СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сварка высоколегированных сталей и сплавов

Г ысоколегированными называют стали, со­держащие один'* или несколько легирующих элементе» в количестве 10—55%.

Высоколегированными называют сплавы на селезо ткелевой основе (железа и никеля со­держится более 65%) и на никелевой основе (никеля содержится более 55%).

По ГОСТ 5632—72 насчитывается 94 марки высоколегированных сталей и 22 марки высо­колегированных сплавов Несколько марок ста­лей и сплавов выпускается по различным тех­ническим усл( виям.

Высоколегированные стали и сплавы клас­сифицируют по различным признакам, главным образом, по системе легирования, структуре и свойствам. По системе легирования высоколе- гиров_нные стали делят, например, на хромис­тые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хро - моникелемарганцевые, хромомарганцеазотис - тые. Самые распространенные высстюлегирэ - ванные сплавы— никелевые, никелехромистые, никелехромовольфрамовые и никелехромоко - бальтовые.

По структуре высоколегированные стали подразделяют на стали мартенситного класса (например, 15X5, 15Х5М, 15Х5ВФ, 09Х16Н4Б, 11Х11Н2В2МФ — всего по стандарту 20 ма­рок), мартенгитно-ферритного кдасса (15Х6СЮ, 15Х12ВНМФ, 12X13 и др.), фер - ритного класса (08X13, 10Х13СЮ, 12X17, 15Х25Т), аустенитно-мартенситного класса (та­кие, как 07Х16Н6, 08Х17Н5МЗ), аустенитно - ферритного класса (наир» мер, 08Х20Н14С2, 08Х18Г8Н2Т) и гугтенитного класса (03Х17Н14М2, ОЗХ16Н15МЗБ, 08Х10Н20Т2, 08Х16Н13М2Б, 09Н16Х14Б, 09Н19Х14В2БР, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М). В неко­торых аустеыитных сталях никель, как дефицит­ный материал, частично или полностью заме­няют марганпем и азотом: 10Х14Г14НЗ,

10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9Н1А, 10Х14Г15А,

15Х17Г14А; всего по ГОСТ 5632—72 выпус - пускается 27 марок аустенитных сталей.

По системе упрочнения высоколегированные стали и сплавы делят н| карбидные, содержа­ние углерода 0,2—1,0%, 'боридные (образуются бориды железа, хрома, ниобия, углерода, мо­либдена и вольфрама), с интерметаллидным упрочнением (упрочнение мелкодиспеоснь, ми частицами).

По свойствам высоколегированные стали и сплавы подразделяют на коррозионностойкие (нержавеющие), обладающие стойкостью про­тив любой коррозии — атмосферной, почвен­ной, щелочной, кислотной, солевой, межкрис - таллитной; жаростойкие (окалиностойкие), не окисляющиеся при высоких температурах на­грева (до 1300°С), жаропрочные, способные работать при температурах свыше 1000°С в те­чение нормированного вре лгни без снижения прочности.

Особенности сварки высоколегированных ста­лей и сплавов. По сравнению с низкоуглеродис­тыми сталями большинство высоколегирован­ных сталей и сплавов обладает пониженгым ко­эффициентом теплопроводности (до 2 раз при поп. пленных температурах) и увеличенным ко­эффициентом линейно о. расширения (до 1,5 раза).

Низкий коэффициент теплопроводности при­водит при сварке к концентрации тепла и вслед­ствие этого к увеличению проплавления метал­ла изделия. Поэтому для получения заданной глубины проплавлення следует снижать вели­чину сварочного тока на 10—20%.

Увеличенный коэффициент линейного рас­ширения приводит при сварке к большим дефор­мациям сварных изделий, а в случае значитель­ной жесткости — относительно крупные изде­лия, повышенная толщина металла, отсутствие зазора между свариваемыми деталями, жесткое закрепление изделия — к образованию трещин в сварочном изделии.

Высо :олегированны<5 ^тали и сплавы более склонны к образованию трещин, чем низкоугле­родистые. Горячие трещины появляются боль­шей частью в аустенитных сталях, холодные — в закаливающихся сталях мартенситного и мартенсити; ферритного классов Кроме этого, коррозионностойкие стали, не содержащие ти­тана или ниобия или легированные ванадием, при нагревании выше G00°C теряют антикорро­зионные свойства по причине выпалегия из твердого раствора карбиде» хрома и железа, которые становятся центрами коррозии и кор­розионного растрескивания. Термической об­работкой (чаще всего закалкой) можно восста­новить антикоррозионные свойства сварных изделий. Нагревом до 850°С ранее выпавшие из раствора карбиды хрома вновь растворяются в аустените, а при быстром о Лаждении они не выделяются в отдельную фазу. Такой вид тер­мообработки называют стабилизапией. Однако стабилизация приводит г снижению пла­стичности и вязкости стали. Получение высокой пластичности, вязкости и одновременно анти- корро. игности сварных соединений возможно; нагревом металла до температуры 1000— 1150 °С и быстрым охлаждением в воде (за­калка).

Содержание углерода в основном металле и металле шва до 0,02—0,03% полностью ис­ключает выпадение карбидов хрома, а следова­тельно, межкристаллитную коррозию.

На практике нашли применение следующие пути предотвращения трещин при сварке высо­колегированных сталей: создание в металле шва двухфазной структуры (аустенит и феррит); ограничение в шве содержания вредных приме­сей (серы, фосфора, свинца, сурьмы, олова, висмута) и введение таких элементов, как мо - пибден, марганец, вольфрам; применение элек­тродных покрытий основного и смешанного видов; создание при сварке менее жесткого со­стояния изделия.

Практикой сварки аустенитной стали уста­новлено, что с увеличением жесткости при вы­полнении шва необходимо к аустениту прибав­лять феррита в количестве от 2 до 10%. В этом с ;учае пластичность металла шва по сравне­нию с аустенитным швом повышается и усадка даже при жестком состоянии сварного изделия происходит за счет повышенной пластической деформации металла шва без образования трещин.

Применение электродов с основным или смешанным покрытием с легированием' метал­ла шва молибденом, марганцем, вольфрамом придает металлу шва мелкозернистое строение. В этом случае пластические свойства меі&лла возрастают и при усадке горячие трещины в нем не возникают.

Для получения сварных соединений без тре­щины в процесое сварки рекомендуется свари­ваемые детали собирать с зазором (рис. 102) й йо возможности применять швы с низким про­варом (коэффициент формы пр )вара должен быть менее 2). Швы лучше выполнять тонкими электродами диаметром 1,6—2,0 мм при мини­мальной поі ишой тепловой энергии.

Сварные соединения с неоднородным авом как после сварки, так и после термической обра­ботки обладают меньшей прочностью по срав­нению с основным металлом. Кроме того, в таких «однородных сварных соединениях при эксплуатации с высоким нагрет эм чаблюдаютея диффузионные яв теним между металлом шва и околс—звным металлом для ввіравнивания химического состава, что приводит к появле­нию холодных грещин в околошовном металле, в зоне металлической связи. Поэтому выбор типа электрода при дуговой сварке различных

6) г)

Рис. 102.’ Влияние коэффициента формы проввра (в, б) и зазора в корне шва (в, г) на стойкость аустенитиого углового шва против об| юьания кристаллизацион­ных трещин
марок высоколегированных сталей и сплавов должен быть строго обоснован

Подогрев (общий или местный) до темпе­ратуры 100—300°С рекомендуется при сварко всех высоколегированных сталей и сплавов в зависимости от характера микроструктуры ос­новного металла, содержания уїлерода, тол­щины и я. г_,ткости изделия. Для мартенситпых стітИі И сплавов подогрев изделия обязателен; для аустенитных с. алей он применяемся редко. Подогрев способствует более равномерному распределению температур по изделию в про­цессе сварки и охлаждению с мсныними ско­ростями, в результате чего не образуются кон­центрированные усадочные деформации но се­чению сварного соединения и трещины не воз­никают.

Перегрев (укрупнение зерен) металла шва и околошовного металла при сварке высоколе­гированных сталей и сплавок завини <н хими­ческого состава и микросчрукчуры, іоміи-р. тіу - ры нагрзва и длительности пребывания моїаила при высокой температуре. Обычно при сварке больше перегреваются однофазные ферритные стали.

Высоколегированные стали, содеозсащие углерода более 0,12% (31Х19Н9МВБТ,

I6J 18Н25С2, 55Х20Г9АН4, 17Х18Н9 и др.) свариваются с предварительным подогревом - до 300“С и выше с последующей термической обработкой сварных изделий.

Сварочная промлека, виды кектроднч* по­крытий и таны пс..рытых электродов дл _яри_. Для сварги высоколегированных сталей с особым!' свойствами применяют сварочную проволоку, например Св-04Х19Н9, С’в-05Х 19Н9ФЗС2, СвЛ)6Х19Н9Т,

Св-07Х19Н10Б, Св^08Х20Н9С2БТЮ,

Св-ШХ16Н25М6А — Bjero 41 марка по ГОСТ 2246—70.

Электроды берут с основными, руАлоос - новными и рутилофлюоритноосновиыми по­крытиями. Дугрвая сварка аустенитных сталей электродами с основным покрытием приводит к науі лерожизаі. ию металла швк что ^ызы - насі снижение стойкости его против межкрис- таллитной коррозии. Науглероживание про­исходит за счет разлож :ния лрамора, 'отирь.# содержится в большом количестве в этом по­крытии. Науглероживание металла шва искліс -

чается при сварке аустенитной стали электро­дами с рутилоосновным покрытием (например, ОЗЛ-14), содержащего мрамора только 10% вместо 35—45% в электродах с основным по­крытием (например, УОНИИ-13/НЖ).

Ориентировочный выбор марки сварочной проволоки, гида покрытия и типа электрода при дуіогой сварке высоколегированных сталей и сплавов в зависимости от назначения сварного изделия приведен в табл. 38.

ГОСТ 10052—75 предусматривает 49 типов покрытых электродов для ручной дуговой свар­ки высоколегированных сталей с особыми свой­ствами, напрчмер. Э-02Х19Н9Б, Э-04Х20Н9, Э-07Х20Н9, Э-06Х22Н9, Э-06Х13Н,

Э-08Х20Н9Г2Б, ^-08Х14Н65М15В4Г2,

Э-ЮХ20Н70Г2М2В.

Каждый тип электрода включает одну или несколько марок покрытых электродов.

Условное обозначение электродов для ду­говой сварки выполняется по ГОСТ 9466—75 (см. гл. V). При этом во второй строке условно­го обозначения электродов группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, состоит из четырех цифровых индексов для электродов, обеспечи­вающих аустенитно-ферритную структуру на­плавленного металла, и из трех цифровых ин­дексов — для остальных электродов.

Первый индекс показывает стойкость на­плавленного металла и металла шва против межкристаллитной коррозии (в зависимости от метода испытания в табл. 3 стандарта приняты ні дек~ы от 0 до 5). Второй индекс указывает максимальную рабочую, те гаера! уру, при ко­торой обеспечивается относительно длитель­ная прочность н, плавленного металла и ме­талла шва (по табл. 4 в стандарте введены циф­ровые индексы от О до 9). Третий индекс пока­зывает допускаемую рабочую температуру свари» х соединений, выполненных данными электродами при сварке жаростойких сталей (см. табл. 5). Четвертый индекс указывает со­держание ферритиой фазы в наплавленном ме­талле для электродов, обеспечи”. іОіііих аусте- нитно-ферритную структуру наплавленного ме­талла (см. табл. 6).

Все Данные, необходимые для состгзления группы индексов, берутся из паспортов на элек­троды конкретных масок

Газова» сварка аустенитных сталей произ­водится пламенем мощностью 70—75 дм3 аце­тилена/ч на 1 мм толщиьы металла. Окисли­тельное пламя не допускается, так как оно :>ле - чет выгорание хрома. Для присадки применя­ют сварочную проволоку марок Св-02Х19Н9Т, Св-08Х19Н10Б и других с минимальным со­держанием углерода, легированную ниобием или титаном. Тем не менее, при газовой сварке титан почти полностью выгорает и не может обесіт чить стойкость металла шва против меж - кюиста тлитной коррозии. Кроме этого, нержа­веющие стали при температурах нагрева 500—■ 850°С с низкими скоростями охлаждения, ко­торые сопутствуют газовой сварке выделяют по границам зерен карбиды хрома, являющиеся центрами коррозии металла.

Диаметр прочолоки выбирают приблизи­тельно равным толщине основного металла при толщине листов 1—6 мм.

При сварке в большинстве случаев пользу­ются флюсами, например, марки НЖ-8 такого состава: 28% мрамора, 30% фарфора, 10% фер­ромарганца. 6% феррооилг иия, 6% ферротита­на и 20% двуокиси титана. Флюс разводится на жидком стекле и наносится на кромки дета­лей в виде пасты. Сварка производится после высыхания флюса.

Сварки двухслойных сталей. Двухслойные стали состоят чаще всего из низкоуглеродистой стали и покрі тающего ее слоя коррозионно - . стойкой стали. В качестве антикоррозионного слоя применяют аустенитные стали марс* 08Х18Н10Т, 08X17H13M3T и подобных им. Дуговая сварка двухслойной стали по технике выполнения швов аналогична сварке однослой­ного металла. Чаще всего шов выполняется вначале со стороны углеродистой стали, затем наплавленный металл со стороны плакирующе­го слоя зачищается и сваривается уже плаки­рующий слой. Электроды по химическому со­ставу должны быть однородны с металлом пла­кирующего, например для стали 08Х17Н16МЗТ применяют электроды с покрытием марки НЖ-16 и проволоку мапки Св-06Х19Н10МЗТ. Для сварки аустенитными электродами приме­няют постоянный ток обратной полярности.