Сварка высоколегированных сталей

 

   высокое удельное электросопротивление рассматриваемых сталей по сравнению

   с углеродистыми требует применения уменьшенных вылетов проволоки при

   механизированных  способах сварки, укороченных электродов и меньшей

   плотности  сварочного тока при ручной  дуговой сварке;

 

   пониженная  теплопроводность приводит к  увеличению глубины проплавления  и

   должна  быть учтена при выборе режимов  сварки;

 

   повышенное  тепловое расширение приводит  к короблению изделий. Для снижения

   коробления  следует использовать способы,  режимы и технику сварки,

   обеспечивающие максимальную концентрацию тепловой энергии;

 

   для уменьшения угара легирующих элементов (титана и ниобия как

   карбидообразующих в коррозионностойких швах; хрома, кремния, молибдена и

   других  как ферритизаторов) ручную сварку необходимо вести короткой дугой

   без  поперечных колебаний, а при  сварке в защитных газах принимать  меры,

   предупреждающие  окисление зоны сварки;

 

   насыщение  металла шва водородом при  сварке высокохромистых мартенистых и

   мартенсито-ферритных сталей может привести к образованию холодных трещин.

   В случае  сварки высоколегированных сталей  водород приводит к появлению  в

   швах  пор. Рекомендуется не допускать  попадания влаги и загрязнений  на

   свариваемые  кромки и удалять влагу из  газов, флюсов, покрытий электродов.

   Электроды  и флюсы прокаливают при температуре  4500С в течение 2 ч. Не

   ранее  чем за 2…3 ч. До сварки. Использование  постоянного тока обратной

   полярности, фторидных флюсов и электродов  с фтористо-кальциевым покрытием

   так  же способствует уменьшению пористости;

 

   применение  сварочных проволок из стали  вакуумного или электрошлакового

   переплава,  содержащих минимальное количество  вредных примесей, снижает

   вероятность  образования в шве горячих  трещин при сварке стабильно

   аустенитных сталей. Режимы и приёмы сварки должны обеспечивать снижение

   доли  участия основного металла в  металле шва и повышенный коэффициент

   формы  шва;

 

   остатки  шлака на поверхности и повреждение  основного металла в результате

   попадания  брызг, возбуждения дуги, плохо  заваренных кратеров могут усилить

   коррозию. Следует избегать подобных повреждений;

 

   остающиеся  подкладки и непровары в корне шва, обращённом к агрессивной

   среде,  могут быть очагами коррозии, что недопустимо при изготовлении

   кислородной  аппаратуры. При использовании для  подготовки кромок

   кислородно-дуговой  и плазменной резки необходимо  следить за тщательным

   удалением  грата в местах реза. Зона нагрева,  образующаяся при этих

   способах подготовки кромок и применение шлифовальных кругов, может снизить

   коррозийную  стойкость сварного соединения. Воздушно-дуговая резка для

   подготовки  кромок и удаления дефектов  шва недопустима в связи с

   науглероживанием  кромок;

 

   для  предупреждения различных видов  коррозии в сварных соединениях  при

   сварке  коррозийностойких сталей следует уменьшить перегрев, при

   многослойной  сварке перед последующим проходом  охлаждать сварное

   соединение  до температуры окружающей среды.  Следует учитывать, что даже

   небольшие  отклонения состава металла шва,  наблюдаемые на жаропрочных

   сталях после высокого отпуска, могут привести к значительному снижению их

   служебных  характеристик.

 

   Сварка  высокохромистых сталей мартенситного  и мартенситно-ферритного типа

   можно  осуществлять по двум схемам. По первой схеме сварочные  материалы

   должны  обеспечивать максимальное сходство  химических составов металла  шва

   и основного  металла. После соответствующей  термической обработки сварное

   соединение  имеет свойства, приближающиеся  к свойствам основного металла.

   Для  предупреждения образования холодных  трещин сварку выполняют с

   предварительным  или сопутствующим подогревом  до температуры 200…4500С.

   Температура  подогрева тем выше, чем выше  в стали содержание углерода,

   жёсткость узлов и толщина металла (подогрев не требуется при

   электрошлаковой  сварке).

 

   Когда  подогрев или последующий отпуск  невозможен, применяют сварку по

   второй  схеме, используя сварочные материалы,  образующие металл шва с

   аустенитной или аустенитно-ферритной структурой. В этом случае шов имеет

   высокие  пластические свойства, но сварное  соединение структурно

   неоднородно.  Неоднородность увеличивается с  течением времени. Когда

   изделие  эксплуатируют при повышенных  температурах. При этом не обеспечена

   и равная  прочность сварного соединения.

 

   При  сварке высокохромистых ферритных  сталей основная трудность -

   интенсивный  рост зерна в околошовной зоне, вызывающий хрупкость и снижение

   ударной  вязкости.

 

   Сварку  таких сталей также осуществляют  по двум рассмотренным ранее  схемам.

   При  сварке по первой схеме хрупкость  может наблюдаться и в металле  шва.

   Применяя  сварку по второй схеме, получают  металл шва с

   мартенситно-ферритной  структурой. Для предупреждения  холодных трещин

   сварку  выполняют с предварительным  и сопутствующим подогревом до

   температуры  120…1800С.

 

   При  сварке сталей с высоким содержанием  хрома (25…30%) получают в шве

   двухфазную  аустенитно-ферритную структуру,  используя хромоникелевые

   электроды  и проволоки.

 

   Хромоникелевые  аустенитные стали и сплавы в отожжённом состоянии и

   аустенитно-мартенситные  стали обычно сваривают двухфазными

   аустенитно-ферритными  швами для предупреждения образования  горячих трещин.

   С этой  же целью применяют способы  и режимы сварки, способствующие

   измельчению  зёренной структуры металла шва и уменьшению напряжения усадки.

 

   При  сварке высокопрочных сталей  могут возникнуть холодные трещины  в

   околошовной зоне, а при сварке жаростойких сталей такие трещины могут

   появиться  в металле шва. Предварительный  и сопутствующий нагрев до

   температуры  250..5500С могут предупредить их  образование.

 

   Ручная  дуговая сварка. Её осуществляют  на постоянном токе обратной

   полярности (см. табл.1). Кромки подготавливают  и собирают под сварку так

   же, как и при сварке на углеродистых сталях. Выбор марки электрода зависит

   от  марки свариваемой стали и  конкретных условий эксплуатации  конструкции.

 

                                                                      Табл. 1

 

     Ориентировочные режимы ручной  дуговой сварки высоколегированных  сталей

 

   +------------------------------------------------------------------------+

   |             | Электрод  |  Сила сварочного  тока, А, при   |            |

   |   Толщина   |           |        положении сварки         |            |

   | металла,  мм |-----------+---------------------------------+------------|

   |             || диаметр, | длинна, | нижнем | вертикальном | потолочном |

   |             ||    мм    |   мм    |        |              |            |

   |-------------||----------+---------+--------+--------------+------------|

   |             ||          | 222 или  |        |              |            |

   |    До 2     ||    2     |   250   | 30-50  |      -       |     -      |

   |             ||          |         |        |              |            |

   |    2,5-3    ||    3     |   250   | 70-100 |    50-80     |   45-75    |

   |             ||          |         |        |              |            |

   |     3-8     ||   3-4    | 250 или | 85-140 |    75-130    |   65-120   |

   |             ||          |   350   |        |              |            |

   |    8-12     ||   4-5    |         | 85-160 |    75150     |   65-130   |

   |             ||          | 350 или  |        |              |            |

   |             ||          |   450   |        |              |            |

   +------------------------------------------------------------------------+

 

   При  сварке высоколегированных сталей  и сплавов основное легирование

   наплавленного  металла обеспечивается за счёт  металла электродного стержня.

   Дополнительное  легирование осуществляется введением  легирующих компонентов

   в покрытие  электрода.

 

   Сварка  под флюсом. При изготовлении  изделий из металлов толщиной 5…50 мм

   этот  способ сварки ведущий. Постоянная  глубина проплавления по всей  длине

   шва  и, следовательно, постоянный  состав металла шва, отсутствие  кратеров,

   вызванных  сменой электродов, и чешуйчатости  на поверхности швов,

   благоприятная  форма швов - преимущества сварки  под флюсом по сравнению с

   ручной  дуговой сваркой покрытыми электродами.  Однако применение этого

   способа  вызывает трудности при сварке  кольцевых стыков труб диаметром

   менее  250 мм. Трудно осуществить и предварительный  или сопутствующий

   подогрев.

 

   Из-за  более низкой температуры плавления  и низкой теплопроводности

   высоколегированных  сталей и сплавов для получения  той же глубины

   проплавления, что и при сварке низколегированных  сталей, сварочный ток

   должен  быть уменьшен на 10…30%. Из-за повышенного электросопротивления

   вылет  электрода уменьшают в 1,5…2  раза по сравнению со сваркой

   низкоуглеродистой  стали. Поскольку для предупреждения  образования горячих

   трещин  швы должны быть небольшого  сечения, рекомендуется использовать

   электродную  проволоку диаметром 2…3 мм. При  использовании фторидных флюсов

   сварку  ведут на постоянном токе обратной  полярности, при использовании

   высокоосновных  бесфтористых флюсов - на токе прямой полярности.

 

   Электрошлаковая  сварка. Из-за специфических особенностей  этого способа

   сварки (малая скорость перемещения источника нагрева и направленная

   кристаллизация  металла сварочной ванны) понижается  вероятность образования

   в шве  горячих трещин и уменьшаются  угловые коробления изделия. Однако

   увеличенная  ширина околошовной зоны, длительное пребывание свариваемого

   металла  при повышенных температурах  приводят к необратимым изменениям  в

   структуре  и свойствах сварных соединений. В результате снижаются

   прочностные  и пластические свойства металла,  а в околошовной зоне

   теплоустойчивых  сталей могут возникнуть локальные  разрушения. В

   околошовной зоне коррозийностойких сталей может наблюдаться ножевая

   коррозия, для предотвращения которой следует  выполнять термическую

   обработку  изделий (закалка или стабилизирующий  отжиг). Применение флюсов

   не  исключает угара легирующих элементов,  поэтому в ряде случаев необходимо

   поверхность  шлаковой ванны защищать инертным  газом. Короткие швы на

   металле большой толщины рекомендуется сваривать пластинчатым электродом, а

   протяжённые  швы - проволочным.

 

   Сварка  вольфрамовым электродом. Такая  сварка в инертных газах или  их

   смесях  отличается минимальным угаром  легирующих элементов, что важно  для

   высоколегированных  сталей. Сварку выполняют на постоянном  токе прямой

   полярности (за исключением сталей с большим содержанием алюминия, которые

   сваривают  на переменном токе). Толщина свариваемого  металла не более 5…7

   мм. Хорошее формирование обратного валика позволяют рекомендовать сварку

   вольфрамовым  электродом для выполнения корневых  швов на сталях повышенных

   толщин (остальные валики могут выполняться под флюсом, покрытыми

   электродами  или плавящимся электродом в  защитных газах). Сварку можно

   вести  непрерывно или импульсной дугой,  вручную, механизировано или на

   автоматически  на режимах, приведённых в таблице  2.

 

                                                                      Табл. 2

 

         Примерные режимы аргонодуговой  сварки вольфрамовым электродом

                           высоколегированных сталей

 

   +------------------------------------------------------------------------+

   |   Толщина   |                    |    Сила    |   Расход    | Скорости |

   | металла,  мм |   Тип соединения   | сварочного | аргона, л/с | сварки,  |

   |             |                    |  тока, А   |             |   м/ч    |

   |------------------------------------------------------------------------|

   |                             Ручная сварка                              |

   |------------------------------------------------------------------------|

   |      1      |                    |   35-60    |  0,06-0,07  |    -     |

   |             |                    |            |             |          |