сварщик

СВАРКА ЗАГОТОВОК ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

В зависимости от химического состава различают стали г. леродистые и легированные. Углеродистые стали разделя­ют на три группы в зависимости от содержания углерода (%). низкоуглеродистые (до 0,25); сред не у г леродистые (0,26. .0,45); высокоуглеродистые (свыше 0,45). Легированными пазы - вают стали, в которые специально вводят легирующие элемен­ты— хром, никель, бор, титан, ванадий и др. Легированные ста­ли также подразделяют на три группы: низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов); легированные (2,5... 10 % легирую­щих элементов); высоколегированные (железа — более 45%, сум­марное содержание легирующих элементов — не менее 10% при содержании одного из элементов не менее 8 %).

Свариваемость углеродистых сталей зависит от содержания в них углерода. Оценку свариваемости легированных сталей про­изводят по эквиваленту углерода:

Сэкв = C+Mn/6+Cr/5+V/5+Mo/4 + Ni/15 + Cu/13+P/2,

Где С, Мп, Сг, V, Mo, Ni, Си, Р — содержания соответственно углерода, марганца, хрома, ванадия, молибдена, никеля, меди и фосфора в сотых долях процента; цифры в знаменателях — коэф­фициенты, полученные экспериментально.

Свариваемость стали ухудшается при Сэкв>0,3 %, так как создаются условия для образования закалочных структур и тре­щин в зоне термического влияния. Чтобы уменьшить вероятность возникновения таких структур и разрушения конструкций после сварки, применяют предварительный подогрев заготовок и высо­котемпературный отпуск.

15.1. Сварка заготовок

Из низкоуглеродистых сталей

Ручную дуговую сварку покрытым электро­дом выполняют на максимально допустимых режимах электро­дами типов Э42...Э46 различных марок (табл. 15.1). При выл л - нении угловых соединений заготовок толщиной свыше 30 м и наложении первого слоя при многослойной стыковой сварке комендуется предварительный подогрев до ПО... 150 °С.

Механизированную сварку под флюсом и - полняют сварочными проволоками СВ-0,8, Св-08А или Св-08ГА в сочетании с флюсами марок АН-348А и ОСЦ-45, используя как

Примечание. Сварку выполняют на переменном токе электродной проволокой 0 2 мм без разделки кромок.

Переменный, так и постоянный ток. Для сварки заготовок тол­щиной менее 3 мм и наложения угловых швов с катетом до 4 мм рекомендуется применять постоянный ток обратной полярности. Ориентировочные режимы выполнения стыковых и угловых со­единений приведены в табл. 15.2 и 15.3.

15.3. Ориентировочные режимы выполнения механизированной сваркой под флюсом нахлесточных и тавровых соединений «в лодочку»

Примечание. Сварку выполняют электродной проволокой 0 2 мм

Механизированную сварку в углекислом газе осуществляют сварочными проволоками Св-08ГС, Св-08Г2С и Св-12Г. Ориентировочные режимы выполнения стыковых и уг­ловых соединений приведены в табл. 15.4 и 15.5,

Сварка заготовок Из среднеуглеродистых Сталей

Сварка сталей данной группы представляет пс: ■ ":енные трудности ввиду образования при охлаждении малопластичных закалочных структур, являющихся причиной возникновеї чя кри. сталлизационных трешин в зоне термического влияния. Снизить вероятность образования закалочных структур можно предвари, тельным и сопутствующим подогревом заготовок, применением электродов с пониженным содержанием углерода, подбором ре. жимов сварки, обеспечивающих минимальное проплавление ос­новного металла, медленным охлаждением нагретого металла.

Ручную дуговую сварку выполняют электродами типов Э42А, Э50А, Э60А с фтористо-кальциевым покрытием. Режимы сварки с применением некоторых марок электродов при­ведены в табл. 15.6 (с. 253),

Механизированную сварку под флюсом вы­полняют сварочной проволокой Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-10Г2 с ис­пользованием флюсов АН-348А и ОСЦ-45.

Механизированную сварку в углекислом газе осуществляют сварочной проволокой Св-08Г2С. При вы­боре режимов выполнения стыковых и угловых соединений мож - во руководствоваться данными, приведенными в табл. 15.4 и 15,5.

15.4. Сварка заготовок из низколегированных сталей

Низколегированные стали подразделяют на низкоуглеродис­тые (содержание углерода — до 0,25%), теплоустойчивые и среднеуглеродистые (содержание углерода — 0,26...0,45 %)

Сварка заготовок из низколегированных низкоуглеродистых сталей. Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г8, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД, 14ХГС, 14Г2, 14Г2АФ, 16Г2АФ и другие прак­тически не закаливаются при всех способах сварки. Предвари­тельный подогрев до 100...150 °С или отпуск при 600...650 °С при­меняют при сварке заготовок толщиной свыше 30 мм.

Ручную дуговую сварку выполняют электродами типов Э42А, Э46А и Э50А с фтористо-кальциевым покрытием. При назначении режимов сварки можно руководствоваться дан­ными табл. 15.1. Для предотвращения образования пор в метал­ле шва сварку необходимо осуществлять короткой дугой п ща* тельно зачищенной поверхности прокаленными электродами

Механизированную сварку под флюсом в углекислом газе выполняют теми же материалами и в тех же режимах, что и сварку углеродистых сталей (см. табл 152 I,..15.5).

Сварка заготовок из низколегированных теплоустойчивых ста лей. Заготовки толщиной до 6 мм из низколегированных тещ " устойчивых сталей 12ХМ, 15ХМА, 20ХМЛ, 12Х1МФ, 20ХМФЛ ЗОХМА, 25Х1МФ, 12Х1МФ и других сваривают без предваритель­ного подогрева. При большей толщине заготовок сварку выпол­няют с их предварительным подогревом до 200...400гС много­слойными швами.

При ручной дуговой сварке покрытыми электродами тип и марку электрода выбирают в зависимо­сти от марки свариваемой стали и условий работы сварной кон­струкции. Например, сварку сталей 15ХМА, 20ХМА, ЗОХМА вы- полняют покрытыми электродами типа Э-ХМ марки УОНИ-13/ 45ХМ, сталей 12Х1МФ, 25Х1МФ — электродами типа Э-ХМФ марки ЦЛ-20А. Сварку ведут короткой дугой по тщательно за­чищенной поверхности Заварка стыков должна выполняться без перерывов. В случае вынужденного перерыва сварочного процес­са необходимо обеспечить равномерное и медленное охлаждение свариваемых заготовок, а перед возобновлением сварки обеспе­чить их нагрев до 200...400 °С.

Сварку выполняют в режимах, рекомендованных для сварки заготовок из низколегированных низкоуглеродистых сталей.

Механизированную сварку в углекислом газе заготовок из сталей 15ХМА, 20ХМЛ выполняют электрод­ной проволокой Св-08ХГ2СМА. После сварки рекомендуется вы­сокий отпуск в следующих режимах: для сварных изделиг. из стали 15ХМА — посадка в печь при 200 °С, нагрев до 600.. 660'С со скоростью 40. .50 град/ч, выдержка 3 ч, охлаждение до 210 °С со скоростью 40...50 град/ч, охлаждение на воздухе; для сварных изделий из стали 20ХМЛ — посадка в печь при 300 °С, нагрев до 620 °С со скоростью 40...50 град/ч, выдержка 3...5 ч, охлаждение на воздухе.

Заготовки из сталей 12X1МФ и 25Х1МФ сваривают пров. ло­кон Св-08ХГСМФА. Высокий отпуск изготовленных сварны: из­делий рекомендуется выполнять в следующем режиме: посадка в печь при 300 3С, нагрев до 640...680 °С со скоростью 40...50 гр_Д ч, выдержка 4 ч, охлаждение до 200 °С со скоростью 40...50 гр. дч, охлаждение на воздухе

Режимы выполнения сварки аналогичны рекомендованным для сварки заготовок из низколегированных низкоуглеродпст-jx сталей.

Сварка заготовок из низколегированных среднеуглеродистых

Сталей. В низколегированных среднеуглеродистых сталях 20ХГСА, jgXrCA, ЗОХГСА, 35ХГСА, ЗОХГСНА, 30ХН2МА, 20Х2МА, 35ХМ t других углерод и легирующие элементы значительно заторма­живают распад аустенита при охлаждении, повышая тем самым рероятность образования мартенситных структур и трещин в зоне термического влияния.

Ручную дуговую сварку заготовок из низколеги­рованных среднеуглеродистых сталей выполняют с предваритель­ном подогревом до 150...350 °С электродами, близкими по химиче­скому составу свариваемым сталям (например, УОНИ-13/85, ЦК-18-63, ЦЛ-19-63 и др.), на постоянном токе обратной поляр­ности дугой минимально возможной длины. Не допускается об­рывать дугу в пределах одного стыка. После сварки рекоменду­ются закалка и отпуск. Если послесварочная термическая обра­ботка затруднена, сварку производят аустеиитными покрытыми электродами типов ЭА-ЗМ6, ЭА-1Г6, ЭА-2Г6, обеспечивающими юлучеиие шва с высокими пластическими свойствами без крис­таллизационных трещин. Режимы сварки аналогичны указанным в табл. 15.2...15.5.

І Механизированную сварку под флюсом АН-10, АН-22 или АН-42 выполняют либо электродной проволо­кой, близкой по химическому составу свариваемым сталям, но о более высоким содержанием хрома, кремния и марганца, либо аустенитной проволокой.

Режимы сварки аналогичны указанным в табл. 15.2... 15 5.

15.5. Сварка заготовок из легированных сталей

Согласно ГОСТ 4543—71, промышленность выпускает свыше 80 марок сталей, подразделяемых на 11 групп. Даже в пределах одной группы стали существенно различаются по свариваемости, поэтому далее будут даны только общие рекомендации по сварке заготовок из этих сталей.

Подготовка заготовок под сварку. Заготовки из легирован­ных сталей следует готовить под сварку более тщательно, чем из углеродистых. Правку, вальцовку, штамповку и другие операции формообразования рекомендуется выполнять после отжига. Под­готовку свариваемых кромок необходимо осуществлять на метал­лорежущих станках, что обеспечивает точность сборки и не вызы­вает структурных изменений в зоне реза. Поверхность металла з зоне сварки нужно тщательно очищать от окалины, ржавчины, влаги и других загрязнений. При сборке заготовок под сварку следует обеспечивать их надежное закрепление друг относитель­но друга. Зазоры между заготовками должны соответствовать

Требуемым. Смещение кромок не должно превышать 10. .15 толщины свариваемых заготовок. Зазоры между кромками д0д ны быть минимальными и постоянными по всей длине стыка. Д повышения пластичности сварного шва содержание легирующих элементов з присадочной проволоке следует ограничивать до сле­дующих пределов (%): С —0,15; Si —0,5; Мп — 1,5; Сг — 15. Ni — 2,5; V — 0,5; Mg—1; Nb — 0,5. Необходимо использовать покрытия и флюсы основного типа, а также инертные газы Для уменьшения сварочных напряжений, являющихся одной из при - чин образования трещин, при конструировании следует н. бегать жестких узлов, скоплений и пересечений швов.

Сварка. Предварительный и сопутствующий подогревы поз- воляют замедлить скорость охлаждения и предотвратить образо­вание закалочных структур. Чем выше содержание в стали угле­рода и легирующих элементов, тем выше должна быть темпера­тура подогрева. Сварку следует производить на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без перерывов. Не допус­кается выполнение сварочных работ на ветру или сквозчяке, а также при низких температурах окружающего воздуха, Для уменьшения закалки процесс следует вести в несколько проходов. При многослойной сварке отдельные накладываемые слои долж­ны иметь одинаковое сечение, что позволяет использовать тепло­ту, выделяемую при наложении последующих слоев, для ровно - мерного отпуска закаленного предыдущего слоя. При наложении слоев разного сечения около шва остаются прослойки закаленной стали, в которых могут возникнуть закалочные трещины. Послед­ний слой, называемый отжигающим, необходимо накладывав при температуре шва «=<300 °С, причем так, чтобы он не касалсг ос­новного металла. Шов должен иметь правильную и одинак' ло форму по всей длине стыка, так как перепады сечений явля ся концентраторами напряжений и причиной появления тре ш. Подрезы и непровары сварных швов недопустимы.

Обработка изделий после сварки. Для предотвращения никновения холодных трещин не позднее чем через 15 МИН те окончания сварки производят высокий отпуск, стаі зирующий структуру и снимающий остаточные напряжения, ханическая обработка сварных швов позволяет изба­виться от концентраторов напряжений.

І 5.6. Сварка заготовок из высоколегированных сталей

В зависимости от основных свойств высоколегированные ли и сплавы подразделяют на три группы: коррозионно-стойкие (нержавеющие), стойкие против агрессивных жидкостей и газов (20X13, 08X13, 30X13, Х18Н9, Х18Н9Т и др.); жаростойкие (ока - ^остойкие), обладающие стойкостью против химического разру­шения поверхности в газовых средах при температурах 550...

1300 °С и работающие в ненагруженном или слабонагруженном Стоянии (40Х9С2, 30X1ЗН72, I5X25T, 20Х23Н13 и др.): жаро­прочные, обладающие повышенными механическими свойствами Яри высоких температурах (до 1150 °С) в течение определенного времени (11X11Н2В2МФ, 15X11МФ, 12Х8ВФ и др.).

По структуре в нормализованном состоянии различают высо­колегированные стали следующих классов: мартенситного (15X5, 15Х5ВФ, 20X13, 30X13, 09ХІ6Н4Б, 11Х11К2В2МФ и др.); мар- тенситно-ферритного (15Х5СЮ, 15Х12ВНМФ, 18Х12МБФР, 12X13 и др.); ферритного (08X13,10Х13СЮ, 12X17,15Х25Т и др.); аустенитно-ферритного (20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю, я др.); аустенитного (03X17HI4M2, ОЗХ16Н15МЗБ, 08Х10Н20Т2, 08Х16Н13М2Б, 09Н16Х14Б, 09Н19Х14В2БР, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т н др )

Технологические особенности сварки высоколегированных ста­лей связаны с их физическими свойствами. Большинство высоко­легированных сталей и сплавов при повышенных температурах имеют коэффициент теплопроводности, в 1,5...2 раза меньший, чем низкоуглеродистые. Пониженная теплопроводность приводит к концентрации теплоты в зоне сварки и увеличению проплавлення металла. Высокий коэффициент линейного расширения является причиной сильного коробления. Высоколегированные стали и спла­вы более склонны к образованию горячих и холодных трещин, чем низкоуглеродистые.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Сварку сле­дует выполнять электродами 0 1,6...2 мм при минимальной по­гонной энергии на постоянном токе обратной полярности корот­кой дугой без поперечных колебаний. Силу тока принимают рав­ной (15...35)d3.

Коррозионно-стойкие стали, не содержащие ти­тана или ниобия либо легированные молибденом, вольфрамом, ванадием, при длительном нагревании в интервале температур 550...875 °С теряют антикоррозионные свойства вследствие обра­зования карбидных соединений СГ23С5, СгтСз (сигматизания), яв­ляющихся очагами коррозии. При нагревании сварного изделия в ше 850 °С карбиды хрома растворяются в аустените, а при быстром охлаждении не выпадают в отдельную фазу (стабилиза­ция). Применение стабилизации как вида термической обработки следует ограничивать, так как. хотя антикоррозионные свойства восстанавливаются, происходит снижение пластичности и вязко­сти стали.

1 ориентировочные режимы ручной дуговой сварки заготовок из коррозионно-стойких сталей покрытыми электродами на постоянном токе обратной полярности

15.10. Примерный выбор электродной проволоки для сварки

Под флюсом высоколегированных сталей некоторых марок

Для восстановления пластичности, вязкости и си—оэг

ФОЗИОН -

Ных свойств рекомендуется применять закалку с -1е^УЮщ, Им отпуском. Режимы термической обработки для конкретной ма ' 1 ки стали регламентированы ГОСТ 5632—72.

При сварке коррозионно-стойких сталей нельзя допускать перегрева и многократного нагрева сварного соединения. щ0в обращенный к агрессивной среде, нужно накладывать в послед! нюю очередь. Не следует допускать, чтобы брызги электродного металла или металла сварочной ванны попадали на основной металл, так как они являются очагами межкристаллнтной кор­розии и причиной образования и развития межкристаллитных тре­щин. Поверхность швов должна быть гладкой мелкочешуйча­той — такие швы обладают более высокой общей коррозионной стойкостью по сравнению со швами, имеющими грубую неровную поверхность. Шлаковую корку с поверхности шва необходимо тщательно удалять.

Ориентировочные режимы сварки и рекомендации по выбору покрытых электродов для конкретных марок сталей приведены в табл. 15.7.

Жаростойкие и жаропрочные стали Ориен­тировочные режимы сварки и рекомендации по выбору покрытых электродов для конкретных марок сталей приведены в табл. 15.8 и 15.9.

Сварка под флюсом. Этим способом соединяют заготовки тол­щиной 3...50 мм. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности электродной проволокой 0 2...3 мм (табл. 15 За­готовки толщиной до 8 мм сваривают без скоса кромок зазо­ром не более 1 мм. Вылет электрода составляет не более _ мм. Для сварки применяют плавленые флюсы АНФ-5, АНФ-6, АНФ-14, АНФ-16, АНФ-17, АН-18, АН-26, К-8, ФЦЛ-2 и др! ила тока на 10...20 % меньше, чем при сварке низкоуглеродисты., .он - струкционных сталей.

Сварка в углекислом газе. Чтобы предохранить повер: сти заготовок от брызг электродного металла, их покрывают во_ ым раствором мела или каолина. При выборе сварочных электр ных проволок (табл. 15.11) учитывают выгорание титана, марганца и кремния.