Интернет журнал о промышленности и технологиях

Особенности технологий сварки легированных, аустенитных и жаропрочных сталей

Опубликовано: 06.09.2018

В целях придания металлу определенных физико-механических свойств и изменения его строения проводится легирование металла. В результате данного процесса удается повысить твердость, износостойкость, а также придать металлу высокую стойкость к коррозии. В качестве основных легирующих элементов выступают никель, хром, марганец, молибден, вольфрам, кремний. В зависимости от количества легированных элементов стали делятся на:

— низколегированные (содержание легирующего элемента составляет менее 5%); — среднелегированные (5-10%); — высоколегированные (более 10%).

Соответственно, сварка легированных сталей проводится с учетом их состава.

Технология сварки низколегированных сталей

Основными критериями свариваемости низколегированных сталей является сопротивляемость сварных соединений хрупкому разрушению и холодным трещинам. Как правило, в таких металлах в ограниченном количестве содержаться C, Ni, Si, S и P, поэтому их сварка требует соблюдения особых режимов и использования присадочных материалов, которые позволяют избежать появления трещин.

В зависимости от максимальной и минимальной скоростей охлаждения металла околошовной зоны определяются необходимая температура предварительного подогрева и диапазон режимов сварки. Учитывать максимальную скорость охлаждения низколегированных металлов надо для того, чтобы не допустить образования в околошовной зоне холодных трещин.

При ручной электродуговой сварке низколегированных сталей используются электроды с низко-водородным фторо-кальциевом покрытии. Наиболее широко применяются электроды типа Э 70, соответствующие ГОСТу 9467-75.

Сварка должна выполняться постоянным током при обратной полярности. При этом необходимо следить, чтобы наплавленный электродами металл соответствовал следующему химическому составу (в процентах):

— Ni – 1,3…1,8; — Mo – 0,2…0.4; — Cr – 0,6…1,0; — Mn – 0.8…1,2; — S – до 0,03; — Si – 0,2…0.4; — Р – до 0,03; — С – до 0,10.

Выбор сварочного тока осуществляется в соответствии с диаметром и маркой электрода. Также необходимо учитывать расположение шва в пространстве, толщину свариваемого металла и вид соединения. Сварка технологических участков должна проводиться без перерывов, при этом температура сварного соединения не должна опуститься ниже температуры предварительного подогрева. Кроме того, не допускается его нагрев выше 200 градусов перед выполнением следующего прохода.

к меню ↑

Сварка под флюсом низколегированных сталей

Технология данного способа сварки предполагает использование постоянного тока обратной полярности. Также нужно соблюдать следующие условия:

— максимальная сила тока не должна превышать 800 А; — максимальное напряжение дуги – не более 40 В; — скорость сварки – 13-30 м/ч.

При соединении низколегированных металлов толщиной до 8 мм применяется односторонняя однопроходная сварка, которая выполняется на флюсовой подушке или на остающейся стальной подкладке.

Для швов таких сталей, сваренных под флюсом, характерна высокая стойкость к коррозии в морской воде, что обеспечивается за счет активного участия в процессе основного металла, а также высокого содержания легирующих элементов.

к меню ↑

Газовая сварка

При газовой сварке низколегированных металлов стоит учитывать, что она характеризуется повышенным выгоранием легирующих примесей и разогревом свариваемых кромок, а также пониженной стойкостью к коррозии. В результате полученные сварные соединения обладают более низкими качествами по сравнению с другими способами сварки легированных сталей.

Поэтому для повышения механических свойств шва целесообразно применять проковку при температуре 800-850 градусов, после чего проводится нормализация.

В качестве присадочных материалов для низколегированных сталей при газовой сварке применяется проволока марок Св-08, Св-08А, СВ-10Г2, для ответственных швов – и Св-18ХМА и Св-18ХГС.

В то же время одним из эффективных способов соединения низколегированных сталей считается их сварка в углекислом газе с одновременным применением порошковой проволоки .

к меню ↑

Многослойная и электрошлаковая

Для качественного соединения толстых низколегированных металлов часто используется многослойная сварка, которая проводится с небольшими отрезками времени между слоями. При необходимости соединения кромок разной толщины выбор сварочного тока подбирается по кромке большей толщины. Соответственно, большая часть зоны дуги должна быть направлена на эту кромку.

Затем металл нагревается до 650-680 градусов, что позволяет повысить твердость шва и всей околошовной зоны. Время выдержки при данной температуры рассчитывается исходя из толщины легированных сталей (на каждые 25 мм приходится 1 час), после чего металл охлаждается на воздухе или горячей воде.

Для изготовления крупногабаритных изделий из легированных металлов используется электрошлаковая сварка. В этом случае толщина стали может составлять 30-160 мм. Соединение производится с помощью флюса АН-8 и проволоками Св-10Г2 и Св-08ГС.

Преимуществом такого метода является возможность отказаться от дальнейшей термообработки готовых конструкций. Сварка ведется при более быстром режиме подачи сварочной проволоки, также увеличивается скорость поперечных движений электрода. При этом возрастает и время выдержки у ползунов.

к меню ↑

Технология сварки высоколегированных металлов

В зависимости от состава легирования выделяют жаропрочные, жаростойкие и коррозионностойкие стали. Основными легирующими элементами являются хром (не менее 16%) и никель (не менее 7%), однако на структуру также влияет содержание аустенизаторов (C, B, Co, Cu) и других элементов-ферритизаторов (Si, Al, W, Mo, Ti, V) .

Жаропрочной считается сталь, если она способна в течение длительного времени выдерживать нагрузки при нагреве. Для этого в ее состав легируется молибден (до 7%). Жаростойкая сталь эффективно противостоит химическому разрушению в газовых средах, где температура достигает 1100-1150 градусов.

С учетом данных особенностей к сварным соединениям в каждом случае предъявляются свои требования.

к меню ↑

Сварка аустенитных сталей

Основная особенность сварки аустенитных легированных сталей заключается в том, что они имеют склонность к образованию горячих трещин в шве и околошовной зоне. Кроме того, по причине больших коэффициентов линейного расширения и усадки происходит пластическая деформация металла, что может привести к упрочнению первых слоев металла и околошовной зоны, т.н. явлению самонаклепа. Поэтому при сварке выбираются такие режимы термической обработки, которые обеспечивают снятие самонаклепа, а также гомогенизацию структуры сварного соединения.

При соединении данных легированных сталей металл необходимо защищать от попадания него брызг самого металла и шлака, иначе они повреждают поверхность, что приводит к ослаблению конструкции и появлению коррозии. Для этого околошовная зона покрывается специальным защитным покрытием (кремнийорганический лак или грунт ВЛ-02, ВЛ-023).

к меню ↑

Особенности различных методов сварки высоколегированных сталей

Дуговая сварка данных легированных сталей, чаще всего, предполагает использованием электродов с фтористокальциевым покрытием, что обеспечивает образования шва с оптимальным химическим составом. Этот вид электродов обязывает применение тока обратной полярности. В целях снижения вероятности образования трещин технология сварки требует тщательной прокалки электродов.

Высоколегированные стали подвержены существенной межкристаллической коррозии, поэтому газовое соединение не рекомендуется. Исключение составляют жаростойкие и жаропрочные варианты с толщиной 1-2 мм. В этом случае сварка легированных металлов осуществляется нормальным пламенем с мощностью 70-75 л/ч на 1 мм толщины. Стоит учитывать, что в сварных соединениях могут появиться значительные коробления.

Для соединения высоколегированных сталей толщиной 3-50 мм оптимальным вариантом считается использование сварки под флюсом, так как она обеспечивает высокую стабильность свойств и состава металла всей длины шва. Данное свойство достигается за счет отсутствия частых кластеров, которые обычно образуются при смене электродов, а также равномерным плавлением электродной проволоки.

Кроме того, сварка сталей под флюсом снижает трудоемкость подготовительных работ, ведь разделка кромок происходит на металле с толщиной более 12 мм.

Технология и режимы соединения высоколегированных сталей по сравнению со сваркой низколегированных сталей имеет ряд дополнительных особенностей. Для недопущения перегрева металла, соответственно, укрупнения структуры и возможности образования трещин сварка выполняется швами небольшого сечения. Поэтому используются сварочные проволоки с диаметром 2-3 мм, а по причине высокого электросопротивления аустенитных сталей вылет электрода уменьшается в 1,5-2 раза.

к меню ↑

Сварка жаропрочных сталей

Для этого вида легированных сталей в основном используется дуговая сварка вольфрамовым электродом, которая проходит в среде защитных газов (аргон или гелий). Также широко применяется механизированная аргонодуговая сварка неплавящимися и плавящимися электродами и автоматическая сварка под флюсом.

По сравнению со сваркой в гелиевой защитной среде сварка в аргоновой среде отличается меньшим расходом газа, меньшим напряжением дуги и большим сварочным током.

Технология сварки легированных жаропрочных сталей требует их соединения в состоянии после закалки. Для этого металл нагревается до температуры 1050-1100 градусов, а затем резко охлаждается.

Может также применяться плазменная сварка, которая отличается малым расходом защитного газа и возможностью получения плазменных струй разнообразного сечения. Такой метод подходит как для тонколистовых материалов, так для металла с толщиной до 12 мм.

Похожие статьи
rss