговой сваркой из-за чрезмерной твердости в зоне плавления основного металла.Если необходимо выполнить дуговую сварку, можно использовать электроды из низкоуглеродистой или нержавеющей стали.

ф. При сварке инструментальных сталей необходимо использовать равномерно высокие температуры предварительного нагрева (до 1000 ° F (583 ° C)).

г. Как правило, следует соблюдать те же меры предосторожности, что и при сварке высокоуглеродистых сталей. Сварочный раструб следует отрегулировать на науглероживание, чтобы предотвратить выгорание углерода в металле шва. Сварку нужно производить как можно быстрее, стараясь не перегреть расплавленный металл.После сварки сталь следует подвергнуть термообработке для восстановления первоначальных свойств.

ч. Буровые штанги можно использовать в качестве присадочных стержней, поскольку их высокое содержание углерода близко к содержанию инструментальных сталей.

и. Флюс, подходящий для сварки чугуна, следует использовать в небольших количествах, чтобы защитить лужу высокоуглеродистой стали и удалить оксиды в металле шва.

Дж. Сварочная техника . При сварке инструментальных сталей следует учитывать следующие методы:

(1) Если свариваемые детали небольшие, их следует отжечь или размягчить перед сваркой.Затем края следует предварительно нагреть до 1000 ° F (538 ° C), в зависимости от содержания углерода и толщины листа. Сварку следует выполнять либо низкоуглеродистым, либо высокопрочным электродом.

(2) Высокоуглеродистые электроды нельзя использовать для сварки инструментальных сталей. Углерод, захваченный присадочным металлом из основного металла, приведет к тому, что сварной шов станет твердым как стекло, тогда как металл сварного шва из мягкой стали может поглощать дополнительный углерод, не становясь чрезмерно твердым. Затем сварную деталь следует подвергнуть термообработке для восстановления ее первоначальных свойств.

(3) При сварке электродами из нержавеющей стали край пластины следует предварительно нагреть, чтобы предотвратить образование твердых зон в основном металле. Наплавленный металл следует наносить небольшими валиками, чтобы свести к минимуму тепловложение. В целом, процедура нанесения такая же, как и для средне- и высокоуглеродистых сталей.

к. Существует четыре типа штамповых сталей, которые подлежат ремонту с помощью сварки. Это штампы для закалки в воде, штампы для закалки в масле, штампы для закалки на воздухе и инструменты для горячей обработки.Также можно отремонтировать быстроходные инструменты.

7-14. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СПЛАВНЫЕ СТАЛИ

а. Общие . Было разработано большое количество и разнообразие высокопрочных, высокотвердых, коррозионно-стойких сталей, обладающих стойкостью и другими особыми свойствами. Для большинства этих сталей требуется специальный процесс термообработки для достижения желаемых характеристик в готовом состоянии. Легированные стали обладают большей прочностью и долговечностью, чем другие углеродистые стали, а заданная прочность обеспечивается меньшим весом материала.

г. К легированным сталям высокой твердости относятся:

(1) Стали, легированные хромом . Хром используется в качестве легирующего элемента в углеродистых сталях для повышения прокаливаемости, коррозионной стойкости и ударопрочности, а также обеспечивает высокую прочность с небольшой потерей пластичности. Хром в больших количествах укорачивает искровую струю вдвое по сравнению с той же сталью без хрома, но не влияет на яркость струи.

(2) Никелевые легированные стали .Никель увеличивает ударную вязкость, прочность и пластичность сталей и снижает температуру закалки, поэтому для закалки используется закалка в масле, а не в воде. Никелевая искра имеет короткую резко очерченную полосу яркого света прямо перед вилкой.

(3) Стали с высоким содержанием хромоникелевых сплавов (нержавеющие) . Эти высоколегированные стали имеют широкий диапазон составов. Их нержавеющие, коррозионные и жаропрочные свойства меняются в зависимости от содержания сплава и обусловлены образованием очень тонкой оксидной пленки, которая образуется на поверхности металла.Искры соломенного цвета возле точильного круга и белые ближе к концу полосы. Имеется средний объем полос с умеренным количеством разветвленных пакетов.

(4) Марганцевые легированные стали . Марганец используется в стали для повышения прочности, износостойкости, облегчения горячей прокатки и ковки. Увеличение содержания марганца снижает свариваемость стали. Стали, содержащие марганец, создают искру, похожую на искру углерода. Умеренное увеличение содержания марганца увеличивает объем искровой струи и интенсивность вспышек.Сталь, содержащая более чем нормальное количество марганца, будет давать искру, аналогичную высокоуглеродистой стали с более низким содержанием марганца.

(5) Молибденовые легированные стали . Молибден увеличивает прокаливаемость, то есть глубину затвердевания, возможную при термообработке. Ударно-усталостные свойства стали улучшены за счет содержания молибдена до 0,60%. При содержании молибдена более 0,60% ухудшается собственно ударная усталость. Износостойкость улучшается при содержании молибдена выше примерно 0.75 процентов. Иногда молибден объединяют с хромом, вольфрамом или ванадием для получения желаемых свойств. Стали, содержащие этот элемент, дают характерную искру с отделенным наконечником стрелы, похожую на искру из кованого железа, которую можно увидеть даже при довольно сильных выбросах углерода. Стали, легированные молибденом, содержат никель и / или хром.

(6) Стали, легированные титаном и колумбием (ниобием) . Эти элементы используются в качестве дополнительных легирующих добавок в коррозионно-стойких сталях с низким содержанием углерода.Они поддерживают стойкость к межкристаллитной коррозии после того, как металл подвергается воздействию высоких температур в течение длительного периода времени.

(7) Стали легированные вольфрамом . Вольфрам, как легирующий элемент в инструментальной стали, имеет тенденцию давать мелкое плотное зерно при использовании в относительно небольших количествах. При использовании в больших количествах, от 17 до 20 процентов, и в сочетании с другими сплавами, вольфрам дает сталь, сохраняющую твердость при высоких температурах.Этот элемент обычно используется в сочетании с хромом или другими легирующими добавками. В искровом испытании вольфрам будет иметь тускло-красный цвет в искровом потоке возле колеса. Это также укорачивает искровой поток и уменьшает размер или полностью исключает выброс углерода. Вольфрамовая сталь, содержащая около 10 процентов вольфрама, вызывает короткие изогнутые оранжевые острия на концах несущих линий. Еще более низкое содержание вольфрама приводит к появлению небольших белых всплесков на конце пети копья.Несущие линии могут быть от тускло-красного до оранжевого, в зависимости от других присутствующих элементов, при условии, что содержание вольфрама не слишком велико.

(8) Ванадиевые легированные стали . Ванадий используется для контроля размера зерна. Он имеет тенденцию к повышению закаливаемости и вызывает заметную вторичную твердость, но устойчив к отпуску. Его добавляют в сталь во время производства для удаления кислорода. Легированные стали, содержащие ванадий, создают искры с отделенными наконечниками стрелок на конце несущей линии, аналогичные искрам, возникающим в молибденовых сталях.

(9) Кремнистые легированные стали . Кремний добавляется в сталь для повышения прокаливаемости и коррозионной стойкости. Его часто используют с марганцем для получения прочной и вязкой стали.

(10) Быстрорежущие инструментальные стали . Эти стали обычно представляют собой специальные сплавы, предназначенные для режущих инструментов. Содержание углерода колеблется от 0,70 до 0,80 процента. Их трудно сваривать, кроме как индукционным методом.Искровой тест покажет несколько длинных раздвоенных лопаток, которые имеют красный цвет около колеса и соломенный цвет около конца искрового потока.

г. Многие из этих сталей можно сваривать электродом с толстым покрытием типа экранированной дуги, состав которого аналогичен составу основного металла. Электроды с низким содержанием углерода также могут использоваться с некоторыми сталями. Электроды из нержавеющей стали эффективны там, где предварительный нагрев невозможен или нежелателен. По возможности термообработанные стали следует предварительно нагревать, чтобы свести к минимуму образование твердых зон или слоев в основном металле, прилегающем к сварному шву.Расплавленный металл не должен перегреваться, а температуру сварки следует контролировать, наплавляя металл узкими валиками. Во многих случаях процедуры сварки среднеуглеродистых сталей (параграфы 7-11) и высокоуглеродистых сталей (параграфы 7-12) могут использоваться при сварке легированных сталей.

7-15. КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ, С НИЗКИМ ЛЕГКИМ ЛЕГКИМ

а. Общие . Низколегированные конструкционные стали с высоким пределом текучести (конструкционные легированные стали) – это специальные стали, прошедшие отпуск для получения исключительной прочности и долговечности.Специальные сплавы и общий состав этих сталей требуют специальной обработки для получения удовлетворительных сварных швов. Эти стали представляют собой специальные низкоуглеродистые стали, содержащие определенные небольшие количества легирующих элементов. Их закаливают и отпускают для получения предела текучести от 90 000 до 100 000 фунтов на квадратный дюйм (от 620 550 до 689 500 кПа) и прочности на разрыв от 100 000 до 140 000 фунтов на квадратный дюйм (от 689 500 до 965 300 кПа), в зависимости от размера и формы. Конструкционные элементы, изготовленные из этих высокопрочных сталей, могут иметь меньшие площади поперечного сечения, чем обычные конструкционные стали, и при этом иметь равную прочность.Эти стали также более устойчивы к коррозии и истиранию, чем другие стали. При испытании на искру эти сплавы создают искру, очень похожую на искру с низким содержанием углерода.

г. Сварочная техника . Надежная сварка низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести может выполняться при соблюдении следующих правил:

ВНИМАНИЕ

Для предотвращения растрескивания под валиком при сварке низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести следует использовать только электроды с низким содержанием водорода.

(1) Правильные электроды. Водород – враг номер один для прочных сварных швов легированных сталей; поэтому используйте только электроды с низким содержанием водорода (MIL-E-18038 или MIL-E-22200/1), чтобы предотвратить растрескивание под валиком. Растрескивание под валиком возникает из-за того, что водород захватывается покрытием электрода, выделяется в дугу и поглощается расплавленным металлом.

(2) Контроль влажности электродов. Если электроды находятся в герметичном контейнере, поместите их сразу после открытия контейнера в вентилируемую печь для выдержки, установленную на 250–300 ° F (121–149 ° C).Если электроды не находятся в герметичном контейнере, поместите их в вентилируемую печь для выпечки и запекайте в течение 1-1 / 4 часа при 800 ° F (427 ° C). Запеченные электроды, пока они еще теплые, должны быть помещены в печь для выдержки до использования. Электроды должны быть сухими, чтобы исключить поглощение водорода. Тестирование на влажность должно проводиться в соответствии со стандартом MIL-E-22200.

ПРИМЕЧАНИЕ

Стабилизатор влажности NSN 3439-00-400-0090 – идеальная печь для выдержки в полевых условиях (MIL-M-45558).

г. Выбор электрода с низким содержанием водорода. Электроды идентифицируются по классификационным номерам, которые всегда указаны на контейнерах с электродами. Для покрытий с низким содержанием водорода два последних числа в классификации должны быть 15, 16 или 18. Чаще всего используются электроды диаметром 5/32 и 1/8 дюйма (4,0 и 3,2 мм), поскольку они больше адаптирован ко всем видам сварки этой стали. В таблице 7-14 перечислены электроды, используемые для сварки низколегированных конструкционных сталей с высоким пределом текучести.Таблица 7-15 представляет собой список электродов, используемых в настоящее время в системе снабжения армии.

г. Выбор комбинаций проволока-флюс и проволока-газ . Проволочные электроды для дуговой сварки под флюсом и в среде защитного газа не классифицируются по прочности. Сварочная проволока и комбинации проволока-флюс, используемые для снятия напряжений в сталях, должны содержать не более 0,05 недавнего ванадия. Сваривать металл более 0.05% ванадия может стать хрупким при снятии напряжения. При использовании процессов дуговой сварки под флюсом или газовой дуговой сварки для сварки конструкционных сталей с высоким пределом текучести, низколегированных конструкционных сталей с низкопрочными сталями комбинация проволока-флюс и проволока-газ должна быть такой же, как и для низкопрочных сталей.

e. Предварительный нагрев . Для сварочных пластин толщиной менее 1,0 дюйма (25,4 мм) температура выше 50 ° F (10 ° C) не требуется, за исключением удаления поверхностной влаги с металла. Таблица 7-16 содержит рекомендуемые температуры предварительного нагрева.

ф. Тепловая сварка .

(1) Общие . Важно избегать чрезмерной концентрации тепла, чтобы область сварного шва быстро остыла. Для определения тепловложения в сварной шов можно использовать номограмму тепловложения или калькулятор тепловложения.

(2) Номограмма тепловой мощности . Чтобы использовать номограмму тепловой мощности (рис. 7-9), найдите значение вольта в столбце 1 и проведите линию к значению в амперах в столбце 3.От точки, где эта линия пересекает столбец 2, проведите еще одну линию до значения дюйм / мин в столбце 5. Считайте единицы тепла в точке, где эта вторая линия пересекает столбец 4. Тепловые единицы представляют собой тысячи джоулей на дюйм. Например, при 20 вольт и 300 ампер линия пересекает столбец 2 при значении 6. При 12 дюймах / мин подвод тепла определяется как 30 тепловых единиц или 30 000 джоулей / дюйм.

(3) Вычислитель тепловой энергии .Калькулятор тепловложения можно сделать, скопировав рисунок, напечатанный на внутренней стороне задней обложки данного руководства, на пластик, светлый картон или другой подходящий материал и вырезав кусочки. Если подходящего материала нет, калькулятор можно собрать, вырезав выкройку из задней обложки. После того, как две части будут вырезаны, в центре каждой проделывается отверстие. Затем они собираются с помощью бумажной застежки или другого подобного устройства, которое позволяет деталям вращаться.Чтобы определить погонную энергию при сварке с помощью калькулятора, поворачивайте до тех пор, пока значение на шкале вольт не совпадет со значением на шкале скорости (дюймы / мин). Значение на шкале ампер будет выровнено прямо напротив расчетного значения для тепловых единиц. Как и в случае с номограммой, тепловые единицы представляют собой тысячи джоулей на дюйм.

(4) Максимальное тепловложение . Сравните значение погонной энергии, полученное с помощью номограммы или калькулятора, с максимальными значениями, указанными в таблицах 7-17 и 7-18.Если расчетное значение слишком велико, отрегулируйте ток, скорость движения или температуру предварительного нагрева до тех пор, пока расчетное тепловложение не будет в надлежащем диапазоне. (Таблицы применимы только к процессам с одинарной дугой, дугой в экранированной среде, дугой под флюсом, дугой вольфрамовым электродом, порошковой проволокой и металлической дугой в газовой среде. Они не применимы к многодуговой сварке, электрошлаковой сварке или другим процессы вертикальной сварки с высоким тепловложением, так как сварные швы, выполненные ими в сталях марки «Т-1», необходимо подвергать термообработке закалкой и отпуском.) Для условий сварки, выходящих за пределы диапазона номограммы или калькулятора, тепловложение можно рассчитать по следующей формуле:

г. Сварочный процесс . Надежная сварка низколегированной конструкционной стали с высоким пределом текучести может быть выполнена формально, если выбрать электрод с низким содержанием водорода или выбрать правильную комбинацию проволока-флюс или проволока-газ при использовании дуговой сварки под флюсом или процессов металлической дуги в газе.По возможности используйте прямой стрингер. Избегайте использования рисунка плетения; однако, если необходимо, его следует ограничить узором частичного плетения. Наилучшие результаты достигаются при небольшом круговом движении электрода с площадью переплетения, не превышающей двух диаметров электрода. Никогда не используйте полный узор переплетения. Рисунок частичного переплетения не должен превышать двойного диаметра электрода. Пропустите сварку, насколько это целесообразно. Иногда рекомендуется упрочнение сварного шва для снятия напряжений при охлаждении более крупных деталей.Угловые швы должны быть гладкими и иметь правильный контур. Избегайте трещин на пальцах и подрезов. Электроды, используемые для угловых швов, должны иметь меньшую прочность, чем электроды, используемые для стыковой сварки. Упрочнение угловых швов с помощью пневмоударника может помочь предотвратить образование трещин, особенно если в сварных швах необходимо снять напряжение. Пьедестал из мягкой стальной проволоки может помочь поглотить усилия усадки. Масляная сварка в области носка перед фактической угловой сваркой укрепляет зону, где может начаться трещина на носке. В области носка накладывается валик, который затем шлифуется перед самой угловой сваркой.Этот валик масляного сварного шва должен быть расположен так, чтобы кончик углового шва проходил прямо над ним во время фактической угловой сварки. Из-за того, что при угловой сварке используется дополнительный материал, скорость охлаждения увеличивается, а тепловложение может быть увеличено примерно на 25 процентов.

7-16. ЧУГУН

а. Общие . Чугун – это сплав железа, углерода и кремния, в котором количество углерода обычно составляет более 1,7% и менее 4.5 процентов.

(1) Серый чугун – наиболее широко используемый тип чугуна. Серый чугун имеет множество составов, но обычно это перлит с множеством рассредоточенных чешуек графита.

(2) Есть также чугуны из сплавов, которые содержат небольшое количество хрома, никеля, молибдена, меди или других элементов, добавленных для придания определенных свойств.

(3) Другой легированный чугун – это аустенитный чугун, модифицированный добавками никеля и других элементов для снижения температуры превращения, так что структура становится аустенитной при комнатной или нормальной температуре.Аустенитные чугуны обладают высокой степенью коррозионной стойкости.

(4) В белом чугуне почти весь углерод находится в комбинированной форме. Это обеспечивает более высокую твердость чугуна, что используется для обеспечения устойчивости к истиранию.

(5) Ковкий чугун получают путем специальной термообработки белого чугуна с отжигом для изменения структуры углерода в чугуне. Структура меняется на перлитную или ферритную, что увеличивает ее пластичность.

(6) Чугун с шаровидным графитом и высокопрочный чугун изготавливаются путем добавления магния или алюминия, которые либо связывают углерод в комбинированном состоянии, либо придают свободному углероду сферическую или узловую форму, а не обычную чешуйчатую форму серого цвета. чугун. Эта структура обеспечивает большую пластичность или пластичность отливки.

(7) Чугуны широко используются в сельхозтехнике; на станках в качестве оснований, кронштейнов и крышек; для трубопроводной арматуры и чугунных труб; и для автомобильных блоков двигателя, головок, коллекторов и водоподготовки.Чугун редко используется в конструкционных работах, за исключением элементов сжатия. Он широко используется в строительной технике для противовесов и в других областях, где требуется вес.

г. Серый чугун имеет низкую пластичность и поэтому не будет расширяться или растягиваться в значительной степени перед разрушением или растрескиванием. Из-за этой характеристики при сварке чугуна методом кислородно-ацетиленовой сварки необходим предварительный нагрев. Однако его можно сваривать дуговым методом без предварительного нагрева, если тепло сварки тщательно контролируется.Это может быть достигнуто путем сварки только коротких участков стыка за один раз и охлаждения этих участков. Благодаря этой процедуре тепло сварки ограничивается небольшой площадью и исключается опасность растрескивания отливки. Крупные отливки со сложным сечением, такие как моторные блоки, можно сваривать без демонтажа и предварительного нагрева. Обычно желательны специальные электроды, предназначенные для этой цели. Ковкий чугун, такой как ковкий чугун, высокопрочный чугун и чугун с шаровидным графитом, можно успешно сваривать.Для достижения наилучших результатов эти типы чугунов следует сваривать в отожженном состоянии.

г. Сварка используется для восстановления новых чугунных отливок, ремонта отливок, вышедших из строя, а также для соединения отливок друг с другом или со стальными деталями в производственных процессах. В Таблице 7-19 показаны сварочные процессы, которые можно использовать для сварки чугуна с шаровидным графитом, ковкого чугуна и чугуна с шаровидным графитом. Выбор процесса сварки и присадочных металлов зависит от типа желаемых свойств сварного шва и ожидаемого срока службы.Например, при использовании процесса дуговой сварки экранированным металлом можно использовать различные типы присадочного металла. Присадочный металл будет влиять на соответствие цвета сварного шва по сравнению с основным материалом. Соответствие цвета может быть определяющим фактором, особенно при утилизации или ремонте отливок, когда разница в цвете недопустима.

г. Независимо от того, какой из сварочных процессов выбран, необходимо произвести определенные подготовительные действия.Важно определить точный тип свариваемого чугуна, будь то чугун серый, ковкий или пластичный. Если точная информация неизвестна, лучше всего предположить, что это серый чугун с низкой пластичностью или без нее. Как правило, не рекомендуется сваривать ремонтные отливки из серого чугуна, которые при нормальной эксплуатации подвергаются нагреву и охлаждению, особенно когда нагрев и охлаждение изменяются в диапазоне температур, превышающих 400 ° F (204 ° C). Если в качестве присадочного материала не используется чугун, металл сварного шва и основной металл могут иметь разные коэффициенты расширения и сжатия.Это будет способствовать возникновению внутренних напряжений, которые не может выдержать серый чугун. Ремонт этих типов отливок может быть произведен, но надежность и срок службы такого ремонта невозможно спрогнозировать с точностью.

e. Подготовка к сварке .

(1) При подготовке отливки к сварке необходимо удалить все поверхностные материалы, чтобы полностью очистить отливку в области сварного шва. Это означает удаление краски, смазки, масла и других посторонних материалов из зоны сварки.Желательно нагреть зону сварного шва на короткое время, чтобы удалить захваченный газ из зоны сварного шва основного металла. Кожа или поверхность с высоким содержанием кремния также должны быть удалены рядом с областью сварного шва как на лицевой, так и на корневой стороне. Края стыка должны быть вырезаны или отшлифованы, чтобы получился угол 60 ° или фаска. Там, где есть канавки, следует использовать V-образную канавку под углом 60-90 °. V должен выступать примерно на 3,2 мм (1/8 дюйма) от дна трещины. На каждом конце трещины следует просверлить небольшое отверстие, чтобы она не расширилась.Всегда следует использовать сварные швы с полным проплавлением, поскольку не полностью устраненные трещины или дефекты могут быстро появиться снова в условиях эксплуатации.

(2) Предварительный нагрев желателен для сварки чугунов любым сварочным процессом. Его можно уменьшить при использовании очень пластичного присадочного металла. Предварительный нагрев уменьшит температурный градиент между сварным швом и остальной частью чугуна. Температуры предварительного нагрева должны зависеть от процесса сварки, типа присадочного металла, массы и сложности отливки.Предварительный нагрев можно произвести любым из обычных методов. Нагрев горелки обычно используется для относительно небольших отливок весом 30,0 фунтов (13,6 кг) или меньше. Более крупные детали могут быть предварительно нагреты в печи, и в некоторых случаях временные печи строятся вокруг детали, а не в печи. Таким образом, детали могут поддерживаться при высокой температуре промежуточного прохода во временной печи во время сварки. Предварительный нагрев должен быть общим, так как он помогает улучшить пластичность материала и распределяет усадочные напряжения по большой площади, чтобы избежать критических напряжений в какой-либо одной точке.Предварительный нагрев помогает смягчить область, прилегающую к сварному шву; способствует дегазации отливки, что, в свою очередь, снижает возможность образования пористости наплавленного металла шва; и это увеличивает скорость сварки.

(3) Медленное охлаждение или последующий нагрев улучшает обрабатываемость зоны термического влияния в чугуне, прилегающей к сварному шву. Последующее охлаждение должно быть как можно медленнее. Это можно сделать, накрыв отливку изоляционным материалом, чтобы не допустить проникновения воздуха или ветров.

ф. Сварочная техника .

(1) Электроды .

(a) Чугун можно сваривать стальным электродом с покрытием, но этот метод следует использовать только в крайних случаях. При использовании стального электрода необходимо учитывать усадку металла сварного шва, углерод, улавливаемый из чугуна металлом сварного шва, и твердость металла сварного шва, вызванную быстрым охлаждением. При переходе из расплавленного в твердое состояние сталь дает усадку больше, чем чугун.При использовании стального электрода эта неравномерная усадка вызывает деформации стыка после сварки. Когда на стык наносится большое количество присадочного металла, чугун может треснуть сразу за линией плавления, если не будут приняты профилактические меры. Чтобы преодолеть эти трудности, подготовленное соединение следует сварить, наплавив металл шва в виде коротких валиков длиной от 0,75 до 1,0 дюйма (от 19,0 до 25,4 мм). Они выполняются периодически, а в некоторых случаях – с помощью процедуры обратного шага и пропуска.Во избежание образования твердых участков дугу следует зажигать в V, а не по поверхности основного металла. Каждый короткий отрезок металла сварного шва, нанесенный на соединение, следует слегка обработать в горячем состоянии небольшим ударным молотком и дать ему остыть перед нанесением дополнительного металла сварного шва. Упрочнение приводит к ковке металла и уменьшению деформации при охлаждении.

(b) Используемые электроды должны иметь диаметр 1/8 дюйма (3,2 мм) для предотвращения чрезмерного нагрева при сварке. Сварку следует производить с обратной полярностью.Плетение электрода должно быть сведено к минимуму. Перед добавлением дополнительного металла каждый наплавленный металл следует тщательно очистить.

(c) Чугунные электроды должны использоваться там, где требуется последующая обработка сварного соединения. Электроды из нержавеющей стали используются, когда обработка сварного шва не требуется. Процедура выполнения сварных швов этими электродами такая же, как и для сварки электродами из низкоуглеродистой стали. Электроды из нержавеющей стали обеспечивают отличное сплавление присадочного металла и основного металла.Следует проявлять особую осторожность, чтобы избежать растрескивания сварного шва, которое сжимается примерно на 50 процентов больше, чем из-за того, что нержавеющая сталь расширяется, а низкоуглеродистая сталь расширяется при одинаковых изменениях температуры.

(2) Дуговая сварка .

(a) Процесс дуговой сварки в защитном металлическом корпусе может использоваться для сварки чугуна. Можно использовать четыре типа присадочных металлов: электроды с чугунным покрытием; покрытые электроды из сплава на основе меди; покрытые электроды из сплава на основе никеля; и электроды, покрытые мягкой сталью.Существуют причины для использования каждого из различных конкретных типов электродов, которые включают обрабатываемость наплавки, соответствие цвета наплавке, прочность наплавки и пластичность окончательного сварного шва.

(b) При дуговой сварке чугунными электродами (ECI) предварительно нагрейте до 250–800 ° F (от 121 до 425 ° C), в зависимости от размера и сложности отливки, а также от необходимости обработки наплавки и прилегающих к ней поверхностей. области. Чем выше степень нагрева, тем легче будет обработать наплавленный металл.В общем, лучше всего использовать электроды небольшого размера и относительно низкую настройку тока. Следует использовать дугу средней длины, и, если это возможно, сварку следует выполнять в горизонтальном положении. Следует использовать блуждающую или пропущенную процедуру сварки, а упрочнение поможет снизить напряжения и свести к минимуму деформацию. Рекомендуется медленное охлаждение после сварки. Эти электроды обеспечивают отличное цветовое соответствие серого чугуна. Прочность сварного шва будет равна прочности основного металла. Существует два типа электродов на основе меди: сплав медно-оловянный и медно-алюминиевый.Медно-цинковые сплавы нельзя использовать для электродов для дуговой сварки из-за низкой температуры кипения цинка. Цинк улетучивается в дуге и вызывает пористость металла сварного шва.

(c) При использовании электродов с медной основой рекомендуется предварительный нагрев от 250 до 400 ° F (от 121 до 204 ° C). Следует использовать электроды малого диаметра и слабый ток. Дуга должна быть направлена ​​против наплавленного металла или лужи, чтобы избежать проникновения и смешивания основного металла с металлом сварного шва.После сварки рекомендуется медленное охлаждение. Электроды на медной основе не обеспечивают хорошего соответствия цвета.

(d) Существует три типа никелевых электродов, используемых для сварки чугуна. Эти электроды можно использовать без предварительного нагрева; однако рекомендуется нагревание до 100 ° F (38 ° C). Эти электроды можно использовать во всех положениях; однако рекомендуется горизонтальное положение. Сварочный шлак следует удалять между проходами. Отложения никеля и никелевого железа чрезвычайно пластичны и не станут хрупкими из-за улавливания углерода.Твердость зоны термического влияния можно минимизировать за счет уменьшения проникновения в основной металл чугуна. Упомянутый выше прием, заключающийся в воспроизведении дуги на лужице, а не на основном металле, поможет свести к минимуму разбавление. Медленное охлаждение и, при необходимости, последующий нагрев улучшают обрабатываемость зоны термического влияния. Электроды на никелевой основе не обеспечивают близкого соответствия цвета.

(e) Электроды медно-никелевого типа двух марок. Любой из этих электродов можно использовать так же, как никелевый или железоникелевый электрод, с примерно той же технологией и результатами.Отложения этих электродов не обеспечивают совпадение цвета.

(f) Электроды из мягкой стали не рекомендуются для сварки чугуна, если требуется механическая обработка наплавки. Отложения из мягкой стали собирают достаточно углерода для образования высокоуглеродистых отложений, которые невозможно обработать механической обработкой. Кроме того, наплавка из мягкой стали будет иметь пониженный уровень пластичности в результате повышенного содержания углерода. Этот тип электрода следует использовать только для небольшого ремонта и не должен использоваться, когда требуется механическая обработка.Для небольших ремонтных работ возможен минимальный предварительный нагрев. Для минимизации разбавления и во избежание концентрации усадочных напряжений рекомендуется использовать небольшие электроды при слабом токе. Следует использовать короткие сварные швы в произвольной последовательности, а сварной шов следует как можно быстрее после сварки. Наплавленный электрод из низкоуглеродистой стали обеспечивает хорошее соответствие цвета.

(3) Углеродно-дуговая сварка чугуна . Отливки из чугуна можно сваривать с помощью угольной дуги, чугунного прутка и сварочного флюса для чугуна.Шов следует предварительно нагреть, перемещая угольные электроды по поверхности. Это предотвращает слишком быстрое охлаждение после сварки. Расплавленную лужу металла можно обрабатывать углеродным электродом так, чтобы перемещать любой образующийся шлак или оксиды на поверхность. Сварные швы, выполненные с помощью угольной дуги, охлаждаются медленнее и не так тверды, как сварные швы с использованием металлической дуги и чугунного электрода. Сварные швы поддаются механической обработке.

(4) Газовая сварка на кислородном топливе . Процесс кислородно-топливного газа часто используется для сварки чугуна.Можно использовать большую часть топливных газов. Пламя должно быть нейтральным или слегка уменьшающимся. Следует использовать флюс. Доступны два типа присадочных металлов: чугунные стержни и медно-цинковые стержни. Сварные швы, выполненные подходящим чугунным электродом, будут такими же прочными, как и основной металл. Все эти сварочные покрытия обеспечивают хорошее соответствие цветов. Следует использовать оптимальную процедуру сварки в отношении подготовки стыка, предварительного нагрева и последующего нагрева. Медно-цинковые стержни позволяют производить пайку. Существует две классификации: марганцевая бронза и бронза с низким содержанием дымовых газов.Осажденная бронза имеет относительно высокую пластичность, но не обеспечивает совпадения цветов.

(5) Пайка и сварка припоем .

(a) Пайка используется для соединения чугуна с чугуном и сталью. В этих случаях конструкция соединения должна выбираться для пайки так, чтобы капиллярное притяжение заставляло присадочный металл течь между близко прилегающими деталями. Обычно используется факельный метод. Кроме того, в качестве источников тепла можно использовать угольную дугу, двойную угольную дугу, газо-вольфрамовую дугу и плазменную дугу.Обычно используются два металлических сплава припоя; оба являются сплавами меди и цинка. Для соединения чугуна также можно использовать пайку. При сварке пайкой присадочный металл не втягивается в соединение за счет капиллярного притяжения. Иногда это называют сваркой бронзы. Следует использовать наполнитель с жидкостью выше 850 ° F (454 ° C). Сварка пайкой не обеспечивает совпадения цвета.

(b) Сварка пайкой может также выполняться с помощью дуговой сварки в защитном металлическом корпусе или с помощью дуговой сварки металлическим газом.Предварительный нагрев при высокой температуре обычно не требуется для сварки пайкой, если только деталь не является очень тяжелой или сложной по геометрии. Наплавленный бронзовый металл шва имеет чрезвычайно высокую пластичность, которая компенсирует недостаточную пластичность чугуна. Тепла дуги достаточно, чтобы довести поверхность чугуна до температуры, при которой сплав присадочного металла на основе меди будет сцепляться с чугуном. Поскольку перемешивание материалов незначительное или отсутствует, зона, прилегающая к сварному шву в основном металле, не затвердевает в значительной степени.После завершения сварки сварной шов и прилегающий участок можно обработать. Как правило, для большинства применений достаточно предварительного нагрева до 200 ° F (93 ° C). Скорость охлаждения не очень важна, и термообработка для снятия напряжения обычно не требуется. Этот тип сварки обычно используется для ремонтной сварки автомобильных деталей, деталей сельскохозяйственных орудий и даже блоков и головок автомобильных двигателей. Его можно использовать только в том случае, если отсутствие соответствия цветов не вызывает возражений.

(6) Дуговая сварка металлическим газом .Процесс газовой дуговой сварки может использоваться для сварки ковкого чугуна и углеродистой стали. Можно использовать несколько типов электродной проволоки, в том числе:

(a) Мягкая сталь с использованием 75% аргона + 25% CO ₂ для защиты.

(b) Никель-медь с использованием 100% аргона для защиты.

(c) Кремниевая бронза с использованием 50% аргона + 50% гелия для защиты.

Во всех случаях следует использовать электродную проволоку малого диаметра при слабом токе.При использовании электродной проволоки из мягкой стали выделяется смесь защитного газа аргон-CO ₂ для минимизации проникновения. В случае присадочного металла на основе никеля и присадочного металла на основе меди наплавленный присадочный металл является чрезвычайно пластичным. Низкоуглеродистая сталь обеспечивает хорошее соответствие цвета. Обычно требуется более высокий предварительный нагрев, чтобы снизить остаточные напряжения и склонность к растрескиванию.

(7) Порошковая сварка . Этот процесс недавно стал применяться для сварки чугунов.Более успешным применением была порошковая проволока на никелевой основе. Эта электродная проволока обычно работает с защитным газом CO ₂ , но когда более низкие механические свойства не являются нежелательными, она может работать без внешнего защитного газа. Можно использовать минимальные температуры предварительного нагрева. Этот метод должен минимизировать проникновение в основной металл чугуна. Последующий нагрев обычно не требуется. Подбор цвета не получается.

(8) Шпилька .Трещины в крупных отливках иногда заделывают шпильками (рис. 7-10). В этом процессе трещина удаляется шлифовкой V-образной канавки. Отверстия просверливаются и нарезаются под углом с каждой стороны канавки, и в эти отверстия ввинчиваются шпильки на расстояние, равное диаметру шпилек, при этом верхние концы выступают примерно на 1/4 дюйма (6,4 мм) над канавкой. чугунная поверхность. Шпильки следует герметично приварить на месте с помощью одного или двух валиков вокруг каждой шпильки, а затем связать вместе металлическими швами.Сварные швы следует выполнять короткими отрезками, и каждый отрезок подвергается закалке в горячем состоянии, чтобы предотвратить высокие напряжения или растрескивание при охлаждении. Перед нанесением дополнительного металла каждому бусинке необходимо дать остыть и тщательно очистить. Если метод шипов не может быть применен, края стыка следует вырезать или обработать инструментом с круглым концом, чтобы образовалась U-образная канавка, в которую должен быть наплавлен металл сварного шва.

(9) Для чугуна можно использовать другие способы сварки.Термитная сварка использовалась для ремонта определенных типов деталей станков из чугуна. Пайка может использоваться для соединения чугуна и иногда используется для ремонта небольших дефектов в небольших отливках. Сварку оплавлением можно также использовать для сварки чугуна.

Доверенность