По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.
Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.
По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь - это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые соединяясь с растворенным кислородом, превращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10-15%. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.
В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертерный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т.д. При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащий оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку ведут при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет, кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:
Si +2FeO = SiO2 + 2 Fe + Q
Mn + FeO = MnO + Fe + Q
2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q
C + FeO = CO + Fe – Q
Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий.
Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:
группа А - поставляемая по механическим свойствам;
группа Б - поставляемая по химическому составу;
группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.
В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6. Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6. Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 - условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σв) и текучести (σт) и уменьшается относительное удлинение (δ5).
Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.
В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.
Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.
Если сталь относится к кипящей, ставится индекс "кп", если к полустойкой - "пс", к спокойной - "сп".
Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обзначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.
Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I - с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II - с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.
Для изготовления траверсы желательно использовать сталь Ст3сп, так как она отвечает всем требованиям, предъявляемым к конструкции, толщина не менее 6мм.
3. Описание сварных материалов
1. Общие сведения о металлических (присадочных) материалах
Сварка является одним из ведущих технологических процессов изготовления металлических конструкций.
В большинстве случаев сварки плавлением и при всех наплавочных работах в расплавляемый основной металл вводится добавочный, наплавляемый; в результате их смешивания образуется сварочная ванна. Кристаллизация металла сварочной ванны вследствие прекращения действия источника тепла или его удаления при перемещении приводит к образованию металла сварного шва или наплавки. Введение добавочного металла осуществляется посредством расплавления сварочным источником тепла специальных сварочных материалов. Они могут вводиться в сварочное пространство как энергетически связанными с источником тепла (дуговая сварка плавящимся электродом и электрошлаковая сварка токоведущим электродом), так и автономно, непосредственно не связанными с источниками тепла (газовая сварка, сварка неплавящимся электродом).
При дуговой сварке применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды.
Неплавящиеся электроды изготавливают из вольфрама и его сплавов.
Для плавящихся электродов наиболее распространённым материалом является холоднотянутая калиброванная проволока диаметром 0,3-12 мм, а также горячекатаная или порошковая проволока, электродные ленты и пластины.
Классификация сварочных материалов в связи с их большим разнообразием чрезвычайно затруднена и до настоящего времени не разработана. Вот основные виды плавящихся металлических сварочных материалов:
Электродная проволока
Штучные электроды для дуговой сварки
Пластинчатые и пластино-проволочные электроды для электрошлаковой сварки
Плавящиеся присадочные (добавочные) материалы сплошного сечения
Плавящиеся присадочные материалы трубчатого несплошного сечения и порошки
Присадочные катаные, волоченые, литые стержни и проволока
Трубчатые (порошковые) электродные проволоки
Наплавочные катаные, протянутые проволоки
Наплавочные ленты
Литые стержни
Наплавочные трубчатые (порошковые) проволоки
Наплавочные порошковые ленты.
Не менее велико и качественное разнообразие сварочных материалов различного назначения. Так, одной только стальной электродной проволоки, централизованно поставляемой металлургической промышленностью по ГОСТу 2246--60, имеется около 60 различных составов при различном сортаменте по размерам. Каждый периодический пересмотр этого ГОСТа увеличивает количество включенных в него марок. Кроме того, электродные и присадочные материалы поставляются и по другим ГОСТам: например, около десяти марок сварочной проволоки из алюминия и его сплавов, две марки чугунных присадочных материалов и др. Учитывая присадочные (электродные) материалы, потребляемые сварочным производством по различным ведомственным ТУ и другим техническим документам, общее количество таких материалов по маркам превышает 100.
Плавящиеся сварочные проволоки, стержни и пластины
При сварке под флюсом и в защитных газах и при электрошлаковой сварке применяется проволока без покрытия - голая электродная проволока.
Стальную сварочную проволоку изготавливают по ГОСТ 2246-70*. Сварочная проволока разделяется на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. Всего выпускается 77 марок проволоки. Путем соответствующего выбора состава плавящегося электрода можно изменять состав металла шва - легировать его нужными элементами. Обычно состав сварочной проволоки берется близким к составу свариваемого металла.
Проволока для изготовления электродов для сварки : алюминия и его сплавов маркируется: АО, А1, АД, АД1. АЛц, АМг и т. д., где цифра показывает общее количество примесей (ГОСТ 7871--75). Выпускается также стальная, наплавочная проволока по ГОСТ 10543--82.
Для сварки меди и ее сплавов применяют электроды со стержнями из медной проволоки M1 и М2, бронзы Бр КМцЗ-1 и др. Медь маркируется буквой М, бронзы -- буквами Бр.
Обозначение сварочной проволоки состоит:
1. Указывается диаметр проволоки в миллиметрах.
2. Далее следует индекс «Св» -- сварочная.
3. Цифра за индексом обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента.
4. Обозначение легирующих элементов в проволоке и их количество приняты такими же, как и для марок сталей.
Например, условное обозначение проволоки диаметром 2 мм из низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали, содержащего 1,4-1,7% Mn и 0,60-0,85% Si - 2Св-08ГС.
По виду поверхности низкоуглеродистая и легированная проволока подразделяется на неомедненную и омедненную.
Проволоку поставляют потребителю в мотках, а так же в кассетах, массой от 15 - 80 кг. На каждой бухте крепят металлическую бирку с указанием завода-изготовителя, условного обозначения проволоки, номера партии и клейма технического контроля.
Для сварки вручную проволока рубится на стержни длинной 350-400 мм.
Плавящиеся электродные пластины применяют при электрошлаковой сварке. Это позволяет увеличить производительность процесса.
При ручной дуговой сварке плавящимся электродом сварка производится металлическим электродным стержнем, на поверхность которого путем окунания в жидкую массу или путем опрессовки под давлением наносится специальное электродное покрытие определенного состава и толщины. Электродный стержень с нанесенным на его поверхность слоем покрытия называют электродом.