ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ

Ручная сварка

Для сварки сталей 40 и 45 и легированных сталей средней проч­ности можно использовать перлитные электроды УОНИ 13/55, УОНИ 13/65 и УОНИ 13/85 или других марок в соответствии с ГОСТ 10052-75. Эти электроды позволяют получить весьма пла­стичный металл шва с высокой стойкостью против образования холодных трещин. Для сталей более высокой прочности, работа­ющих в условиях сложных эксплуатационных нагрузок, рекомен­дуется применять аустенитные электроды с большим запасом аус - тенитности (например, Э-08Х15Н25М6АГ2). Не рекомендуется применять электроды, у которых металлический стержень изго­товлен из проволок типа Св-06Х19Н9Т, Св-13Х25Н18 и им по­добных, ибо из-за перемешивания с основным перлитным метал­лом металл шва теряет аустенитную структуру и становится хрупким.

Автоматическая сварка под флюсом

Характерно, что при высокой прочности сталей (при относи­тельно высоком содержании в них углерода) их сварка под кислыми флюсами ОСЦ-45 и АН-348 дает большую чувствительность к хо­лодным и горячим трещинам. Для улучшения свойств металла шва в ряде случаев используют основные флюсы марок АН-26, АН-20, 48-ОФ-Ю; при этом обеспечивается высокая чистота металла шва по сере и окисным включениям (электродные проволоки Св-08А, Св-ЮГН, Св-08ГСМТ).

Флюс перед употреблением рекомендуется прокаливать для удале­ния влаги при температуре 300...350 °С с выдержкой 2...3 ч. Подогрев при сварке большинства сталей не производится. Лишь при сварке жестких узлов конструкций с большой толщиной элементов подогрев следует вводить в технологический процесс (250...300 °С). При необ­ходимости после сварки рекомендуется общий отпуск при темпера­туре ~600 °С.

Применение глубокоаустенитных проволок при сварке сталей ЗОХГСА и ЗОХГСНА обеспечивает высокую пластичность и работо­способность соединений (например, проволока Св-10Х15Н25АМ6, флюс 48-ОФ-6). Конструктивные элементы разделки кромок, как пра­вило, практически не отличаются от таковых по сравнению с низколе­гированными сталями. Сварку под флюсом АН-348А можно произво­дить на постоянном или переменном токе, а под флюсом АН-15 — на постоянном токе. Режимы сварки выбираются в зависимости от сва­риваемой толщины, диаметра электродной проволоки и ее свойств (аустенит, перлит).

Сварка в защитных газах

Этот процесс находит широкое применение при изготовлении разнообразных конструкций из сталей рассматриваемого класса. Процесс легко механизируется и применяется в модификациях - автоматический и полуавтоматический. При этом в качестве за­щитных газов могут применяться как инертные, так и активные газы и их смеси в разнообразных сочетаниях. В инертных газах сварка может производиться как плавящимся, так и неплавящим - ся электродом. При применении активных газов — только плавя­щимся электродом.

Наиболее универсальным способом является полуавтоматичес­кая сварка тонкой электродной проволокой 0,8...2,0 мм в среде угле­кислого газа. Этот способ позволяет производить сварку во всех про­странственных положениях, обладает относительной дешевизной (из-за низкой стоимости и недефицитности углекислого газа) и обес­печивает (при правильном выборе состава электродной проволоки) требуемые свойства металла шва. Здесь так же, как и при сварке низ­колегированных сталей, в результате диссоциации в дуге молекул газа и воды в газовой фазе над зеркалом жидкого металла образуется из­быточное парциальное давление кислорода и водорода ( Р0 и ри ), что приводит к образованию на поверхности сварочной ванны слоя жид­кого металла, обогащенного кислородом. Этот слой служит своеоб­разным барьером для водорода, ограничивая его доступ в сварочную ванну. В то же время свободный кислород приводит к окислению легирующих элементов ванны, что требует применения сварочных проволок с повышенным содержанием в них таких элементов рас - кислителей как марганец и кремний (Св-08Г2С, Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08ХГСМФА и др.).

При наличии в сварочной ванне некоторого количества кислоро­да, относительно высоком содержании в стали углерода и отсутствии (или недостатке) других раскислителей при кристаллизации ванны продолжение реакции образования СО может вызвать кипение ван­ны и образование пор. Для подавления этой реакции следует через проволоку вводить достаточное количество раскислителей (марган­ца и кремния).

Если защитной средой является аргон и раскислители отсутству­ют, то повышение окисленности металла ванны может быть достигну­то за счет добавки к аргону до 5% кислорода или 25% углекислого газа с кислородом (до 5%). При этом процесс окисления углерода интенсифицируется в области более высоких температур, что приво­дит к его угасанию при начале кристаллизации. При сварке в С02 следует контролировать содержание влаги и водяных паров, так как их повышенное содержание даже при хорошей защите приводит к образованию пор.

При сварке высокопрочных сталей, как и при сварке низкоуглеро­дистых и низколегированных, все большее применение находит при полуавтоматической сварке порошковая проволока малого диаметра в среде смеси инертных и активных газов. Эта проволока (при соот­ветствующем легировании) позволяет получить металл шва с повы­шенной ударной вязкостью, обеспечить повышение производитель­ности за счет возможности увеличения сварочных токов (на 80...70%), значительно уменьшить коэффициент разбрызгивания, улучшить формирование шва и дает возможность производить сварку во всех пространственных положениях.

Особо необходимо отметить, что для сталей типа АБ разработаны и применяются низколегированные и аустенитные сварочные материалы. Для сталей с а02< 600 МПА, свариваемых, как правило, без подогрева низколегированными перлитными сварочными материалами, с пони­женным содержанием серы и фосфора при относительно малом со­держании углерода (0,04...0,06%) применяются: для ручной сварки электроды марок 48ХН-5, 48ХН-4 с покрытием основного типа; для автоматической сварки — низколегированная проволока Св-04НЗГМТА и Св-04Н2ГТА; при сварке в смеси защитных газов Аг + СОг — проволока Св-04Н2ГСТА и Св-04НЗГСМТА.

Стали с более высоким содержанием углерода (высокопрочная сталь типа 14ХН2МДА) при применении низколегированных сва­рочных материалов требуют подогрева. Чтобы его избежать, пред­почтение отдают преимущественно аустенитным сварочным матери­алам с достаточно большим запасом аустенитности. Для ручной сварки - электроды ЭА-981/15 и аустенитно-ферритные ЭА48М/22, высокопрочная проволока 10Х19Н23Г2М5 — для сварки под флю­сом, аустенитная проволока Св-10Х19Н11М4Ф — для сварки в за­щитном газе без сопутствующего или предварительного подогрева.

Сварка неплавящимся электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. При этом применяют вольфрамовые прут­ки, лантанированный вольфрам ВЛ-2 и ВЛ-10 или итрированный вольфрам СВИ-1, поставляемые по ГОСТ 23949-89.

В качестве защитных газов может применяться аргон высшего и первого состава (ГОСТ 10157-79) или гелий марок А, Б или В (ГОСТ 20461-75). Возможно использование смесей (например, 75% Аг + 25% Не). Это улучшает формирование швов, а добавка до 1% кислорода повышает устойчивость горения дуги на переменном токе и уменьша­ет опасность появления пористости в шве.

При сварке в таком активном защитном газе как углекислый, пред­ставляющем собой сильный окислитель, в проволоку, кроме легиру­ющих элементов, обязательно вводят раскислители (кремний, мар­ганец, титан). Примерами таких проволок служат Св-08Г2С, Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08ХГСМФА и др.

Для сварки высокопрочных среднелегированных сталей часто (особенно при сварке в смеси газов) используют низкоуглеродис­тые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки (например, Св-10ХГСН2МТ, Св-ОЗХГНЗМД, Св-08Х20Н9Г7Т, СВ-10Х16Н25-АМ6, Св-Х21 Н10Г6).

При сварке в инертных газах (как неплавящимся, так и плавя­щимся электродом) при свариваемых толщинах более 20 мм целесо­образно применять щелевую разделку. В этом случае на свариваемые торцы по центру наплавляются валики, которые при сборке образуют фиксированный размер щели b (рис. 8.4, в). Такое соединение выпол­няется более мягкой проволокой. При этом не требуется развитого усиления шва для компенсации меньшей прочности, так как равно­прочность соединения обеспечивается за счет контактного упрочне­ния мягкой прослойки, степень которого зависит от разности проч­ности основного металла и металла шва, а также от геометрических

параметров мягкой прослойки X = —- Относительно небольшие раз­меры щели обеспечивают провар обеих кромок при выполнении каж­дого прохода (иногда применяется поперечное колебание электрода или сварочной дуги за счет переменных электромагнитных полей).

С увеличением относительной толщины мягкой прослойки X уменьшается эффект контактного упрочнения металла шва. В облас­ти 0,1 < X <1 предел прочности для сварных соединений компактного сечения (сплошное сечение с отношением сторон, близким к едини­це) оказывается выше предела прочности металла мягкой прослойки:

При больших толщинах свариваемых деталей целесообразно приме­нять ЭШС. ГОСТ 15164-69 регламентирует основные типы и конст­руктивные элементы сварных соединений и швов, применяемые при ЭШС. Применяются флюсы марок АН-8 и АН-22. Марки проволоки связаны с требованиями, предъявляемыми к металлу шва. В зависи­мости от состава свариваемой стали это могут быть, например, Св-08ХГ2С, Св-08ГСМТ, Св-18ХМА, Св-10Х5М и др. Из этих же сталей могут быть изготовлены плавящиеся мундштуки и пластинча­тые электроды. При ЭШС подогрев часто не применяется с учетом высокого значения погонных энергий процесса.

В ряде случаев могут возникать горячие трещины в металле шва и холодные трещины (отколы) в металле ЗТВ (особенно в местах нача­ла шва и перерыва процесса). Регулируя режимы так, чтобы получить неглубокую и широкую ванну, удается избавиться от горячих тре­щин. Что касается холодных трещин, то опасность их появления при жестком закреплении кромок удается уменьшить, применив предва­рительный подогрев до 150...200 °С.

Опасным является рост зерна в ЗТВ, что вызвано достаточно дли­тельным пребыванием металла этой зоны при высоких температурах. Это ведет к падению ударной вязкости и возможности охрупчива­ния металла. Поэтому (особенно для сталей с повышенным содержа­нием углерода) сварные соединения после их выполнения должны подвергаться термообработке с целью восстановления механичес­ких свойств. К таким сталям относятся и теплоустойчивые стали, применяемые для изготовления корпусов атомных реакторов.