МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Технологические рекомендации по сварке

В отдельных отраслях машиностроения устанавлива­ются специальные технологические рекомендации по сварке хромистых и хромоникелевых сталей, контролю качества, методам испытаний и сертификации сварных изделий (РТМ, РД). Однако общность теплофизических свойств сталей, некоторая типичность их химических составов и во многих случаях одинаковый механизм коррозии (электрохимический) позволяют сформулиро­вать общие рекомендации по их сварке.

Сварку высокохромистых сталей ферритного, мартен- ситно-ферритного и мартенситного классов можно осу­ществить по двум технологическим вариантам:

1) с применением электродных материалов одинако­вого или сходного с основным металлом химичес­кого состава;

2) с применением электродных материалов аустенит - ного или аустенитно-ферритного классов.

В первом случае соединение отличается структурной и химической однородностью, достаточной прочностью и пластичностью после соответствующей термообработ­ки (отпуск при Т = 680...740 °С). При этом для сварки соединений из высокохромистых сталей толщиной S < < 7... 10 мм подогрева с целью устранения холодных тре­щин не требуется. С повышением толщины свариваемы> элементов, увеличением содержания углерода и легиру­ющих применение подогрева становится обязательным и находится в пределах температур Тпод = 150...250 °С, а послесварочная термообработка производится сразу после сварки.

Во втором случае сварное соединение характеризует­ся значительной структурной неоднородностью, усугуб ляемой процессами диффузии на границе сплавления, особенно в процессе длительной эксплуатации. Это приводит, как правило, к снижению содержания угле­рода в шве (или вблизи линии сплавления^ заметному уменьшению прочности соединения и возможности появления локальных разрушений по обезуглероженно - му слою. В то же время технология сварки значительно упрощается, так как не требуется отпуска, а в ряде слу­чаев и подогрева.

Независимо от вариантов технологии фактором, сни­жающим эксплуатационную надежность сварного со­единения, является межкристаллитная коррозия. Она устраняется либо легированием стали и шва титаном (08X17Т, I5X25T), либо послесварочным отпуском при Т = 650...750 “С.

В большинстве случаев применяют ручную дуговую сварку. Электроды перед сваркой обязательно прокалива­ются. Покрытия должны носить основной характер. При сварке под флюсом используются безокислительные флю­сы (48-ОФ-6) либо слабоокислительные (АН-17) в ком­бинации с легированными проволоками. Рекомендации по выбору сварочных материалов приведены в табл. 13 1.

При сварке хромоникелевых аустенитных сталей сле­дует рекомендовать дополнительное легирование швов Мп, N, Мо, исключая или максимально снижая в них содержание Ті, Nb, А1. Количество вредных примесей в металле шва (Р, S), а также Si должно резко ограничи­ваться. Это требует особого входного контроля качества основных и сварочных материалов и безусловной под­готовки поверхностей свариваемых кромок.

В аустенитно-ферритных швах (а их номенклатура наиболее широка), чтобы избежать горячих трещин, структура должна содержать феррита в пределах 15...30%, что достигается соответствующим их легированием сва­рочными материалами (см. табл. 13.1.).

Для аустенитно-мартенситных сталей следует доби­ваться получения аустенитной структуры металла шва, обеспечивающей высокую стойкость против горячих трещин (если отсутствуют требования по высокой проч­ности шва), либо аустенитно-мартенситной структуры, соответствующей исходному металлу, но требующей обязательной послесварочной термообработки.

Во всех случаях требуемой структуры можно доби­ваться с использованием рекомендуемых электродов, проволок или регулированием режимов сварки [5, 7, 8]. Ориентировочно выбор составов сварочных материалов, обеспечивающих требуемые свойства, состав и структу­ру швов, можно предварительно оценивать, используя диаграмму Шеффлера (рис. 13.3).

Для всех классов хромоникелевых сталей необходи­мо применять режимы сварки с пониженной погонной міергией за счет снижения величины тока на 25...30%, и чаще за счет повышения скорости сварки. Это сужает юну пластических деформаций сварного соединения и время пребывания околошовных участков, нагреваемых to критических температур (например, температур об­разования Сг2зС6).

При выборе режимов сварки необходимо, чтобы доля частия основного металла в шве была минимальной, пік как это существенно снижает влияние легирующих і варочных материалов на механические и коррозионные характеристики соединения в целом.

После сварки швы необходимо подвергать механи­ческой обработке с целью устранения концентраторов па пряжений и повышения вязкости сварных соедине­ний, особенно эксплуатирующихся при криогенных ісмпературах.

Подготовку кромок под сварку следует производить либо механическим путем (фрезерование, резание, строжка), либо плазменно дуговыми способами, чтобы исключить неблагоприятное изменение исходной струк­туры основного металла на свойства околошовной зоны.

Для аустенитных сталей в большинстве случаев не требуется послесварочной термообработки. Ее применя­ют для аустенитно-ферритных сталей (закалка с 1050 °С или стабилизирующий отжиг при температуре 850... 920 °С), когда требуется повышенная стойкость соеди­нений к межкристаллитной (ножевой) коррозии или коррозионному растрескиванию. Для сварных соедине­ний из аустенитно-мартенситных сталей рекомендуют после сварки производить закалку с отжигом для вырав­нивания структуры шва и зоны термического влияния Во всех случаях это способствует снижению уровня ос­таточных сварочных напряжений и уменьшает влияние концентраторов напряжений.

Итак, основными рекомендациями по повышению коррозионной стойкости сварных соединений в целом являются:

1. Снижение содержания углерода в стали и швах за счет применения низкоуглеродистых основных и сварочных материалов.

2. Стабилизация структуры швов с применением карбидообразователей (Nb, V, Ті).

3. Создание двухфазной аустенитно-ферритной структуры швов за счет легирования

4. Применение режимов сварки, обеспечивающих высокие скорости охлаждения металла в области критических температур.

5. Применение гомогенизирующей термообработки (аустенизация).

6 Расположение сварных швов вдали от участков ме­талла, исчерпавших свою деформационную способ­ность из-за предшествующих видов обработки.

Более подробную информацию о материалах, свой­ствах и особенностях сварки коррозионностойких ста - ней можно найти в литературе [6, 8].