МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Особенности сварки хладостойких сталей

Современные способы сварки плавлением и свароч­ные материалы обеспечивают получение металла шва, не уступающего по хладостойкости основному металлу, а в некоторых случаях даже превосходящего его. Одна­ко условия производства сварочных работ (в помеще­нии, на воздухе, в приспособлениях или на монтаже и т. д.), качество и состав основных (кипящая или спокой­ная сталь, низко - или среднелегированная, горяче - или холоднокатаная) и сварочных материалов (электроды, флюсы, газы, их влажность и степень загрязнения), ус­ловия защиты расплавленного металла в процессе свар­ки, термомеханическое воздействие процесса сварки на металл (структура шва, состав и ширина ЗТВ), геомет­рическая форма шва и конструкция соединения в целом могут привести к снижению хладостойкости сварных конструкций. Практически все случаи хрупких разруше­ний сварных соединений и конструкций, имевших ме­сто при низких температурах (сосуды, отвалы бульдозе­ров, балки мостов, стрелы экскаваторов, корпуса судов и т. д.), связаны с низким качеством основных и элект­родных материалов, дефектами металла швов и нарушс ниями в технологии изготовления и конструктивного оформления узлов.

В связи с указанным основными требованиями, предъявляемыми к выбору сварочных материалов для сварки хладостойких сталей, являются:

1. Использование присадочных материалов (электро­дов, проволок, пластин), обеспечивающих высокую пластичность и вязкость металла швов при низких тем­пературах. Это достигается применением типов и марок электродов и проволок, химический состав которых, в основном, соответствует составам сталей, а режимы сварки обеспечивают получение ферритно-перлитной или сорбитной структуры швов Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, работающих при Т° до —40 °С и не испытывающих динамических и перемен­ных нагрузок (СтЗсп, І0Г2, Ст20, 17ГС, 14ХГС), реко­мендуется применение экономичных электродов типа >42 и Э46 с рутиловым (ОЗС—4), рутилово-основным покрытием (МР—З, АНО—4). Для ответственных свар­ных конструкций из сталей 09Г2С, 10Г2СД, 10ХСНД применяют электроды с основным покрытием типа Э46А, Э50, Э50А, марок УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, ДСК—50, ОЗС—18, а также ЕВ50 «Велер Фокс» и «Га­рант». Для материалов, работающих при Т° до —60 °С, можно использовать электроды АНО—9, ЗТМ—2У, ВП—4 и др. Более конкретные рекомендации по выбору элек­тродов можно получить в литературе [7,8]. Для механи­зированной сварки указанных сталей под флюсом ис­пользуются сварочные проволоки Св—08ГА, Св—10Г2, Св—08ГМ, Св-08ХМА в сочетаниях с флюсами АН— 348А, АН—22, АН—43 и АН—47. Для сварки в углекис-

лом газе сталей 09Г2Д, 09Г2С, 10Г2С1 и І0ХСНД реко­мендуются проволоки Св—08Г2С, Св—10Г2С и Св— 12ГС. При выборе и заказе электродов и проволок необ­ходимо требовать ограничения в них содержание серы до < 0,02% и фосфора < 0,02%.

2. Обеспечение пониженного содержания влаги в по­крытиях, флюсах и газах, ведущее к снижению пор в металле шва. Это осуществляется за счет операций про­калки и просушки сварочных материалов. В зависимо­сти от требований к изготовлению сварных узлов эти операции могут проводиться 1 —2 раза в рабочую смену или еженедельно Проведение сварки должно исключать попадание влаги на свариваемые поверхности.

Перед началом сварки проволоку необходимо очи­щать от окалины, ржавчины и удалять технологическую смазку.

3. Специальное легирование металла шва элементами, обеспечивающими необходимый запас пластичности швов (Ni. V) и способствующими повышению стойкос­ти швов к горячим третинам. Эти характеристики ука­зываются в справочных данных или стандартах на элек­троды и проволоки для сварки хладостойких сталей.

Режимы сварки должны обеспечивать минимальные значения погонной энергии для получения требуемых стандартами размеров и формы швов. Указанные выше стали несколько склонны к подкалке, особенно при повышенных толщинах, поэтому режимы сварки долж­ны обеспечивать скорости охлаждения сварных соеди­нений меньше критических. В то же время чрезмерно высокие значения погонной энергии (низкие скорости сварки) моїуг вызвать появление разупрочненных зон в участках рекристаллизации, что особенно сказывается на снижении свойств сталей с карбонигридным упроч­нением (14Г2САФ). Это обстоятельство усложняет вы­бор режимов сварки. Во всех случаях необходимо выби­рать наименьший возможный диаметр электрода (про­волоки), чтобы уменьшить долю наплавленного метал­ла в шве.

Сварку предпочтительнее осуществлять многослой­ную. Режимы сварки и техника выполнения швов не должны допускать непроваров, неепдавлений, подрезов, трещин, а форма швов должна исключать появление резких концентраторов напряжений. Рекомендуется, по возможности, не использовать угловые и тавровые со­единения. Если это конструктивно невозможно, то сле­дует после сварки устранять (сглаживать) резкие пере­ходы от шва к основному металлу.

Эффективным путем устранения охрупчивания и по­вышения хладостойкости сварных соединений являет­ся послесварочная термообработка (закалка с высоким отпуском). Высокий отпуск сварных соединений кроме восстановления пластичности и устранения эффекта де­формационного старения снижает остаточные напряже­ния и накопленную металлом потенциальную энергию.

Нормируемыми, т. е. жестко ограничиваемыми, де­фектами являются непровары и шлаковые включения, цепочки пор, трешиньт. Их размеры и общая протяжен­ность регулируются отраслевой технической документа­цией на сварную продукцию. Возможны и другие при­емы повышения хладостойкости сварных соединений (предварительное нагружение сварной конструкции, наложение поля остаточных напряжений, «сглаживаю­щее» величину концентраторов, магнитно-импульсное ведение процесса сварки и т. д.). Наиболее простым приемом, повышающим пластичность и вязкость соеди­нений, является использование подогревало и в процес­се сварки. Температура подогрева зависит от содержа­ния углерода и легирующих и, как правило, находится

в пределах 80...200 “С. Этот прием существенно снижа­ет трещинообразование в сварных соединениях и повы­шает их вязкость.

Об особенностях поведения высоколегированных криогенных сталей, используемых при криогенных тем­пературах, и специфики технологии их сварки будет ска­зано в главе 13.