СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка низколегированных сталей

Легированные стали подразделяются на низ­колегированные (легирующих элементов в сум­ме менее 2,5%), средне легированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (более 10%). Низколегированные стали делят на. низколеги­рованные низкоуглеродистые, низколегирован­ные теплоустойчивые и низколегироваї ные среднеуглеродистые.

Механические свойства и химический состав некоторых марок низколегированных сталей приведены в табл. 33.

Содержание углерода в нпзколеї ированш х низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,22%. В зависимости от легирова­ния стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцпвистые (09Г2С, ЮГ2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемар - ганцовпстые (14ХГС и др.), марганцовоазот­нованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФ, 18Г2АФпс и др.), марганцовониобиевая (10Г2Б), хромо­кремне нике л ьмед истые (10ХСНД, 15ХСНД) и т. д.

Низколегированные низкоуглеродистые ста­ли применяют в транспортном машинострое - кии, судостроении, гидротехническом строи­тельстве, в производств» труб и др. Низколеги­рованные стали поставляют по ГОСТ 19281—73 и 19282—73 и специальным техническим усло­виям.

Низколегированные теплоустойчивые о али должны обладать повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Наиболее широко тешюус~ойчьиЫ& стали применяют при изготовлении паровых энергетических устано­вок. Для повышения жаропрочности в их состав вводят молибден (М), ъольфрам (В) и вана­дий (Ф), а для обеспечения жаростойкости — хром (X), образующий плотную защитную пленку на поверхности металла.

Низколегированные среднеуглеродистые (более,0,22% углерода) конструкционные стали применяют в машиностроении обычно в термо­обработанном состоянии. Технология сварки низколегированных среднеуглеродистоК сталей подобна технологии сварки среднелегирован­ных сталей.

Особенности сварки низколегированных ста­лей. Низколегированные стали сваривать труд­нее, чем низкоуглеродистые конструкционные. Низколегированная сталь более чувствительна к тепловым воздействиям при сварке. В зависи­мости от марки низколегированной стали при сваї ке могут образоваться закалочные струк­туры или перегрев в зоне термического влияния сварного соединения.

Структура околошовного металла зависит от его химического состава, скорости охлажде­ния и длительности пребывания металла при соответствующих температурах, при которых происходит изменение микроструктуры и раз­мера зерен. Если в доэвтектоидной стали полу­чить нагревом аустенит (рис. 100), а затем сталь охлажл-ть с различной скоростью, то критиче­ские точки стали снижаются.

При малой скорости охлаждения получают структуру перлит (механическая смесь феррита и цементита). При большой скорости охлажде­ния аустенит распадается на составляющие структуры при относительно нкчсих темпера­турах и образуются структуры — сорбит, тро- остит, бейнит и при очень высокой скорости охлаждения — (Мартенсит Наиболее хрупкий структурой является мартенситная, п. і ітиму не следует при охлаждении допускать поврите ния аустенита в мартенсит при еплркс шпколс - гированных сталей.

Скорость охлаждения стали, особенно боль­шей толщины, при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения ме­талла на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита.

Для пред7преждения образования при свар­ке закалочной мартенситной структуры необ­ходимо применять меры, замедляющие охлаж­дение : оны термического влияния, — подогрев ИЗ. [ЄЛИЯ и применение многослойной сварки.

В некоторых случаях в зависимости от усло­вий эксплуатации изделий допускают перегрев, т. е. укрупнение зерен в металле зоны термиче­ского влияния сварных соединений, выполнен­ных из низколегированных сталей.

При высоких температурах эксплуатации из­делий для повышения сопротивления ползуче­сти (деформирование изделия при высоких тем­пературах с течением времени) необходимо иметь крупнозернистую структуру и в сварном соединении. Но металл с очень крупным зерном обладает пониженной пластичностью и поэто­му размер зерен допускается до известного пре­дела.

При эксплуатации изделий в условиях низ­ких температур ползучесть исключается и не­обходима vглкoзepниcтaя структура металла, обеспечивающая увеличенную прочность и плас­тичность.

Покрытые электроды и другие сварочные материалы при срарке низколегированных ста­лей подбираются такими, чтобы содержание углерода, серы, фосфора и других вредных эле­ментов в них было ниже по сравнению с мате - I налами для сварки низкоуглеродистых кон­струкционных сталей. Этим удается увеличить стойкость металла шва против кристаллиэ I- Ционных лрещин, так как низколегированные стали в значительной степени склонны к их образованию.

Технология сварки низколегированной стали. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке не закаливаются и не склонны к пере­греву. Сварку этих сталей производят при лю­бом' тепловом режиме, аналогично режиму сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типа

Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла,

Сварочные ма гериалы при сварке порошко­вой проволокой и в защитном газе подбирают такими, чтобы обеспечить прочностные свой­ства металлу шва на уровне прочности, дости­гаемой электродами типа Э50А.

Низколегированные низкоуглеродистые ета­пи 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовы­вать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны’ термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается; если сварка выполняется с отно­сительно большой погонной энергией, необхо­димой для уменьшения скорости охлаждения сварного, соединения. Однако снижение скоро­сти охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен (перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышен­ного содержания углерода в этих сталях. Это особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склон­ны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали.

Режим сварки необходимо подбирать так, чіобьі не было большого количества закалоч­ных микроструктур и сильного перегрева ме­талла- Тогда можно производить сварку стали любой толщины без ограничений при окру­жающей температуре не ниже —10 °С. При более низкой температуре необходим предва­рительный подогрев до 120—150°С. При тем­пературе ниже —25 °С сварка изделий из зака­ливающихся сталей запрещается. Для преду­преждения большого перегрева сварку сталей 15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пони­женной погонной тепловой энергии (при пони - женньк значеннях тока электродами меньшего диаметра) по сравнению со сваркой низкоугле - родистой стали.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного'соединения при сварке этих сталей надо применять электроды типа Э50А или Э55.

Технология сварки низколегированных сред­неуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и других подобна технологии сварки среднеле­гированных с, алей

§ 76 Сварі а среднелегированных сталей

Хромокремнемарганцевая конструкционная (20ХҐСА, 25ХГСА, 30ХГСА), хромокремне - маргандевоникелевая конструкционная
(ЗОХГСНА), хромоникелеи-шибденованадиевая конструкционная (30ХН2МФА), хромомолиб­деновая жаропрочная (12Х5МА), хромоникеле - молибденовяя жаропрочная (20Х2МА) и другие среднелегироьанные стали с содержанием угле­рода до 0,5% поставляются в основном по ГОСТ 1543—71 и разделяются на качественные и высококачественные.

Среднелегированные стали (табл. 34) обла­дают временным сопротивлением 60— 200 кгс'мм2; они относятся к перлитному классу.

Эти стали характерны высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние; поэтому их применяю! для конструкций, работающих при і изких или высоких температурах, при ударных или знакопеременных нагрузках, в аг­рессивных средах и других тяжелых условиях.

Среднелегированные стали весьма чувстви­тельны к. нагреву, при сварке они могут закали­ваться, перегреваться образовывать холодные трещины, что затрудняет их сварку. Чем выше содерж іние углерода и легирующих примесей и чем больше толщина металла, тем хуже сва­риваемость этих сталей.

Сварка среднелегированных сталей должна производиться электродами с фтористо-каль­циевым покрытием на постоянном токе при обратной полярности с выполнением много­слойных швов каскадным и блочным спосо­бами. Технология сварки должна предусматри­вать низкие скорости охлаждения металла шва. Существенно способствует предупреждению трещин повышение температуры разогрева бо­лее 150 °С. Длина ступени каскадной свайки должна выбираться из расчета указанного ра­зогрева металла предыдущего слоя шва, перед наложением последующего слоя. Обычно длина ступени составляет 150—200 мм

Марки покрытых электродов при сварке выбирают в зависимости от вида термической обработки сварного соединения (табл. 35).