ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

При сварке высокопрочных низколегированных сталей перлит­ного класса применяют обычно сварочные материалы, обеспечиваю­щие перлитную структуру металла шва.

Химический состав сварочных материалов (электродных прут­ков, электродной или присадочной проволоки) для этого выбирается той же системы легирования, что и основной металл, ограничивая содержание в нем углерода, серы и фосфора. Равнопрочность соеди­нения при этом гарантируется созданием соответствующего сечения шва. При расчете химического состава шва (а значит и его механи­ческих свойств) обязательно учитывают подлегирование металла шва за счет доли участия в нем основного металла; эта доля колеблется в значительных пределах для разных способов сварки. Одинаковый структурный состав металла шва и основного металла при их при­мерно одинаковой прочности дает возможность применять автома­тическую сварку с режимами, обеспечивающими достаточно боль­шое сечение прохода. Это позволяет уменьшить количество проходов по сравнению с ручной сваркой.

Усиление шва (рис. 8.4, а) имеет небольшую величину (и при ней обеспечена равнопрочность). Как было сказано выше, склонность пер­литного металла к образованию холодных трещин зависит (помимо структурного фактора) от содержания водорода в металле шва. Его содержание должно быть ограничено, что требует применения низко­водородистых электродов с покрытием вида Б. Перед употреблением электроды должны быть прокалены при температуре 350...500 °С.

Применяя перлитные сварочные материалы, можно использовать не только ручную сварку покрытыми электродами, но и механизиро­ванную сварку под слоем флюса или в среде защитных газов. В этом случае для уменьшения содержания водорода требуется прокалка флюса при температуре 600...700 °С, а содержание влаги в защитном газе (углекислом, аргоне или смесях) ограничено весьма жест­кими нормами.

Высокую технологическую прочность и работоспособность метал­ла шва при сварке высокопрочных сталей перлитного класса можно

получить при содержании в нем комбинаций в определенных преде­лах следующих элементов: С, Si, Mn, Cr, Ni, V, Мо, Nb. При опреде­ленном количественном содержании этих элементов в металле шва его прочность св может колебаться в пределах 600...700 МПа в исход­ном состоянии после сварки и 850...1450 МПа после соответствую­щей термообработки.

Возможен и другой вариант — применение аустенитных свароч­ных материалов. Аустенит имеет более низкую прочность, и для по­лучения равнопрочных сварных соединений приходится значитель­но увеличивать сечения сварных швов. Так, в некоторых случаях величина усиления стыковых швов может достигать 0,3S (рис. 8.4, б). Это приводит к двум следствиям:

• во-первых, резко увеличивается трудоемкость выполнения соединения, особенно учитывая то, что сечение прохода при многослойной сварке ограничено из-за опасения разбавления аустенитного металла шва чересчур большой долей основного перлитного металла;

• во-вторых, из-за относительно резкого сбега высокого усиле­ния к основному металлу образуется геометрическая концен­трация напряжений в этом районе (см. рис. 8.4, б), что может при эксплуатации конструкции привести к раннему появле­нию трещины. Поэтому требуется наложение специальных, так называемых «галтельных» валиков для уменьшения геомет­рической концентрации напряжений в этом месте, либо при­менение механической обработки (фрезерование), обеспечи­вающей галтель в месте перехода с радиусом не менее 12 мм.

Положительными сторонами применения аустенитных материа­лов является их меньшая чувствительность к водороду. Водород хо­рошо растворяется в аустените, а его диффузионная подвижность в кристаллической решетке ограничена — это значительно уменьшает поступление водорода из шва в ЗТВ, поэтому нет строгих требований к его нормированию в шве. Кроме этого, аустенитный шов, по сравне­нию с перлитным, имеет значительно большую пластичность, что весь­ма полезно при эксплуатационных перегрузках. Конкретные марки электродов и системы флюс-проволока выбирают в зависимости от состава основного металла (марки стали), руководствуясь норматив­ной документацией.

Как видно из изложенного, одной из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей является опасность получения мар - тенситных структур. Если избежать их за счет технологических при­емов не удается, то приходится применять термическую обработку конструкции после сварки. Эту операцию желательно проводить сра­зу же после сварки, пока температура в районе шва не упала ниже температуры мартенситного превращения, характерной для данной марки стали.

Распространенной (после сварочной) термообработкой являет­ся отпуск с нагревом 600...700 °С и выдержкой около двух часов. Такой отпуск способствует переводу структуры в более равновес­ное состояние (мартенсита в сорбит), снятию остаточных свароч­ных напряжений и частичному удалению из сварного соединения диффузионно-подвижного водорода. Этой термообработке обяза­тельно подвергаются сварные конструкции ответственного назначе­ния (паропроводы высокого давления, корпуса атомных реакторов, паропроизводящая аппаратура, котлы и т. д.). Термообработка мо­жет быть общей (иногда в специально изготовленных печах) либо местной (индукционный нагрев в районе швов). Сварные соедине­ния, выполненные аустенитными материалами, как правило, после - сварочной термообработке не подвергаются.