Сварка сталей

СВАРКА СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Среднелегированные стали (ГОСТ 4543-71) обладают высоким значением временного сопротивления разрыву (600-2000 МПа) и высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние; поэтому их применяют для конструкций, работающих при низких или высоких температурах, при ударных или знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и в других тяжелых условий.

Среднелегированные стали (20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСНА, 30ХН2МФА), чувствительны к нагреву, при сварке они могут закаливаться, перегревается, образовывать холодные трещины, что затрудняет их сварку.

Чем выше содержание углерода и легирующих примесей и чем толще металл, тем хуже свариваемость этих сталей.

Эти стали свариваются покрытыми электродами с основным покрытием на постоянном токе с обратной полярностью, швы выполняются многослойные каскадным и блочным способами.

Технология сварки должна предусматривать низкие скорости и охлаждения металла шва. Существенно способствует предупреждению трещин в металле повышении его температуры более 150°С. Длина ступени каскадной сварки должна выбираться из расчёта указанного разогрева металла предыдущего слоя шва. Обычно длина ступени сварки составляет 150-200 мм.

Марки покрытых электродов при сварке среднелегированных сталей (ВН 9-6, ВН 12-6, НИАТ – 3М, и др.) выбирают в зависимости от вида термической обработки сварного соединения.

СВАРКА ЛЕГИРОВАННЫХ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

Теплоустойчивые стали по микроконструкции подразделяются на стали прелитного класса (12 МХ, 12 XIMIФ, 20 XIMIФITP и др.) и стали мартенситного класса.

Все теплоустойчивые легированные стали поставляются потребителю после термической обработки (закалка плюс термический отпуск, отжиг); рабочая температура изделий из сталей (трубы паранагревателей, детали газовых турбин, трубы печей нефтезаводов и др.) не превышает 600°С; то они изготовляются из высоколегированной жаростойкой и жаропрочной стали.

Для дуговой сварки теплоустойчивых легированных сталей ГОСТ 9467-75 предусматриваются девять типов электродов (Э-0,9 М Э-0,9 МХ, Э-0,9 XI, Э-0,5 Х2М, Э-0,9 Х2МI, Э-0,9 MIМФ, Э-10 XIMIHФБ, Э-10 ХЗMIБФ, Э-10 Х5МФ).

Подогрев свариваемого изделия необходим для устранения в металле трещин от сварки.

Химическая однородность металла шва с основным металлом нужна для исключения диффузионных явлений, которые могут произойти при высоких температурах во время эксплуатации сварных изделий, так как перемещения химических элементов в процессе диффузии приводит к снижению длительности эксплуатации изделий.

С помощью термической обработки удаётся улучшить во всём сварном изделии микроструктуру металла. Но для повышения длительности работы изделий нужно правильно выбрать и осуществить режим термической обработки. Лучшая термическая обработка сварных изделий из легированной стали – закалка и высокий отпуск. На практике применяют только высокий отпуск или отжиг с нагревом до температуры около 780°С.

Необходимый свариваемого изделия, а также термическая обработка сварных изделий производится, как правело индукционным током промышленной или повышенной частоты. Время выдержки при отпуске берётся из расчёта 4-5 мин/мм толщины стенки; охлаждения сварного изделия до температуры предварительного подогрева (200 – 450°C) должно быть медленным.

Для сварки теплоустойчивых легированных сталей в монтажных условиях при невозможности подогрева и последующей термообработки применяют электроды марки АН-ЖР-2 /электроды конструкции института имени Е. О. Патонова/. В этом случаи в металле шва содержания никеля будит не менее 31% и метал шва получит аустенитную структуру. Электроды пригодны для сварки во всех пространственных положениях. Широко используется для сварки теплоустойчивых легированных сталей покрытые электроды серией СЛ(СНИИТ маш, легированные стали, например СЛ-14, СЛ-30 и др.) сварку теплоустойчивых легированных сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных. При сварке необходимо полностью проверить корень шва, для чего первый слой выполняют электродом ∅2-3мм. Большая часть электродов требует сварки на постоянном токе обратной полярности.

Техника сварки теплоустойчивых сталей аналогична технике сварки низкоуглеродных сталей. Многослойную сварку выполняют каскадным способом без охлаждения каждого выполненного слоя шва.

Газовая сварка теплоустойчивых легированных сталей иногда даёт более работоспособные сварные изделия, чем дуговая сварка покрытыми электродами. При газовой сварке легированных сталей мощность пламени составляет 100 дм³ ацетилена на 1 мм толщены металла; сварку ведут только нормальным "восстановительным" пламенем. Присадочным металлом служит сварочная проволока марок СВ-0,8 ХМФА, Св-10ХМФТ, Св-10Х5М, Св-18 ХМА и других в зависимости от марки свариваемой стали. В целях предотвращения выгорания легирующих примесей и образования микро трещин в начале кромки детали "пролуживают" тонким слоем расплавленного металла и быстро заполняется форма подготовки жидким металлом.

Присадочный метал должен находится всё время при сварке в сварочной ванне; пользоваться капельным приёмам сварки нельзя во избежания выгорания легирующих элементов.

Газовая сварка стыкав труб производится с предварительным подогревом всего стыка. Стык по периметру трубы можно нагревать той же горелкой, которой пользуются при выполнении шва. Техника сварки теплоустойчивых легированных сталей аналогична техники сварки низкоуглеродистых сталей.

Термообработка сварного стыка необходима; её можно заполнять сварочной горелкой, а ещё лучше другой – более мощной в зависимости от диаметра толщины трубы и других условий.

СВАРКА ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЁННЫХ СТАЛЕЙ

Термической обработкой повышают механические свойства как легированных конструкционных, теплоустойчивых, жаропрочных и других сталей (например, IO Г2СI, 09 Г2С, 14 Г2, 15 ХСНД, 12Г2СМФ, 15XГ2СФР, 15Г2CФ, 15Г2АФ, 15ХГСА и др.).

При содержании углерода более 0,12% термоупрочнённые стали в процессе сварки образуют закалочные микро структуры в зоне термического влияния, а также разупрочнение металла, если сварное соединение не подвергаются после сварки термической обработке. Изменения твёрдости сварного соединения термически упрочнённой стали даны на рис. 10

Рис 10

На рисунке 10 показаны:
кривые изменения твёрдости в сварном соединения термически упрочненной стали:
М, Ш – металл шва,
1,2,3,4, - участки не полного расплавления, (микроучасток неоднородности), закалки, неполной закалки отпуска (разупрочнения).
О. М. – основной метал.

Из рисунка 10 видно, что зона термического влияния при сварки упрочнённой стали, склонной при сварки к закалки, разделяются на следующие части:

• неполного расплавления (микро участок интенсивной диффузии и химической неоднородности части оплавленных зёрен основного металла)
• заколки и перегрева с температурами нагрева выше 920 – 950°С
• неполной закалки с температурами нагрева от 720 до 920°С
• участок разупрочнения с температурами нагрева ниже 720°С

На участки закалки твёрдость металлов будет максимальной, на участке не полной закалки твёрдость снижена. Самая низкая твёрдость по сравнения с другими участками, а также с основным металлом будет на участке разупрочнения.

Участок разупрочнения – самое слабое место сварного соединения при работе его на статическую нагрузку.

Ширина участка разупрочнения влияет на работа способность сварного соединения: она будет тем выше, чем меньше ширина этого участка. Ширина участка разупрочнения зависит от скорости охлаждения.

Для снижения ширины разупрочненного металла, как и всей зоны термического влияния, следует применять режимы сварки с низкой погонной тепловой энергии.

Газовая сварка – термически упрочнённых сталей вызывает образование широкого участка разупрочнения и она не может быть рекомендована, если нельзя выполнить последующую термическую обработку сварного изделия.

 

19.07.2011