Основы сварочного дела

Сварка средне — и высоколегированных сталей

Сварка средне - и высоколе­гированных сталей затруднена по следующим причинам: в процессе сварки происходит частичное выгора­ние легирующих примесей и угле­рода; вследствие малой теплопро­водности возможен перегрев свари­ваемого металла; повышенная склон­ность к образованию закалочных структур; больший, чем у низко­углеродистых сталей, коэффициент линейного расширения может вызвать значительные деформации и напряже­ния, связанные с тепловым влия­нием дуги. Чем больше в стали углерода и легирующих примесей, тем сильнее сказываются эти причины. Для устранения влияния их на качест­во сварного соединения рекомен­дуются следующие технологиче­ские меры:

тщательно подготавливать изделие под сварку;

сварку вести при больших скоро­стях с малой погонной энергией, чтобы не допускать перегрева метал­ла;

применять термическую обработку для предупреждения образования за­калочных структур и снижения внут­ренних напряжений;

применять легирование металла шва через электродную проволоку и покрытие, чтобы восполнить выгора­ющие в процессе сварки примеси.

Для сварки высоколегированных сталей применяют электроды по ГОСТ 10052—75 «Электроды покры­тые металлические для ручной дуго­вой сварки высоколегированных ста­лей с особыми свойствами. Типы». Электроды изготовляют из высоколе­гированной сварочной проволоки по ГОСТ 2246—70. Применяют покрытие типа Б. Обозначение типа электрода состоит из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Две или три цифры, следующие за индексом, указывают на количество углерода в металле шва в сотых долях процента. Следующие затем буквы и цифры ука­зывают химический состав металла, наплавленного электродом. Сварку производят постоянным током обрат­ной полярности. При этом свароч­ный ток выбирается из расчета

25.. .40 А на 1 мм диаметра электро­да. Длина дуги должна быть воз­можно короткой. Рекомендуется при­менять многослойную сварку вали­ками малого сечения при малой погонной энергии.

В строительстве и промышленно­сти широко применяются средне - и высоколегированные стали: хроми­

стые, хромоникелевые, марганцови­стые, молибденовые и др.

Хромистые стали относятся к груп­пе нержавеющих коррозионно-стойких и кислотостойких сталей. По содержа­нию хрома они делятся на среднеле­гированные (до 14% Сг) и высоко­легированные (14...30% Сг). При сварке хромистых сталей возникают следующие затруднения. Хром при температуре 600...900 °С легко вступа­ет во взаимодействие с углеродом, образуя карбиды, которые, распола­гаясь в толще металла, вызывают межкристаллитную коррозию, снижа­ющую механические свойства стали. При этом чем выше содержание уг­лерода в стали, тем активнее обра­зуются карбидные соединения. Кроме того, хромистые стали обладают спо­собностью к самозакаливанию (при охлаждении на воздухе), вследствие чего при сварке металл шва и околошовной зоны получает повы­шенную твердость и хрупкость. Воз­никающие при этом внутренние напря­жения повышают опасность возникно - веня трещин в металле шва. Усилен­ное окисление хрома и образова­ние густых и тугоплавких оксидов явдяются также серьезными препят­ствиями при сварке хромистых ста­лей.

Среднелегированные хромистые стали мартенситного класса (углерода до 2%) свариваются удовлетвори­тельно, но требуют подогрева до

200.. .300 °С и последующей термиче­ской обработки.

Высоколегированные хромистые стали ферритного класса (углерода до 0,35%) сваривают с предварительным нагревом до 300...400 °С; после сварки для снятия внутренних напряже­ний и восстановления первоначальных физико-механических свойств изделие подвергают высокому отпуску (нагрев до 650...750 °С и медленное охлажде­ние). Электроды изготовляют из сварочной проволоки марок Св-' 01X19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием, содержащим плавико­вый шпат и оксид марганца. Это обеспечивает получение жидкого шла­ка, хорошо растворяющего оксиды хрома. Рекомендуются покрытия ЦЛ-2, ЦТ-2 и УОНИ-13/НЖ.

Хромистые стали, как и большин­ство легированных сталей, обладают малой теплопроводностью и легко под­вергаются перегреву. Поэтому сварку их производят постоянным током об­ратной полярности при малых свароч­ных токах. Ток берут из расчета 25... 30 А на 1 мм диаметра электрода.

Высоколегированные хромонике­левые аустенитные стали обладают рядом важных физико-химических и механических свойств: коррозионной стойкостью, кислотоупорностью, те­плостойкостью, вязкостью, стойкостью против образования окалины. Важным качеством этих сталей является хоро­шая свариваемость. Стали марок 08Х18Н10 и 12Х18Н9 при нагреве до температуры 600...80Q °С теряют ан­тикоррозионную стойкость. Выделение карбидов хрома по границам зерен приводит к межкристаллитной корро­зии стали. Поэтому сварку следует выполнять постоянным током обрат­ной полярности при малых сварочных токах, сокращая продолжительность нагрева металла. Следует применять также меры по отводу теплоты, на­пример, с помощью медных подкла­док или охлаждения. После сварки рекомендуется изделие подвергнуть закалке с температуры 850...1100°С в воде (или воздухе для малых тол­щин металла).

Хромоникелевые стали марок 12Х18Н9Т и 08Х18Н12Б содержат ти­тан и ниобий, которые, являясь более сильными карбидообразовате - лями, связывают углерод стали, пре­дупреждая образование карбидов хро­ма. Поэтому эти стали после сварки не подвергают термообработке. Для сварки хромоникелевых сталей при­меняют электроды марок 03J1-7, 03J1-8, ЦТ-1 и ЦТ-7. Рекоменду­ются электроды, изготовленные из сварочной проволоки Св-01Х19Н9, Св-06Х19Н9Т или Св-04Х19Н9С2 с по­крытием ЦЛ-2, ЦЛ-4 (содержащим 35,5% мрамора, 41% плавикового шпата, 8,5% ферромарганца и 15% молибдена), УОНИ-13/НЖ и др. Тонколистовую сталь 12Х18Н9Т сле­дует сваривать аргонодуговой свар­кой, так как при сварке качест­венными электродами или под флю­сом происходит науглероживание ме­талла шва, которое снижает стой­кость стали против межкристаллит - ной коррозии.

Хромоникелевые аустенитные ста­ли сваривают газовой сваркой при толщине металла не более 3 мм точно нормальным пламенем при удельной мощности 75 л/(ч-мм). Присадоч­ным материалом служат проволоки Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9С2, Св-

06Х19Н9Т, Св-07^19Н10Б.

Высоколегированная марганцови­стая сталЬ) обладающая большой твердостью и износостойкостью, со­держит 13... 18% марганца и 1,0... 1,3% углерода. Она применяется для изготовления зубьев экскавато­ров, шеек камнедробилок и других ра­бочих органов дорожных и строитель­ных машин, работающих при ударных нагрузках и на истирание. Для сварки применяют электроды со стержнями из углеродистой проволоки Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 с покрытием, кото­рое применяется для наплавочных электродов марки ОМГ, содержащим 23% мрамора, 15% плавикового шпата, 60% феррохрома, 2% графита, замешанных на жидком стекле (30% к общей массе сухих компонент тов), а также типа ОЗН (45... 49% мрамора, 15... 18% плавикового шпата, 26...33% ферромарганца, 3% алюминия, 4% поташа, заме­шанных на жидком стекле). При­меняют также стержни электродов из проволоки Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием ЦЛ-2, состоящим из 44% мрамора, 51% плавикового шпа­та, 5% ферромарганца, замешанных на жидком стекле (20...22% к массе сухих компонентов). Хорошие результаты дает также покрытие УОНИ-13/НЖ. Сварка выполняется постоянным током обратной поляр­ности короткими участками. Сва­рочный ток определяется из рас­чета 30... 35 А на 1 мм диаметра электрода. Для получения шва повы­шенной прочности и износостойкости сварной шов следует проковать в горячем состоянии. При этом металл шва следует интенсивно охлаждать холодной водой (закаливать).

Стали молибденовые, хромомо­либденовые и хромомолибденована­диевые относятся к теплоустойчивым сталям перлитного класса. Эти стали применяют при изготовлении сварных паровых котлов, турбин, различной аппаратуры в химической и нефтяной промышленности, работающей при высоких температурах и давлениях. Как правило, эти стали свариваются удовлетворительно при выполнении установленных технологических прие­мов: предварительного нагрева до

200.. .300 °С и последующего отжига при температуре 680...780 °С или от­пуска при температуре 650 °С. Темпе­ратура окружающего воздуха должна быть не ниже +5 °С. Сварка выпол­няется постоянным током обратной полярности. Рекомендуются электро­ды типа ОЗС-11, ТМЛ, ЦЛ-38 и др.

Для автоматической и полуавтома­тической сварки применяют сварочную проволоку Св-08ХМ, Св-10Х5М, Св - 18ХМА. При сварке в углекислом газе применяют предварительный и сопут­ствующий нагрев до 250...30Q.°C, а присадочную проволоку — Св - 10ХГ2СМА. После сварки рекомен­дуется термообработка.

Газовая сварка выполняется нор­мальным пламенем при удельной мощ­ности 100 л/(ч-мм). Присадочный материал — сварочная проволока Св-08ХНМ, Св-ІЙХМА, Св-08ХМ. Ре­комендуется предварительный нагрев до 250...300 °С. После сварки необхо­дима термообрабЬтка — нормализа­ция с температуры 900...950 °С.

При сварке легированных сталей не следует донуекать перегрева зоны термического влияния. Сварку выпол­няют при относительно малых сварочных токах (25...40 А, на 1 мм диаметра электрода). Перед сваркой сталь подогревают, а затем произ­водят соответствующую термообра­ботку для получения высоких меха­нических свойств и равновесной структуры металла. Сварка при тем­пературе ниже + 5°С не допускается.