Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung kann Stahl in zwei Haupttypen eingeteilt werden: Kohlenstoffstahl und legierter Stahl.
Kohlenstoffstahl wird weiter unterteilt in:
1. Kohlenstoffarmer Stahl
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, auch als Weichstahl bezeichnet, ist eine Art von Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25%. Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts wird er auch als weicher Stahl bezeichnet. Festigkeit und Härte.
Zu dieser Kategorie gehören die meisten normalen Kohlenstoffbaustähle und ein Teil der hochwertigen Kohlenstoffbaustähle. Sie werden hauptsächlich für technische Bauteile ohne Wärmebehandlung verwendet. Einige werden für verschleißfeste mechanische Teile einer Aufkohlung und anderen Wärmebehandlungen unterzogen.
2. Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt weist gute Wärmebehandlungs- und Zerspanungseigenschaften auf, aber seine Schweißbarkeit ist schlecht. Seine Festigkeit und Härte sind höher als bei Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, aber seine Plastizität und Zähigkeit sind geringer.
Es kann direkt ohne Wärmebehandlung oder nach einer Wärmebehandlung verwendet werden. Abgeschreckt und vergütet Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hat ausgezeichnete umfassende mechanische Eigenschaften. Die höchste erreichbare Härte ist etwa HRC55 (HB538), mit einer Zugfestigkeit von 600 bis 1100 MPa.
Daher wird Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und mittlerer Festigkeit nicht nur als Baumaterial, sondern auch in großem Umfang für die Herstellung verschiedener mechanischer Teile verwendet.
3. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, oft auch als Werkzeugstahl bezeichnet, hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,60% bis 1,70%. Er kann gehärtet und angelassen werden, ist aber schlecht schweißbar.
Werkzeuge wie Hämmer und Brechstangen werden aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,75% hergestellt; Schneidewerkzeuge wie Bohrer, Gewindebohrer und Reibahlen werden aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,90% bis 1,00% hergestellt.
Die Schweißbarkeit von Stahl hängt hauptsächlich von seiner chemischen Zusammensetzung ab, wobei Kohlenstoff das einflussreichste Element ist.
Mit anderen Worten: Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die Schweißbarkeit des Metalls. Die meisten anderen Legierungen Elemente in Stahl behindern das Schweißen ebenfalls, aber ihre Auswirkungen sind im Allgemeinen viel geringer als die von Kohlenstoff.
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist im Allgemeinen gut schweißbar und erfordert keine besonderen Verfahrensmaßnahmen.
Bei der Arbeit mit dicke PlattenBei niedrigen Temperaturen oder hohen Anforderungen ist es notwendig, mit alkalischen Elektroden zu schweißen und eine angemessene Vorwärmung durchzuführen.
Wenn der Kohlenstoff- und Schwefelgehalt in kohlenstoffarmen Stählen nahe der Obergrenze liegt, sollten nicht nur hochwertige Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt und Maßnahmen zum Vor- und Nachwärmen verwendet werden, sondern auch die Rillenform sollte angemessen gewählt und das Schmelzverhältnis reduziert werden, um Heißrisse zu vermeiden.
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt neigt zur Entwicklung kalte Risse beim Schweißen. Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, desto größer ist die Tendenz zur Verfestigung in der Wärmeeinflusszone und desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Kaltrissen, was zu einer schlechteren Schweißbarkeit führt.
Mit steigendem Kohlenstoffgehalt im Grundwerkstoff nimmt auch der Kohlenstoffgehalt im Schweißgut zu. In Verbindung mit der nachteiligen Wirkung von Schwefel, heiße Risse können sich leicht in der Schweißnaht bilden.
Daher sollten beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt Elektroden mit guter Rissbeständigkeit verwendet werden, und es sollten Maßnahmen wie Vor- und Nachwärmen ergriffen werden, um die Rissneigung zu verringern.
Beim Schweißen von kohlenstoffreichem Stahl entstehen aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts erhebliche Schweißspannungen. Die Wärmeeinflusszone neigt dazu, sich zu verhärten und Kaltrisse zu entwickeln, und die Schweißnaht ist anfälliger für Heißrisse.
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt neigt beim Schweißen eher zur Bildung von Heißrissen als Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und ist damit der am schlechtesten schweißbare Stahl.
Daher wird es im Allgemeinen nicht zum Schweißen von Strukturen verwendet, sondern nur zum Reparaturschweißen oder Auftragen von Gussstücken. Nach dem Schweißen sollte die Schweißnaht getempert werden, um Spannungen zu beseitigen, die Struktur zu stabilisieren, Risse zu verhindern und die Leistung der Schweißnaht zu verbessern.
Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bezieht sich auf Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25% bis 0,60%, der hochwertigen Kohlenstoff umfasst. Baustahlsorten wie 30, 35, 45, 50, 55 und gegossene Kohlenstoffstahlsorten wie ZG230-450, ZG270-500, ZG310-570 und ZG340-640.
Aufgrund des höheren Kohlenstoffgehalts in Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt im Vergleich zu Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist seine Schweißbarkeit schlechter. Wenn der Massenanteil an Kohlenstoff nahe bei 0,30% liegt und der Mangangehalt nicht hoch ist, ist die Schweißbarkeit immer noch gut, aber wenn der Kohlenstoffgehalt steigt, verschlechtert sich die Schweißbarkeit allmählich.
Wenn der Massenanteil an Kohlenstoff etwa 0,50% erreicht, verschlechtert sich die Schweißbarkeit erheblich.
Beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt können die folgenden Probleme auftreten:
Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts im Stahl kann die Wärmeeinflusszone leicht hart und spröde werden Martensitgefüge während des Schweißens, was zu Kaltrissen führt.
Wenn ungeeignete Schweißmaterialien verwendet werden oder die Schweißverfahren nicht richtig formuliert ist, können auch in der Schweißnaht leicht Kaltrisse entstehen.
Beim Schweißen schmilzt der kohlenstoffreiche Grundwerkstoff und bringt Kohlenstoff in die Schweißnaht ein, wodurch sich der Kohlenstoffgehalt in der Schweißnaht erhöht. Kohlenstoff kann die Wirkung von Schwefel und Phosphor in Metallen verstärken und Heißrisse verursachen.
Daher können beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt leicht Heißrisse in der Schweißnaht auftreten. Dies gilt insbesondere, wenn der Schwefel- und Phosphorgehalt im Grundwerkstoff oder Schweißmaterial werden nicht streng kontrolliert, was das Auftreten von Heißrissen wahrscheinlicher macht.
Außerdem kann der hohe Kohlenstoffgehalt des Stahls die Neigung der Schweißnaht zur Bildung von CO-Gasporen erhöhen.
Da Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt dazu neigt, beim Schweißen Fehler wie Kalt- und Heißrisse zu bilden, müssen besondere technische Maßnahmen ergriffen werden, um ein erfolgreiches Schweißen zu gewährleisten.
Für das Schweißen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt können verschiedene Lichtbogenverfahren eingesetzt werden Stahlschweißen. Da Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt in der Regel für die Herstellung von Maschinenteilen und nicht für großflächige Schweißkonstruktionen verwendet wird, ist der Schutzgaseinsatz Lichtbogenschweißen wird am häufigsten verwendet.
Um die Bildung von Kalt- und Heißrissen in der Schweißnaht zu verhindern, werden in der Regel wasserstoffarme Elektroden in geschützten Metallbogen Schweißen. Diese Elektroden sorgen nicht nur für einen niedrigen Wasserstoffgehalt in der Schweißnaht, sondern wirken auch entschwefelnd und entphosphorierend, was die Plastizität und Zähigkeit der Schweißnaht erhöht.
Wenn der Stahl einen geringeren Kohlenstoffgehalt hat und die Verbindung eine geringere Steifigkeit aufweist, können Rutil- oder basische Elektroden verwendet werden. Es sollten jedoch strenge technische Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. die Minimierung des Schmelzverhältnisses, das strikte Vorwärmen des Werkstücks und die Kontrolle der Zwischenlagentemperatur.
Wenn ein Vorwärmen nicht möglich ist, können Elektroden aus austenitischem rostfreiem Stahl, wie E308L-16 (A102), E308L-15 (A107), E309-16 (A302), E309-15 (A307), E310-16 (A402), E310-15 (A407), verwendet werden.
Das Vorwärmen ist die wirksamste Technik, um beim Schweißen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt Risse zu verhindern. Durch das Vorwärmen wird nicht nur die Abkühlungsgeschwindigkeit der Verbindung verringert und die Bildung von Martensit verhindert, sondern auch die Schweißspannung reduziert und die Wasserstoffdiffusion beschleunigt.
In den meisten Fällen ist ein Vorheizen und Aufrechterhalten der Zwischenlagentemperatur erforderlich.
Die Wahl der Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen richtet sich nach dem Kohlenstoffäquivalent des Stahls, der Dicke des Grundmetalls, der Steifigkeit der Struktur und der Art der Elektrode.
Die Vorwärmtemperatur kann durch Schweißversuche oder durch die empirische Formel T0=550(C-0.12)+0.4δ bestimmt werden. In dieser Formel steht T0 für die Vorwärmtemperatur (℃), C für den Massenanteil von Kohlenstoff im zu schweißenden Grundwerkstoff (%) und δ für die Dicke des Stahlplatte (mm).
Die Vorwärm- und Zwischenlagentemperaturen für das Schweißen von 30er, 35er und 45er Stahl können in Tabelle 1 nachgeschlagen werden.
Tabelle 1 Vorwärmtemperatur und Anlasstemperatur nach dem Schweißen für Kohlenstoff Stahlschweißen
| Stahlsorte | Dicke der Schweißnaht /mm | Ablauf der Operation | Schweißdraht Kategorie | Hinweis | |
| Vorwärmung Zwischenlagentemperatur /℃ | Spannungsarmglühen Temperatur /℃ | ||||
| 30 | -25 | >50 | 600-650 | Schweißdraht ohne niedrigen Wasserstoffgehalt | 1. Der Heizbereich auf beiden Seiten der Nut für die lokale Vorwärmung beträgt 150-200mm 2. Während des Schweißvorgangs kann das Hämmern zur Reduzierung der Schweißung eingesetzt werden. Eigenspannung. |
| Schweißdraht mit niedrigem Wasserstoffgehalt | |||||
| 35 | 25-50 | >100 | Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt | ||
| >150 | Nicht wasserstoffarmer Typ | ||||
| 50-100 | >150 | Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt | |||
| 45 | -100 | >200 | Typ mit niedrigem Wasserstoffgehalt | ||
Das Werkstück sollte idealerweise eine U- oder V-förmige Rille aufweisen, um den Anteil des Grundmetalls zu verringern, der in die Schweißnaht schmilzt. Bei der Reparatur von Gussfehlern sollte die Auskehlung eine glatte Außenseite haben, um den Anteil des Grundmetalls, der in die Schweißnaht schmilzt, zu minimieren.
Zum Schweißen sollte eine Gleichstromversorgung mit umgekehrter Polarität verwendet werden. Beim Mehrlagenschweißen sollten Elektroden mit kleinem Durchmesser, niedrigem Strom und langsamer Schweißgeschwindigkeit verwendet werden, da der Anteil des Grundmetalls, der in die erste Lage der Schweißnaht schmilzt, bis zu 30% betragen kann.
Nach dem Schweißen sollte das Werkstück idealerweise sofort einer Spannungsarmglühung unterzogen werden. Dies ist besonders wichtig bei Schweißnähten mit großen Dicken, sehr steifen Strukturen und Schweißnähten, die dynamischen oder Stoßbelastungen ausgesetzt sind.
Die Temperatur zum Stressabbau Glühen liegt im Allgemeinen zwischen 600 und 650 Grad Celsius.
Wenn eine Spannungsarmglühung nicht unmittelbar nach dem Schweißen durchgeführt werden kann, sollte eine Nacherwärmung erfolgen, bei der etwas über die Vorwärmtemperaturmit einer Haltezeit von etwa 1 Stunde pro 10 mm Dicke.
(I) 35 Stahl und ZG270-500 Kohlenstoffstahlguss
Der Massenanteil des Kohlenstoffs in Stahl 35 beträgt 0,32% bis 0,39%, der in Kohlenstoffstahlguss ZG270-500 beträgt 0,31% bis 0,40%. Das Kohlenstoffäquivalent beträgt etwa 0,45%, daher ist die Schweißbarkeit dieses Stahlsorte ist akzeptabel.
In der Wärmeeinflusszone beim Schweißen entsteht jedoch eine harte und spröde martensitisches Gefüge bilden, die zur Rissbildung neigen. Daher sollten beim Schweißen dieser Stahlsorte bestimmte technische Maßnahmen getroffen werden.
Beim Elektroden-Lichtbogenschweißen, wenn ein Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie das Grundmaterial erforderlich ist, können die Schweißdrähte E5016 (J506) oder E5015 (J507) verwendet werden. Wenn eine Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie der Grundwerkstoff nicht erforderlich ist, können die Schweißdrähte E4316 (J426), E4315 (J427), E4303 (J422), E4310 (J423) usw. gewählt werden.
Für das Unterpulverschweißen können die Flussmittel HJ430 oder HJ431 und die Drähte H08MnA oder H10Mn2 gewählt werden.
Für das Schlackenschweißen können die Flussmittel HJ430, HJ431, HJ360 und die Drähte H10Mn2, H08Mn2Si, H08Mn2SiA gewählt werden.
Beim Schweißen von Stahl 35 und Stahlguss ZG270-500 liegen die typische Vorwärmtemperatur und Zwischenlagentemperatur für die geschweißten Teile bei etwa 150℃. Wenn die Steifigkeit der geschweißten Teile relativ groß ist, sollten die Vorwärmtemperatur und die Zwischenlagentemperatur auf 200-250℃ erhöht werden.
Der Heizbereich für die lokale Vorwärmung beträgt 150-200 mm auf beiden Seiten der Nut.
Bei geschweißten Teilen mit großer Dicke, hoher Steifigkeit oder bei dynamischen oder Stoßbelastungen sollte unmittelbar nach dem Schweißen ein Spannungsarmglühen durchgeführt werden. Die Glühtemperatur beträgt im Allgemeinen 600-650 °C.
Bei geschweißten Teilen allgemeiner Dicke kann eine Nacherwärmung vorgenommen werden, um die Diffusion von Wasserstoff zu ermöglichen.
Die Nachwärmtemperatur beträgt in der Regel 200-350℃, und die Haltezeit beträgt 2-6 Stunden, je nach Dicke der geschweißten Teile.
(II) 45 Stahl und ZG310-570 Kohlenstoffstahlguss
Der Massenanteil von Kohlenstoff in Stahl 45 beträgt 0,42% bis 0,5% und in Stahlguss ZG310-570 0,41% bis 0,50%. Das Kohlenstoffäquivalent liegt bei 0,56%. Dieser Stahl neigt stärker zur Verhärtung und ist rissanfällig, so dass er sich relativ schlecht schweißen lässt.
Für das Elektroden-Lichtbogenschweißen sollten Schweißdrähte mit niedrigem Wasserstoffgehalt gewählt werden. Wenn eine Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie der Grundwerkstoff erforderlich ist, können die Schweißdrähte E5516-G (J556) oder E5515-G (J557) verwendet werden.
Wenn eine Schweißnaht mit gleicher Festigkeit wie das Grundmaterial nicht erforderlich ist, können die Schweißdrähte E4316 (J426), E4315 (J427), E5016 (J506), E5015 (J507), E4303 (J422), E4301 (J423) usw. gewählt werden.
Für das Unterpulverschweißen können die Flussmittel HJ350 oder SJ101 und die Drähte H08MnMoA gewählt werden.
Beim Schweißen von 45er-Stahl und ZG310-570-Kohlenstoffstahlguss sollte ein kleinerer Schweißstrom gewählt werden, um das Schmelzverhältnis der Schweißnaht zu verringern und die Menge an Kohlenstoff, die vom Grundwerkstoff in die Schweißnaht übergeht, zu reduzieren.
Beim Schweißen dieser Art von Stahl ist es am besten, das gesamte Stück auf eine Temperatur von über 200℃ vorzuwärmen.
Da bei T-Verbindungen die Wärmeabfuhr in mehrere Richtungen erfolgt als bei stumpfen Verbindungen, ist die Abkühlgeschwindigkeit der geschweißte Verbindung wird zunehmen, wodurch sich die Tendenz zur Bildung von Kaltrissen erhöht.
Daher sollte die Vorwärmtemperatur je nach Dicke der geschweißten Teile angemessen auf 250-400℃ erhöht werden.
Die Zwischenlagentemperatur sollte nicht niedriger sein als die Vorwärmtemperatur.
Nach dem Schweißen sollten die geschweißten Teile sofort spannungsarm geglüht werden. Die Glühtemperatur beträgt 600-650℃.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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