— Длинная дорога начинается с маленького шага
(342) 211-04-96
skr-ips@mail.ru
614067, г. Пермь
ул. Высоковольтная 11
ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Новости

Водогрейный котел, тепловой мощностью 5 МВт, с характеристиками теплоносителя 95/70°С

Мы рады предложить поставку водогрейной котельной на биотопливе (все виды древесных отходов). Сохраняя технологические know-how компании Wellons, обеспечивая контроль качества продукции при производстве оборудования в России.

23.05.2017
Получена лицензия МЧС

После долгого ожидания нами получена лицензия МЧС

04.05.2017
Котельная на древесном топливе (1,8МВт/тепл)

Мы закончили работы по вводу котла ВЭЛЛОНС в эксплуатацию. При первом же розжиге мы вышли на 1,8МВт/тепл достаточно легко. Топливо - любое древесное. Влажность до 55%.

28.04.2017
Вступление в Российскую Ассоциацию организаций и предприятий целлюлозно-бумажной промышленности Бумпром

На ежегодном собрании членов РАО "Бумпром" 12 апреля наша компания была принята в состав ассоциации.

13.04.2017
Интервью Крона

Генеральный директор ИК "ИНПРОМСТРОЙ" отвечает на вопросы центра Крона в эксклюзивном интервью.

09.04.2017

Сварка сталей

СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Наиболее легко и хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,25%. По­вышение содержания углерода в низкоуглеродистых сталях до 0,30% делает их чувствительными к закалке. Для предупреждения закалки сварных соединений рекомен­дуется применять предварительный подогрев до температуры 150-200°. При наличии в стали от 0,3 до ,5% углерода при сварке возможно образование трещин. Для получения добро­качественных сварных соединений применяется термическая обработка изделия. Перед сваркой изделие предварительно на­гревается до 200-300°, и сварка ведется в нагретом состоянии. Затем изделие вновь помещается в печь, вторично нагревается до 675-700° и медленно остывает вместе с печью. При 100-150° изделие может быть выгружено из печи для окончательного остывания на воздухе. При сварке углеродистых сталей, содержащих углерода бо­лее 0,3%, необходимо строго выдерживать режимы сварки, ре­комендованные для каждого типа электродов. Повышенный сварочный ток, излишний перегрев способствуют образованию трещин. Поэтому силу сварочного тока нужно устанавливать строго по сертификату на электроды. Наложения широких валиков следует избегать. Сварку необ­ходимо вести небольшими участками короткой дугой, поперечные движения заменять продольными, края следует заваривать, так как в них могут образоваться трещины.

СВАРКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

В состав легированных сталей входят специальные легирую­щие элементы: хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, титан и другие. К легированным сталям относятся также и те стали, которые имеют повышенное содержание марганца и кремния. Легированные стали обладают по сравнению с углеродистыми бо­лее высокими механическими свойствами, а также и специальны­ми свойствами, которые необходимы для работы изделий в усло­виях глубокого холода, агрессивных сред, высоких температур и давлений. Для легированных сталей принято буквенно-цифровое обо­значение. По этим обозначениям можно приблизительно опреде­лить химический состав сталей. В государственных стандартах приняты следующие обозна­чения для легирующих элементов (см. табл. 67). Условные обозначения легирующих элементов

Обозначение

Цифры, стоящие впереди марки стали, указывают среднее с держание углерода в десятых долях процента для высоколе­гированных сталей, и в сотых долях процента легиро­ванных сталей.

Если после бук­вы цифра не стоит, то содержание этого элемента составляет около одного процента. Буква «А», стоящая в конце марки, ука­зывает на повышенное качество стали. Такая сталь имеет огра­ниченное содержание вредных примесей. Пример расшифровки состава стали по ее маркировке. Маркировка 1Х18Н9Т относится к нержавеющей стали, со­держащей в среднем 0,1% углерода, 18% хрома, 9% никеля и до 1% титана. Маркировка ЗОХГСА относится к низколегированной стали, в состав которой входит около 0,30% углерода, а содержание хрома, марганца и кремния не превышает 1 % для каждого эле­мента в отдельности. Содержание вредных примесей ограничено: сера 0,03%, фосфор 0,035%. Легирующие добавки оказывает следующее действие. Хром вводится в конструкционные стали в пределах 0,7- 1,75%. В специальных сталях содержание хрома доходит до 30%. Хром способствует закаливаемости стали, несколько понижает пластические свойства стали; часто его добавляют в сплавы вме­сте с другими легирующими примесями, например, никелем, мо­либденом и др. Никель сильно улучшает прочность и пластичность стали. Содержание никеля в легированных конструкционных сталях доходит до 5%. В специальных сталях никеля может быть до 50%. Чаще всего никель применяется в сочетании с другими эле­ментами (хромом, кремнием и др.). Молибден в конструкционных сталях содержится обычно в небольших количествах - до 0,60%. Молибден уменьшает склонность стали к перегреву, повышает ее стойкость при повы­шенных температурах, устраняет явление хрупкости при отпуске, повышает ударную вязкость, а также улучшает обрабатывае­мость стали в холодном и горячем состояниях. Ванадий вводится в легированную конструкционную сталь в количествах 0,2-0,3%. Весьма ценным свойством малых ко­личеств ванадия является его способность измельчать зерно в стали. Ванадий повышает сопротивление стали перегреву, а также значительно улучшает механические свойства стали. Титан вводится в сталь в небольших количествах - около 0,5%. Оказывает такое же действие, как ванадий. Кроме того, титан повышает вязкость стали и улучшает ее сварочные свой­ства. Марганец содержится в любой стали в количествах 0,3- 0,7%. Как легирующая примесь марганец вводится в количестве до 14-17%. Марганец повышает закаливаемость стали и улуч­шает ее механические свойства. Кремний входит в любую сталь в пределах до 0,6%. В ле­гированные стали кремний вводит я в количестве 0,8-1,2% для повышения упругих свойств. Большее содержание кремния (до 1,9%) вызывает некоторое понижение пластических свойств стали и ухудшает свариваемость.

Сварка легированной стали находится в большой зависимо­сти от ее химического состава, при этом основное значение имеет количественное содержание углерода. Легирующие добавки влияют на свариваемость слабее углерода. Влияние легирую­щих примесей неодинаково, например, хром и марганец способ­ствуют образованию трещин больше, чем никель. Благоприятно действует на свариваемость присадка титана. Значительно ухудшают свариваемость стали вредные приме­си: сера, фосфор и растворенные газы. Для получения нормальных результатов сварки содержание серы и фосфора не должно превышать 0,020-0,055%. Подготовка к сварке. При сварке легированных сталей тре­буется более высокая точность изготовления деталей, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Эти высокие требования вы­зываются тем, что натяжение при сборке крайне нежелательны, так как неизбежно увеличивают напря­жения. Правка сталей низкой и средней твердости не вызывает каких-либо изменений при сварке. Правку сталей высокой твер­дости следует ограничивать ввиду того, что она уменьшает плас­тичность и создает внутренние напряжения. При большом короб­лении заготовок из стали высокой твердости после плавки необхо­дим повторный отпуск. Правка допускается для заготовок из листовой стали или простых профилей. Сложные детали правке не подвергаются во избежание появления трещин. Правку термически обработанных деталей производят после отжига с последующей закалкой и отпуском. 

Подготовка кромок 

Разделка кромок должна точно соответ­ствовать требованиям чертежа или нормалям. Обрабатывать кромки под сварку рекомендуется до закалки, особенно сталей высокой твердости Дефекты в подготовке приводят к образова­нию непроваров и шлаковых включений. При наличии неровностей поверхности кромок в местах сварки необходимо их обра­батывать дополнительно. Зачистка под сварку. Легированные стали, поступающие на сварку, могут иметь на поверхности слой тугоплавкой окалины, образовавшейся при термической обработке. Для получения большего провара и чистоты переходной зоны кромки легирован­ной стали необходимо тщательно зачищать от окалины, смазки, шлака и других загрязнений. Зачистку следует делать не только в местах сплавления металлов, но и на расстоянии не менее J 0-15 мм от шва. Хорошие результаты дает дробеструйная очистка, а также травление. С кромок и прилегающих к шву закрытых мест следует также тщательно удалять влагу, жиры и различные масла, так как наличие этих примесей способ­ствует образованию пористости шва. Влага удаляется просуши­ванием или подогревом металла до 110-120°. Масло и жиры удаляются обтиркой, а также промывкой в щелочах, а иногда и прокаливанием, если это допустимо по условиям термической обработки стали.

Сборка под сварку 

Сборку под сварку конструкций из леги­рованной стали необходимо выполнять весьма тщательно. Основ­ное внимание должно быть обращено на выдерживание задан­ных зазоров, зависящих от типа швов. Сборка под сварку должна быть выполнена таким образом, чтобы размеры зазоров соответствовали требованиям, указан­ным в главе IV. Прихватка. Собранные под сварку детали предварительно скрепляются прихватками. Прихватка должна производиться сварщиками, вполне владеющими сваркой легированных сталей. Для прихватки употребляются электроды, предназначенные для основной сварки. Прихватки, наложенные неправильно, могут вызвать трещины. Их нельзя располагать на углах или около отверстий. Длина прихваток подбирается такой, чтобы они смог­ли прочно соединить детали. Практически прихватка не должна превышать по длине 2-3 толщины свариваемых листов и по высоте 0,5-0,7 высоты шва. Прихватки меньшего сечения могут легко разорваться от внутренних напряжений при сварке, а боль­шего сечения вызвать непровар или шлаковые включения. Нало­жение прихваток необходимо осуществлять по правилам сварки стали данного класса.

Технология сварки 

Сварка конструкций из легированной стали должна вестись, как правило, по тщательно разработан­ному технологическому процессу. Сварщик должен точно знать порядок выполнения операций сварки, режимы работы. Процесс сварки надо вести по возможности беспрерывно. Сварка ста ей, склонных к образованию трещин, должна произ­водиться обязательно в закрытых помещениях с температурой воздуха не ниже -50. Нельзя сваривать сталь, покрытую инеем, снегом или влагой. Очень важно при сварке легированных сталей строго выдери живать силу тока. Величина силы сварочного тока выбирается в пределах, указанных в табл. 23, 28, 29, 32, в зависимости от диаметра и марки электродов, предназначенных для сварки заданной стали. 

Сварка швов

Особенно продуманно следует выбирать порядок сварки двухсторонних швов. Для уменьшения внутренних напряжений и предупреждения сваривания трещин обе стороны вре­менно. Поэтому конструкции сваривать в поворотном приспособлении. Для борьбы с напряжениями и трещинами рекомендуется применять способ обратной деформации, а также местный или общий подогрев. При многослойной сварке валики следует накладывать по возможности одинакового сечения и длины. Это необходимо для уменьшения зоны закалки свариваемой стали. Зона отпуска показана радиальной штриховкой. Между штриховкой и границей валика располагается зона закалки. При наложении последующих валиков зона закалки ранее наложенных валиков нагревается, вследствие чего происходит ее отпуск. В результате такого метода сварки вся зона термического влия­ния может быть равномерно отпущена. Если валики наложены разного сечения и в различном поло­жении, зоны отпуска будут не полностью перекры­вать зоны закалки предыдущих валиков и в шве останутся боль­шие прослойки закаленной стали. Отжигающий валик. Последние валики шва дают зону закал­ки, которая может быть о пущена при наложении отжигающего валика, накладываемого только на наплавленный металл. По границам отжигающего валика тоже имеется слой, кото­рый нагревается до температуры закалки. Поэтому сваривать необходимо так, чтобы этот слой обязательно проходил по не закаливающемуся наплавленному металлу. Отжигающий валик необходимо накладывать на определен­ном расстоянии от основного металла, так как при малом рас­стоянии в стали может появиться зона закалки. Расстояние между краями отжигающего валика и основного металла не­обходимо выбирать в соответствии, в которой приве­дены примерные величины зоны закалки и зависимости от ди­аметра электрода, при средних силе тока и скорости сварки. Примеры наложения отжигающих валиков при сварке сты­ковых и тавровых соединений показаны на фиг. 96. Таблица 69 Ширина зоны закалки.

Если сварное соединение состоит из двух сталей: низкоугле­родистой 1 и легированной 2, то отжигающий валик 3 наклады­вается ближе к низкоуглеродистой стали. Если сварка ведется широким швом, свыше 30 мм, то рядом накладываются два отжигающих валика. Отжигающий вал следует сплавлять в определенное время сварки. Если наложить валик на сильно разогретый шов, закаленная зона не отпустится. Нельзя делать наплавку после полного охлаждения шва, так как при этом может закончиться процесс закалки от ранее наложенных валиков и возможно появление трещин в этих местах. Поэтому отжигающий валик надо наплавлять после полного потемнения шва, когда температура будет равной 200-300°. Положение шва и спо­собы движения электро­да. Большинство марок легированных сталей мо­жно сваривать при лю­бом положении шва. Од­нако пользоваться этим не рекомендуется из-за возможности появления трещин. Особенно трудно предупредить образование трещин при сварке потолочных швов. Тол ко при сварке швов в нижнем положе­нии легче всего удается соблюдать все правила наложения ва­ликов на легированную сталь. При сварке легированных ста­лей стыковыми швами изделие необходимо по возможности устанавливать так, чтобы швы были расположены в нижнем положении, а угловые швы преимущественно в положении «в лодочку».

Путь конца элек­трода при сварке широких швов. Путь конца электро­да при сварке узких валиков. В легированной стали в процессе сварки образуется значи­тельно больше пор и шлаковых включений, чем в низкоуглеро­дистой стали. Это зависит от состава стали, в первую очередь от повышенного содержания углерода. Поэтому при сварке легированной стали все внимание сварщика должно быть обращено на нужное и правильное движение электрода. Главная особенность в движении электрода заключается в добавочных возвратных движениях. Совершенно не допускается при сварке узких валиков прямолинейное движение электрода. Взамен та­кого движения необходимо применять продольно-возвратный способ ведения электрода, а также продольно-пет­левой. Положительным при таком ведении электрода является то, что электрод движется посредине шва, затем несколько возвра­щается назад для вторичного прогрева только что наложенного слоя металла. При наплавке широких валиков таким способом могут полу­чаться поры по краям шва. Поэтому такую сварку следует про­изводить с колебательным движением, т. е. с возвратом на краях. При таком движении электрод доводится до края шва, несколь­ко задерживается и подается немного назад для вторичного про­грева наплавленного слоя. Такая же операция по­вторяется на втором крае шва. Еще лучшие результаты дает применение петлеобразных колебательных движений электрода. В процессе сварки следует избегать наложения широких ва­ликов, так как они вызывают лишний перегрев ванны и увеличи­вают образование усадочных напряжений. Хорошее качество сварки легированных сталей можно полу­чить при тщательном выполнении ряда требований, которые не­обходимо знать каждому сварщику. Концы валиков охлажда­ются с большей скоростью, следовательно, закалка их получает­ся наиболее значительной. В этих местах обычно появляются тре­щины. Для предупреждения трещин нельзя сразу после зажига­ния дуги передвигать электрод. Необходимо начало валика пере­крыть наплавленным металлом, давая тем самым дополнитель­ный прогрев. Нельзя при окончании валика сразу обрывать дугу до полного заполнения сварочной ванны (кратера) и дополни­тельного прогрева конца валика. Без такой заделки в кратере будут образовываться трещины. Кратер необходимо заплавлять на самом шве, так как вывод его на основной металл вызывает трещины. При сварке легированной стали большое значение имеет правильная форма шва. Недопустимы подрезы, которые прохо­дят по наиболее опасной закаленной зоне шва. Край наплавлен­ного валика должен иметь правильную линию без выступов и узких перехватов. Сечение шва надо выдерживать постоянным. Удалять шлак следует лишь после полного охлаждения шва. После сварки конструкции из легированной стали подверга­ют термической обработке, необходимой для снятия напряжений и предупреждения трещин, улучшения механических свойств наплавленного металла, отпуска закаленной зоны и повышения механической обрабатываемости шва.

Свариваемость сталей

Содержание в стали легирующих примесей оказывает большое влияние на свариваемость стали. Основные легирующие примеси при маркировке стали условно обозначаются по ГОСТ 5632-72 следующими буквами: хром - X, никель - Н, молибден - М, ванадий - Ф, вольфрам-В, титан - Т, ниобий - Б. К легирующим примесям относятся также кремний (С) и марганец (Г), при повышенном их содержании в стали. Влияние кремния и марганца на свариваемость стали рассмотрено в гл. 4, § 11. Хром содержится в обычных сталях до 0,3%. В низколегированных сталях, применяемых в строительстве для изготовления сварных и клепаных конструкций (15ХСНД), а также для изготовления арматуры железобетонных конструкций, сварных газопроводных труб (18Г2С; 25Г2С) и шпунтовых свай (12ХГ), примеси хрома не превышают 0,9%. При таком содержании он не оказывает существенного влияния на свариваемость стали. В конструкционных сталях хрома содержится от 0,7 до 3,5%, в хромистых - от 12 до 18%, в хромоникелевых - от 9 до 35%. Хром снижает свариваемость стали, так как, окисляясь, образует тугоплавкие окислы Сг203, резко повышает твердость стали в зоне термического влияния, образуя карбиды хрома, а также способствует возникновению закалочных структур. Никель содержится в низкоуглеродистых сталях до 0,3%. В низколегированных сталях, применяемых в строительстве (15ХСНД, 16ГС, 14Г и др.), примеси никеля составляют от 0,3 до 0,6%, в конструкционных сталях - от 1,0 до 5%, а в легированных сталях - от 8 до 35%; способствует измельчению кристаллических зерен, повышению пластичности и прочностных качеств стали; не снижает свариваемости стали. Молибден в теплоустойчивых сталях содержится от 0,15 до 0,8%, в сталях, работающих при высоких температурах и ударных нагрузках, его содержание достигает 3,5%. Способствует измельчению кристаллических зерен, повышению прочности и ударной вязкости стали. Ухудшает свариваемость стали, так как способствует образованию трещин в металле шва и зоне термического влияния. В процессе сварки легко окисляется и выгорает, поэтому требуются специальные меры для надежной защиты от выгорания молибдена при сварке. Ванадий содержится в сталях от 0,2 до 1,5%. Придает стали высокую прочность, повышает ее вязкость и упругость. Ухудшает сварку, так как способствует образованию закалочных структур fc металле шва и около шовной зоны. При сварке легко окисляется и выгорает. вольфрам содержится в сталях от 0,8 до 18%. Значительно повышает твердость стали и его теплостойкость. Снижает свариваемость стали. В процессе сварки легко окисляется и выгорает. Титан и ниобий содержатся в нержавеющих и жаропрочных сталях в количестве от 0,5 до 1,0%. Они являются хорошими карбидо-образователями и поэтому препятствуют образованию карбидов хрома. При сварке нержавеющих сталей ниобий способствует образованию горячих трещин. Сварка низколегированных сталей Низколегированные стали получили широкое применение в строительстве в связи с тем, что они, обладая повышенными механическими свойствами, позволяют изготовлять строительные конструкции более облегченными, а отсюда и значительно экономичными. Низколегированные стали, применяемые в строительстве, содержат углерода i е более 0,25% и легирующих примесей не более 3,0%. Для изготовление различных конструкций промышленных и гражданских сооружен! .1 применяют стали 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС и др. Для изготовления арматуры железобетонных конструкций и сварных газопроводных труб применяют стали 18Г2С 25Г2С, 35ГС и 20ХГ2Ц. Вез эти стали относятся к категории удовлетворительно сваривающихся сталей. Однако следует учитывать, что при содержании в стали углерода более 0,25% возможно образование закалочных структур и даже трещин в зоне сварного шва. Кроме того, выгорание углерода, как правило, вызывает образование пор в металле шва. Сталь 15ХСНД сваривают вручную электродами типа Э50А или Э55А. Наилучшие результаты дают электроды УОНИ-13/55 и электроды Днепропетровского электродного завода ДСК-50. Сварку электродами ДСК-50 можно выполнять переменным током, но лучшие результаты дает сварка постоянным током при обратной полярности. Многослойную сварку следует производить каскадным методом. Чтобы предупредить перегрев стали, следует выполнять сварку при относительно пониженных токах (40...50 А на 1 мм диаметра электрода). Рекомендуется применять электроды диаметром 4...5 мм. Автоматическую сварку стали 15ХСНД производят проволокой Св-08ГА или Св ЮГА под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 при относительно высоких скоростях, но при малой погонной энергии. В зимних условиях сварку конструкций из стали 15ХСНД разрешается производить при температура:; не ниже - 10° С. При более низких температурах изделия подвергают предварительному подогреву зоны сварки на ширине 100...120 мм по обе стороны шва до 100... 150° С. При температуре - 25° С сварка ге допускается. Сварку сталей 15ГС и 14Г2 производят так же, как и стали 15ХСНД. Стали 09Г2С и 10Г2С1 относятся к группе незакаливающихся сталей, не склонных к перегреву и стойких против образования трещин.? Ручная сварка электродами типа Э50А и Э55А успешно выполняется на режимах, предусмотренных для сварки обычной низкоуглеродистой стали. При этом механические свойства сварочного шва не уступают показателям основного металла. Автоматическая и полуавтоматическая сварка выполняются электродной проволокой Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-10Г2 под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45. Сварка листов толщиной до 40 мм производится без разделки кромок. При этом равно прочность сварного шва обеспечивается переходом легирующих элементов из электродной проволоки в металл шва. Стали хромо-кремне-марганцовистые типа хромансиль, относящиеся к низколегированным, маркируются 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА и 35ХГСА. Основное затруднение при сварке этих сталей заключается в том, что они дают закалочные структуры и склонны к образованию трещин. При этом чем меньше толщина кромок, тем больше опасность закалки металла и образования трещин, особенно в около шовной зоне. Стали, содержащие углерод до 0,25%, свариваются лучше, чем стали с большим содержанием углерода. Для сварки могут применяться электроды или сварочная проволока Св-08 и Св-08А, а для ответственных сварных швов рекомендуются электроды со стальными стержнями из проволоки Св-18ХГСА или Св-18ХМА с покрытием типов ЦЛ-18-63; ЦК-18М, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, УОНИ-13/НЖ. При сварке можно рекомендовать следующие режимы: Толщина металла, мм ... 0,5...1,5, 2...3 4...6 7... 10 Диаметр электрода, мм . . . 1,5...2,0 2,5...3 3...5 4...6 Сварочный ток, А .... . 20...40 50...90 100...160 200...240 При сварке более толстых металлов применяется многослойная сварка с малыми интервалами времени между наложением последующих слоев. При сварке кромок разной толщины сварочный ток выбирается по кромке большей толщины, и на нее направляется большая часть зоны дуги. Для устранения закалки и повышенной твердости металла шва и около шовной зоны рекомендуется после сварки нагреть изделие до температуры 650...680° С, выдержать при этой температуре определенное время в зависимости от толщины металла ( 1 ч на каждые 25 мм) и охладить на воздухе или в горячей воде.

Сварка низколегированных сталей

Сварку низколегированных сталей в защитном газе производят по режимам автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. При сварке в углекислом газе рекомендуется электродная проволока диаметром 1,2...2,0 мм марки Св-08Г2С или Св-10Г2. Электрошлаковая сварка сталей любой толщины успешно производится электродной проволокой марки Св-10Г2 под флюсом АН-8 при любой температуре окружающего воздуха. § 31. Сварка средне и высоколегированных сталей Для получения качественного сварного шва при сварке средне и высоколегированных сталей требуется соблюдение специальных технологических мероприятий. Сварка этих сталей затруднена по следующим причинам: выгорание в процессе сварки из расплавленной ванны металла легирующих примесей и углерода; перегрев свариваемого металла (вследствие относительно малой теплопроводности); повышенная склонность металла к образованию закалочных структур; значительные деформации и напряжения, связанные с тепловым влиянием дуги, а также с большим, чем у низкоуглеродистых сталей, коэффициентом линейного расширения. При этом чем больше в стали углерода и легирующих примесей, тем сильнее проявляются эти затруднения. Для устранения влияния этих причин на качество сварного соединения рекомендуется: особенно тщательно подготавливать свариваемые кромки шва под сварку; сварку вести при больших скоростях с малой погонной энергией, чтобы не допускать перегрева металла; применять термическую обработку для предупреждения образования закалочных структур и снижения внутренних напряжений; применять легирование металла шва через электродную проволоку и покрытие с целью восполнить выгорание примесей в процессе сварки. Для сварки высоколегированных сталей применяют электроды по ГОСТ 10052-75 «Электроды металлические для дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы». ГОСТом предусмотрены электроды для сварки различных специальных сталей и регламентированы основные свойства наплавленного металла (химический состав, механические свойства, стойкость против межкристаллитной коррозии). Электроды изготовляют из высоколегированной сварочной проволоки по ГОСТ 2246-70. Применяют покрытие типа Б. Обозначаются электроды буквами ЭА с соответствующим индексом в зависимости от назначения. Например, электрод ЭА-1, предназначенный для сварки сталей 12Х18Н9, 12Х18Н9Т и 08Х18НЮ, состоит из стержня, изготовленного из проволоки Св-01Х19Н9 и покрытия типа ЦЛ-2, ЦЛ-3 или У0НИ-13/НЖ. Сварку производят постоянным током обратной полярности. При этом сварочный ток выбирают из расчета 25...40 А на 1 мм диаметра электрода. Длина дуги должна быть возможно короткой. Рекомендуется применять многослойную сварку малого сечения при малой погонной энергии. В строительстве и строительной промышленности при изготовлении различных изделий и конструкций широкое применение получили следующие средне и высоколегированные стали: хромистые, хромоникелевые, марганцовистые, молибденовые и др. Хромистые стали относятся к группе нержавеющих коррозионно-стойких и кислотостойких сталей. По содержанию хрома они делятся на среднелегированные (до 14% хрома) и высоколегированные (с 14 до 30% хрома). При сварке хромистых сталей возникают следующие затруднения. Хром при температуре 600...900° С легко вступает во взаимодействие с углеродом, образуя карбиды, которые располагаясь в толще металла, вызывают межкристаллитную коррозию, снижающую механические свойства стали. При этом чем выше содержание углерода в стали, тем активнее образуются карбидные соединения. Кроме того, хромистые стали обладают способностью к самозакаливанию (при охлаждении на воздухе), вследствие чего при сварке металл шва и около шовной зоны получает повышенную твердость и хрупкость. Возникающие при этом внутренние напряжения повышают опасность возникновения трещин в металле шва. Усиленное окисление хрома и образование густых и тугоплавких окислов являются также серьезными препятствиями при сварке хромистых сталей. Среднелегированные хромистые стали, содержащие углерода до 2%, относятся к мартенситному классу. Они свариваются удовлетворительно, но требуют подогрева до 200...300° С, и последующей термической обработки. Высоколегированные хромистые стали содержат углерода до 0,35% и относятся к ферритному классу. При сварке этих сталей возникают затруднения, указанные выше. Сварку производят с предварительным подогревом до 300...400° С; после сварки для снятия внутренних напряжений и восстановления первоначальных физико-механических свойств изделие подвергают высокому отпуску (нагрев до 650... 750°С и медленное охлаждение). Применяют электроды из сварочной проволоки Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием, содержащим плавиковый шпат и окись марганца. Это обеспечивает получение жидкого шлака, хорошо растворяющего окислы хрома. Рекомендуются покрытия ЦЛ-2, ЦТ и УОНИ-13/НЖ. Хромистые стали, как и большинство легированных сталей, обладают малой теплопроводностью и легко подвергаются перегреву. Поэтому сварку их производят постоянным током обратной полярности при малых сварочных токах. Величина тока берется из расчета 25...30 А на 1 мм диаметра электрода. Высоколеги/pрованныеtd хромоникелевые аустенитные стали получили большое применение в технике, благодаря ряду важных физико-химических и механических свойств: коррозионной стойкости, кислотоупорности, теплостойкости, вязкости, стойкости против образования окалин. Важным качеством этих сталей является хорошая свариваемость. В машиностроении применяют стали 08Х18Н10 и 12Х18Н9. Эти стали при нагреве до температуры 600...800° С теряют антикоррозийную стойкость. Выделение карбидов хрома по границам зерен приводит к межкристаллитной коррозии стали, поэтому сварку следует выполнять на постоянном токе обратной полярности при относительно малых сварочных токах, сокращая продолжительность нагрева металла. Следует применять также меры по отводу теплоты, например, при помощи медных подкладок или охлаждения. После сварки рекомендуется изделие подвергнуть нагреву до 850...1Ю0°С и закалке в воде (или воздухе для малых толщин металла). Хромоникелевые стали 12Х18Н9Т и 08Х18Н12Б содержат титан и ниобий, которые, являясь более сильными карбидообразователями, связывают углерод стали, предупреждая образование карбидов хрома, поэтому эти стали после сварки не подвергают термообработке. Для сварки хромоникелевых сталей применяют электроды, изготовленные из сварочной проволоки Св-01Х19Н9, Св-06Х19Н9Т или Св-04Х 19Н9С2 с покрытием ЦЛ-2, ЦЛ-4 (содержащим 35,5% мрамора, 41% плавикового шпата, 8,5% ферромарганца и 15% молибдена), УОНИ-13/НЖ и др. Тонколистовую сталь 12Х18Н9Т следует сваривать дуговой сваркой в аргоне, так как при сварке качественными электродами или под флюсом происходит науглероживание металла шва углеродом, входящим в состав покрытия или флюса. Процесс науглероживания снижает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. Высоколегированная марганцовистая сталь, обладающая большими твердостью и износостойкостью, содержит от 13 до 18% марганца и 1,0 ... 1,3% углерода. Она применяется для изготовления зубьев экскаваторов, шеек камнедробилок и других рабочих органов дорожных и строительных машин, работающих при ударных нагрузках и на истирание. Для сварки применяют электроды со стержнями из углеродистой проволоки Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 с покрытием, которое применяется для наплавочных электродов марки ОМГ, содержащем 23% мрамора, 15% плавикового шпата, 60% феррохрома, 2% графита, замешанных на жидком стекле (30% к общей массе сухих компонентов). Рекомендуются покрытия, применяемые для наплавочных электродов типа ОЗН (45 ... 49% мрамора, 15 ... 18% плавикового шпата, 26 ... 33% ферромарганца, 3% алюминия, 4% поташа, замешанных на жидком стекле). Применяют также стержни электродов из проволоки Св-04Х19Н9 и Св-07Х25Н13 с покрытием ЦЛ-2, состоящим из 44% мрамора, 51% плавикового шпата, 5% ферромарганца, замешанных на жидком стекле (20 ... 22% к массе сухих компонентов). Хорошие результаты дает также покрытие УОНИ-13/НЖ-Сварка выполняется постоянным током обратной полярности короткими участками. Величина сварочного тока определяется из расчета 30 ... 35 А на 1 мм диаметра электрода. Для получения шва повышенных прочности и износостойкости следует сварной шов проковать в горячем состоянии. При этом металл шва следует интенсивно охлаждать холодной водой (закаливать). Стали молибденовые, хромомолибденовые и хромомолибденова-надиевые относятся к теплоустойчивым сталям перлитного класса. Эти стали используют при изготовлении сварных паровых котлов, турбин, различной аппаратуры в химической и нефтяной промышленности, где применяются высокие температуры и давления. Как правило, эти стали свариваются удовлетворительно при выполнении установленных технологических приемов: предварительного подогрева до 200 ... 300° С и последующего отжига при температуре 680-780° С или отпуска при температуре 650° С. Температура окружающего воздуха должна быть не ниже +5° С. Сварка выполняется постоянным током обратной полярности. При сварке легированных сталей не следует допускать перегрева зоны термического влияния. Сварку выполняют при относительно малых сварочных токах (30 ... 40 А на 1 мм диаметра электрода). Перед сваркой сталь подогревают, а затем производят соответствующую термообработку для получения высоких механических свойств и равновесной структуры металла. Сварка при температуре ниже +5° С не разрешается.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380-71 подразделяют на три группы: группа А - сталь поставляют только по механическим свойствам (в сварных конструкциях не используется), группа Б - сталь поставляют по химическому составу, группа В - сталь поставляют по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу (Б Ст.З, В Ст.З). Группа А перед маркой стали не указывается. Степень раскисления стали (количество кремния и марганца в ней) указывается после марки. Выделяют три группы: кипящая сталь (КП) - наименьшей степени раскисления, содержит не более 0,07 % кремния; спокойная сталь (СП) - наибольшей степени раскисления, содержит не менее 0,12 % кремния и имеет лучшую свариваемость; полуспокойная сталь (ПС) - занимает среднее положение по степени раскисления и свариваемости. Лучшие свойства имеют стали с повышенным содержанием марганца и кремния (15Г, 16К). Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость и обеспечивает удовлетворительную свариваемость. Для изготовления сварных конструкций стали используют в горячекатаном состоянии, так как термообработка улучшает механические свойства стали, однако с увеличением толщины проката механические свойства ухудшаются. Низкоуглеродистые и низколегированные конструкционные стали имеют хорошую свариваемость. При сварке состав шва этих сталей незначительно отличается от состава основного металла. Повышение скорости охлаждения металла шва способствует увеличению его прочности, однако при этом снижаются его пластические свойства и ударная вязкость. Скорость охлаждения металла шва определяется толщиной свариваемого металла, конструкцией сварного соединения, режимом сварки и начальной температурой изделия. Многопроходные швы толстолистовых изделий при прочих равных  условиях имеют более высокие механические свойства, так как металл шва подвергается многократному тепловому воздействию от сварочных проходов. Суммарное тепловое воздействие аналогично термической обработке - отпуску. I При появлении в швах дефектов их удаляют механическим путем, воздушно-дуговой или плазменной резкой и после зачистки подваривают на тех же режимах, что и при сварке основного прохода. Рекомендуемые для электрода выбранной марки значения сварочного тока выбираются либо по упрощенным формулам, либо по паспорту электрода, в котором приведены его сварочно-технологические свойства, типичный химический состав и механические свойства наплавленного металла. При сварке рассматриваемых сталей обеспечиваются высокие механические свойства сварного соединения и поэтому в большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования в нем закалочных структур. Однако при сварке угловых швов на толстом металле и первого с слоя многослойного шва для повышения стойкости металла против I трещин рекомендуется предварительный подогрев до температуры * 120... 150 °С. Вид предварительной термообработки стали влияет на выбор техники сварки. Материалы, не подвергавшиеся термообработке, после ) холодной прокатки на изделиях большой толщины необходимо сваривать каскадным методом или горкой, это позволяет снизить уровень сварочных напряжений и вероятность образования холодных I трещин. Термоупрочненные стали для предотвращения разрушения закалочных структур необходимо сваривать на режимах с минимальными значениями силы тока по предварительно охлажденным предыдущим сварочным валикам. При подварке дефектов в этих случаях длина подварочных швов должна быть не менее 100 мм или необходим предварительный подогрев.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Углеродистые и среднеуглеродистые стали содержат 0,26...0,45 % углерода. Качественные стали могут содержать 0,7... 1,0 % марганца. Для сварных конструкций используют стали 35 и 40, т. е. стали с содержанием углерода 0,35...0,4 %. » Высокоуглеродистые стали содержат 0,46...0,75 % углерода. Они отличаются плохой свариваемостью и не используются для сварных , конструкций. Проблемы сварки таких сталей возникают иногда при ремонтных работах. Чем больше углерода в составе стали, тем хуже ее свариваемость. Конструкционные легированные стали - это стали, содержащие один или несколько легирующих элементов при суммарном их содержании 2,5... 10 %. Такие стали называют теплоустойчивыми (см. гл. 8). Наилучшие механические свойства они приобретают после закалки с последующим отпуском. Эти стали отличает высокая прочность при достаточной пластичности. Они склонны к резкой закалке и холодным трещинам. Наиболее часто трещины возникают в швах, сваренных электродами, стержень которых имеет состав, близкий к составу основного металла. С увеличением толщины свариваемого металла возможность образования закалочных холодных трещин возрастает. Для уменьшения вероятности образования трещин необходимо уменьшить перегрев шва, для чего нужно вести сварку на минимальном токе, применять предварительный перегрев и отпуск после сварки. Подогрев осуществляют двумя способами: либо газовыми горелками, либо токами высокой частоты. Для второго способа подогрева используют водоохлаждаемые индукторы и специализированные источники питания. Индукционный подогрев более удобен с технологической точки зрения, к тому же он уменьшает наводораживание шва по сравнению с газовым пламенем. Однако газопламенный подогрев дешевле и поэтому до сих пор широко используется. Температуру подогрева деталей контролируют с помощью термокарандашей. Термокарандаш напоминает по внешнему виду цветной мелок. Цветную метку наносят на участок изделия, где нужно контролировать температуру. Затем изделие нагревают и следят за изменением цвета метки, которое происходит при определенной для данного термокарандаша температуре. Термокарандаши выпускают с шагом изменения температуры в 50 °С. Для сварки сталей 40 и 45, а также легированных сталей средней прочности рекомендуется использовать электроды УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ВИАМ-25, НИАТ-ЗМ. Они обеспечивают высокую пластичность и ударную вязкость металла шва и стойкость против образования трещин. При сварке швов с жесткими замкнутыми контурами и с толщиной кромок более 16 мм необходимо вести сварку в несколько проходов с наплавкой подслоев, которые выполняют функцию предварительного подогрева. Сварку производят в помещении, где температура должна быть не ниже 15 °С. При этом недопустимы сквозняки. Особенности сварки жаропрочных и коррозионностойких аустенитных сталей рассмотрены в гл. 8. При ручной дуговой сварке этих сталей покрытыми электродами прежде всего необходимо обеспечить требуемый химический состав металла шва. Для этого с целью уменьшения угара легирующих элементов применяют электроды с фтористо-кальциевым (основным) покрытием. Сварку ведут короткой дугой без поперечных колебаний электрода, что уменьшает вероятность образования дефектов на поверхности основного металла в результате прилипания брызг. Эти места могут быть очагами начала коррозии. Для предотвращения налипания брызг рекомендуется использовать смазки, аэрозоли на силиконовой основе. Наиболее простые типы таких смазок делаются на основе жидкого стекла с добавлением окислов кремния, хрома и других тугоплавких оксидов. Капли металла в виде брызг попадают на слой этой смазки и кристаллизуются на частицах тугоплавких окислов, не разрушая поверхности основного металла. При сварке электродами с фтористокальциевым покрытием для облегчения горения дуги необходимо использовать постоянный ток обратной полярности. Силу тока выбирают из условия 25...30 А на 1 мм диаметра электрода. Сварку рекомендуется выполнять ниточными швами электродами диамет ром не более 3 мм. Электроды перед сваркой необходимо прокаливать при температуре 250...400 °С в течение 1,5... 1,0 ч для уменьшения вероятности образования в швах пор, вызываемых водородом, и трещин.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ И ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

СВАРКА ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

Теплоустойчивыми называют стали, длительно работающие при температуре до 600 °С. К ним относятся перлитные низколегированные хромомолибденовые стали 12МХ, 12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, работающие при температуре 450...550 °С и хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20МФЛ, работающие при температуре 550...600 °С в течение 100 000 ч (10 лет). Они дешевы и технологичны, из них делают отливки, прокат, поковки для изготовления сварных конструкций: турбин, паропроводов, котлов и т.п.

Теплоустойчивость сварных соединений оценивают отношением длительной прочности металла соединения и основного металла - коэффициентом теплоустойчивости.

Чтобы работать при высоких температурах, стали должны обладать жаростойкостью, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и сопротивлением ползучести: их пластическая деформация при постоянной нагрузке с течением времени должна возрастать незначительно. Все это достигается введением в состав сталей 0,5...2,0% хрома, 0,2...1,0 % молибдена, 0,1 ...0,3 % ванадия и — иногда — небольших добавок редкоземельных элементов. Хорошее сочетание механических свойств изделий из теплоустойчивых сталей достигается термообработкой: нормализацией или закалкой с последующим высокотемпературным отпуском. Это обеспечивает мелкозернистую структуру, состоящую из дисперсной ферритокарбидной смеси. После 100000 ч работы обработанная таким образом сталь 15ХМ имеет прочность 260 МПа (26,5 кгс/мм2) при температуре 450 °С и 62 МПа (6,3 кгс/мм2) при температуре 550 °С, а сталь 12X1МФ - 154 МПа (15,7 кгс/мм2) при температуре 500 °С и 58 МПа (5,9 кгс/мм2) при температуре 580 °С.

Физическая свариваемость теплоустойчивых сталей, определяемая отношением металла к плавлению, металлургической обработке и к последующей кристаллизации шва не вызывает затруднений. Современные сварочные материалы и технология сварки обеспечивают требуемые свойства и стойкость металла шва против горячих трещин. Однако сварные соединения склонны к холодным трещинам и к разупрочнению металла в ЗТВ - зоне термического влияния. Поэтому нужно применять сопутствующий сварке местный или предварительный общий подогрев изделия. Это уменьшает разницу температур в

зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения в металле. Уменьшается скорость охлаждения металла после сварки больше аустенита превращается в мартенсит при высокой температуре, когда металл пластичен. Напряжения, возникающие из-за разницы объемов этих фаз, будут меньше, вероятность образования холодных трещин снизится. Применяя подогрев, нужно учитывать, что излишне высокая температура приводит к образованию грубой ферритно-перлитной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений. Уменьшить опасность возникновения холодных трещин можно, производя отпуск деталей, выдерживая их при температуре 150...200 °С сразу после сварки в течение нескольких часов. За это время завершится превращение остаточного аустенита в мартенсит и удалится из металла большая часть растворенного в нем водорода.

Разупрочнение теплоустойчивых сталей в ЗТВ зависит также от параметров режима сварки. Повышение погонной энергии сварки увеличивает мягкую разупрочняющую прослойку в ЗТВ, которая может быть причиной разрушения жестких сварных соединений при эксплуатации, особенно при изгибающих нагрузках. Основные способы сварки конструкций из теплоустойчивых сталей - это дуговая и контактная стыковая. Последнюю используют для сварки стыковых соединений труб нагревательных котлов в условиях завода.

Дуговую сварку производят электродами с покрытием, в защитных газах и под флюсом. Подготовку кромок деталей при всех способах дуговой сварки производят механической обработкой. Допускается применение кислородной или плазменной резки с последующим удалением слоя поврежденного металла толщиной не менее 2 мм.

Дуговую сварку производят при температуре окружающего воздуха не ниже 0 °С с предварительным и сопутствующим сварке местным или общим подогревом. Температура подогрева зависит от марки стали и толщины свариваемых кромок. Хромомолибденовые стали при толщине кромок до 10 мм, а хромомолибденованадиевые - до 6 мм можно сваривать без подогрева. Сталь 15ХМ, например, толщиной 10...30 мм надо подогревать до температуры 150...200 °С, а больше 30 мм - до температуры 200...250 °С. До 250...300 °С подогревают сталь 12Х1МФ толщиной 6...30 мм, а свыше 30 мм требуется ее подогрев до температуры 300...350 °С. При многопроходной автоматической сварке под флюсом минимальную температуру подогрева можно снижать на 50 °С. Аргонодуговую сварку корневого шва стыков труб выполняют без подогрева.

После сварки производят местный отпуск сварных соединений или общий отпуск всей сварной конструкции. Хромомолибденовые стали нагревают при отпуске до температуры 670...700 °С с выдержкой при этой температуре 1 ...3 ч в зависимости от толщины сваренных кромок,

хромомолибденованадиевые - до температуры 740...760 °С с выдержкой 2... 10 ч. Чем больше в стали хрома, молибдена, ванадия, тем больше должны быть температура и время отпуска. Отпуск стабилизирует структуру и механические свойства соединений, снижает остаточные напряжения, однако он не позволяет полностью выровнять структуру и устранить разупрочненную прослойку в ЗТВ.

Ручную дуговую сварку теплоустойчивых сталей ведут электродами из малоуглеродистой сварочной проволоки с основным (фтористо-кальциевым) покрытием, через которое вводят в шов легирующие элементы. Этот тип покрытия хорошо раскисляет металл шва, обеспечивает малое содержание в нем водорода и неметаллических включений, надежно защищает от азота воздуха. Это позволяет получать высокую прочность и пластичность шва. Однако для электродов с таким покрытием характерна повышенная склонность к образованию пор при удлинении дуги, наличии ржавчины на поверхности свариваемых кромок и при небольшом увлажнении покрытия. Поэтому нужно сваривать предельно короткой дугой, тщательно очищать кромки и сушить электроды перед их применением при температуре 80... 100 °С. Хромомолибденовые стали сваривают электродами типа Э-09Х1М (ГОСТ 9467-75) марки ЦУ-2ХМ диаметром 3 мм и более, а также ЦЛ-38 диаметром 2,5 мм, хромомолибденованадиевые - электродами типа Э-09Х1МФ марок ЦЛ-39 диаметром 2,5 мм, ЦЛ-20, ЦЛ-45 диаметром 3 мм и более. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности узкими валиками без поперечных колебаний электрода с тщательной заваркой кратера перед обрывом дуги. Когда подогрев свариваемых изделий и их термообработка после сварки невозможны или если необходимо сваривать перлитные теплоустойчивые стали с аустенитными, допускается использование электродов на никелевой основе марки ЦТ 36 или проволоки Св 08Н60Г8М7Т при аргонодуговой сварке.

Теплоустойчивые стали сваривают дуговой сваркой плавящимся электродом в углекислом газе и вольфрамовым электродом в аргоне. Сварку в С02 из-за опасности шлаковых включений между слоями используют обычно для однопроходных швов и для заварки дефектов литья. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности с присадочной проволокой (ГОСТ 2246-70) Св 08ХГСМА для хромомолибденовых сталей или Св 08ХГСМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Для проволоки диаметром 1,6 мм сила сварочного тока 140...200 А при напряжении дуги 20...22 В, а диаметром 2 мм 280... 340 А при 26...28 В.

Ручная аргонодуговая сварка используется для выполнения корневого шва при многопроходной сварке стыков труб. Автоматической сваркой в аргоне сваривают неповоротные стыки паропроводов в условиях монтажа. При аргонодуговой сварке хромомолибденовых сталей.

Автоматическую дуговую сварку под флюсом используют на поворотных стыках трубопроводов, коллекторов котлов, корпусов аппаратов химической промышленности и других изделиях с толщиной стенки 20 мм и более. Применяют низкоактивные по кремнию и марганцу флюсы ФУ-11, ФУ-16, ФУ-22. Этим достигается стабильность содержания Si и Мп в многослойных швах и низкое содержание в них оксидных включений - продуктов процесса восстановления марганца. Сварку под флюсом ведут со скоростью 40...50 м/ч на постоянном токе обратной полярности силой 350...400 А при напряжении дуги 30...32 В. Высокая скорость сварки уменьшает погонную энергию, что снижает разупрочнение хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне. Применяют проволоку диаметром 3 мм Св 08МХ и Св 08ХМ для хромомолибденовых сталей и Св 08ХМФА для хромомолибденованадиевых сталей. Можно применять проволоку диаметром 4 и 5 мм, увеличив соответственно силу тока до 520...600 А и 620...650 А при напряжении дуги 30...34 В.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированными называют стали, содержащие легирующих элементов в сумме более 10 % или одного элемента не менее 5 %. Их применяют в судостроении, нефтехимической промышленности, производстве летательных аппаратов, энергетических установок, бытовой техники. Эти стали имеют более низкую, чем у углеродистых сталей, теплопроводность, больший коэффициент теплового расширения и высокое омическое сопротивление. По особенностям структуры все многообразие марок высоколегированных сталей разделяют на восемь групп: мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные, аустенитные жаропрочные, аустенитные коррозионно-стойкие, аустенитно-ферритные коррозионно-стойкие, аустенитно-мартенситные и мартенситно-стареющие стали.

Мартенситные стали, например 15X11МФ, 15Х12ВНМФ, 10Х12НЗД, 18Х11МНФБ, 10Х12НД, предназначены для работы при температуре до 650 °С. Из них делают, например, лопатки и диски паровых турбин и газотурбинных установок. Эти стали содержат 0,1...0,2 % углерода, 0,3...0,6 % кремния, около 1 % марганца. В них много хрома: до 10... 13 %. Их дополнительно легируют молибденом, вольфрамом, ниобием, ванадием и никелем (до 3,2 %), повышающими сопротивление сталей ползучести под напряжением при высокой температуре.

Технологию сварки этих сталей усложняет их повышенная склонность к хрупкому разрушению в состоянии закалки. Поэтому сварные со

единения большинства мартенситных сталей немедленно после сварки подвергают термической обработке (отпуску) для снятия внутренних напряжений и формирования нужных механических свойств. Сваривают мартенситные стали обычно ручной дуговой сваркой. Применяют электроды КТИ-9, ЦЛ-32, содержащие 10...12 % Сг, 0,8 % Ni, 1 % Mo и 0,02...0,09 % С. Это обеспечивает химический состав сварных швов, близкий к основному материалу, и повышает вязкость металла шва. Применяют также аустенитные электроды ЗИО-8 и ЭА-395/9. Автоматическую сварку ведут проволокой Св 15Х12НМВФБ и Св 15Х12ГНМБФ под флюсами АН-17 и ОР-6.

Мартенситно-ферритные стали (08X13, 12X13,20X13, 14Х17Н2 и т.п.) имеют повышенное (до 12... 18 %) содержание хрома. Это придает им стойкость против коррозии. Эти стали используют для изготовления конструкций, работающих в агрессивных средах, например в производстве нефтехимических продуктов, а также в воде при высоких температуре и давлении.

Для соединения мартенситно-ферритных сталей применяют дуговую сварку штучными электродами, в защитных газах и под флюсом. Больше распространены сварочные электроды типа Э-10Х25Н13Г2 (марки ОЗЛ-6, ЦЛ-25) и проволоки (Св 07Х25Н12Г2), обеспечивающие получение аустенитного наплавленного металла. Для ручной дуговой сварки стали 14Х17Н2 применяют электроды типа Э-10Х18Н2 марки АНВ-2, для аргонодуговой сварки и автоматической под флюсом - проволоки Св 08Х18Н2ГТ и Св 08Х14ГНТ, флюсы ОФ-6, АНФ-6.

С точки зрения свариваемости мартенситно-ферритные стали являются "неудобным" материалом. В связи с высокой склонностью к подкалке в сварных соединениях возможно образование холодных трещин. Из-за опасности образования холодных трещин и хрупкого разрушения вследствие резкого снижения ударной вязкости металла околошовной зоны сварку этих сталей нужно вести с предварительным и сопутствующим подогревом, а также подвергать сварные соединения термическому отпуску. Сталь 08X13 подогревают до температуры 150...200 °С, а отпускают при температуре 680...700 °С. Сталь 14Х17Н2 подогревают так же, а отпуск производят при температуре 620...640 °С. Время между сваркой и отпуском для этих сталей не ограничивается. Стали 12X13 и 20X13 подогревают перед сваркой до температуры 300 °С и не позже чем через 2 ч после сварки производят отпуск при температуре 620...640 °С.

Высокохромистые ферритны е стал и (08Х17Т, 15Х25Т и др.) по сопротивляемости коррозии не уступают дорогостоящим хромоникелевым аустенитным сталям и превосходят их по стойкости против коррозионного растрескивания. Чаще всего их применяют для изготовления оборудования, работающего без ударных и знакопеременных нагрузок, не подлежащего контролю Госгортехнадзора.

Особенность высокохромистых ферритных сталей - их склонность к охрупчиванию под воздействием сварочного нагрева. Пластичность металла в ЗТВ приближается к нулю. Поэтому во избежание трещин сварку, гибку, правку и все операции, связанные с ударными

нагрузками, нужно производить с подогревом до температуры 150...200 °С. Для ручной дуговой сварки этих сталей, автоматической дуговой сварки под флюсом и в защитных газах применяют хромоникелевые

сварочные электроды и проволоки, обеспечивающие металл шва типа Х25Н13 с аустенитной структурой. Например, сталь 08X17Т лучше сваривать электродами ЦЛ-Э, УОНИ/ЮХ17Т или проволокой Св 10Х17Т под флюсом АНФ-6, ОФ-6, сталь 15Х25Т - электродами ЭНО-7, ЭА48М/22, АНВ-9 или АНВ-10, проволокой Св 07Х25Н13 в аргоне либо под флюсами АН-16, АН-26С, АНФ-11, ОФ-6; сталь 08Х23С2Ю электродами ЦТ-23, ЦТ-38. После сварки все ферритные стали отжигают при температуре 760 °С в течение 2 ч. Это практически полностью снимает остаточные напряжения, увеличивает деформационную способность сварных соединений.

Аустенитные жаропрочные стали по типу легирования и по характеру упрочнения делят на две группы. Первая - это roмогенные стали, не упрочняемые термообработкой: Х14Н16Б, Х18Н12Т, Х23Н18, Х16Н9М2 и др. Они способны длительно работать под напряжением при температуре до 500 °С. Ко второй группе относят гетерогенные стали, упрочняемые закалкой и старением: Х12Н20ТЗР, 40Х18Н25С2, 1Х15Н35ВТР. Такие стали способны длительно работать под напряжением при температуре до 700 °С. Из них изготавливают изделия, испытывающие при работе совместное действие напряжений, высокой температуры и агрессивных сред: лопатки газовых турбин, камеры сгорания и горячие тракты газотурбинных двигателей, трубопроводы с перегретым паром и т.п.

Жаропрочные стали

Аустенитные жаропрочные стали склонны к горячим трещинам при сварке и к охрупчиванию сварных конструкций. Поэтому при сварке, особенно изделий, работающих при температуре до 600 °С, применяют материалы, обеспечивающие присутствие в металле шва 1 ...2 % ферритной фазы. Это условие выполняется при сварке электродами ЦТ-26, ЦТ-16, ЦТ-7, КТИ-5. Для конструкций из жаропрочных сталей, длительно работающих при температуре 700...750 °С, применяют электроды КТИ-7, ОЗЛ-9А. Для сохранения легирующих элементов в швах ответственных конструкций применяют инертные защитные газы и безокислительные галоидные флюсы ФЦ-17, АНФ-5. Присадочную проволоку в сварочную ванну лучше вводить в твердом состоянии, минуя столб дуги и капельный перенос. Проволока должна вводиться в хвостовую часть ванны в точку, отстоящую от оси дуги не менее чем на одну треть длины ванны.

При выборе режима сварки главная проблема - предотвращение горячих трещин в металле шва и в ЗТВ. Наиболее эффективно регулирование скорости сварки, которая может быть уменьшена до 6 м/ч. Повысить стойкость швов против горячих трещин и улучшить механические свойства сварного шва можно внешними технологическими воздействиями: перемешиванием сварочной ванны путем механического или электромагнитного воздействия, интенсивным охлаждением сварочной ванны подачей в нее твердого присадочного материала или струи воды.

К аустенитным коррозионно-стойким относят хромоникелевые стали типа 18-10 (содержащие 18 % Сг и 10 % Ni), хромомарганцевые, хромо-марганцево-никелевые, хромоникелемолибденовые и высококремнистые стали. Наиболее распространена сталь 18-10, поскольку высокое содержание в ней хрома и никеля обеспечивает коррозионную стойкость в сочетании с жаростойкостью.

Аустенитные стали обладают повышенной склонностью к образованию горячих трещин, аустенитные швы на них имеют пониженную коррозионную стойкость, поэтому электроды и присадочную проволоку выбирают такой, чтобы по химическому составу металл шва отличался от свариваемого материала. Для сварки сталей типа 18-10 применяют электроды (ГОСТ 10082-85) типа ОЗЛ-8 (Э-07Х20Н9), для аргонодуговой сварки - проволоку типа Св 06Х19Н9Т, Св 08Х20Н9Г7Т (ГОСТ 2246-70), для дуговой сварки под флюсом флюсы АН-26, АН-45 и проволоку Св 06X19Н09, Св 08Х20Н9Г7Т, для дуговой сварки в С02 - проволоку Св 08Х20Н9Г7Т.

При сварке аустенитных сталей толщиной более 14...16 мм устойчивость против трещин достигается легированием швов Mn, Mo, Ni и исключением из них Ti, Nb и А1. Можно использовать многослойные композитные швы: обращенную в сторону агрессивной среды часть шва выполнять материалами, обеспечивающими химический состав металла шва, более близкий к свариваемому металлу.

Аустенитные стали имеют пониженную температуру плавления, низкую теплопроводность, высокий коэффициент линейного расширения. Недостаток аустенитных сталей - склонность к межкристаллитной коррозии. Коррозионную стойкость сталям придает хром. Но при температуре 500...700 °С (температура провоцирующего отжига) интенсивно образуются карбиды хрома типа Сг23С6, выпадающие по границам зерен металла, которые обедняются хромом и теряют коррозионную стойкость. При контакте с коррозионной средой границы зерен начинают разрушаться, хотя зерна остаются коррозионно-стойкими. В процессе сварки металл шва и околошовная зона могут находиться при температуре провоцирующего отжига достаточно долго, чтобы успели выделиться карбиды хрома. Тогда вдоль шва с обеих сторон образуются узкие полосы с низкой коррозионной стойкостью

(ножевая коррозия). Может также потерять коррозионную стойкость металл шва.

Учитывая все эти особенности, при выборе режима сварки нужно стремиться к увеличению скорости нагрева и охлаждения металла. В частности, при дуговой сварке силу тока снижают на 10...30 % по сравнению со сваркой углеродистых сталей, повышают скорость сварки, накладывая узкий "ниточный" шов, применяют принудительное охлаждение.

К аустенитно-ферритным коррозионно-стойким относятся стали, в которых содержание хрома в 1,5...4 раза превышает содержание никеля. Это, например, стали 08Х22Н6Т, 12Х22Н6Т, 03Х23Н6, 20Х23Н13. Эти стали имеют высокие пределы прочности и текучести, хорошую коррозионную стойкость и хорошо свариваются. При изготовлении из них, например, сварной химической аппаратуры можно уменьшить расход металла за счет уменьшения толщины листа.

Эти стали можно сваривать ручной и механизированной дуговой сваркой, а также другими способами, причем предпочтительны способы сварки с невысокой погонной энергией. Техника выбора режима такая же, как и для других коррозионностойких сталей. Благодаря высокому содержанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против горячих трещин. При сварке плавлением используют электроды ЦЛ-11, ОЗЛ-7, ЦТ-15-1, НЖ-13, АНВ-36, проволоку Св 08Х21Н7ВТ, Св 03X21 Н10АГ5,( флюсы АН-26, АИК-45МУ. При сварке деталей с толщиной кромок 16...20 мм рекомендуется обрабатывать границы шва с основным материалом сварочной дугой, горящей в аргоне с не плавящегося электрода. Такой местный нагрев с малой погонной энергией обеспечивает мелкозернистую ферритную структуру с аустенитными прослойками по границам зерен. Это повышает пластичность и коррозионную стойкость.

Мартенситно-стареющими называют стали, увеличивающие прочность в результате структурных превращений (старения), происходящих во время выдержки этих сталей при температуре 300...400 °С. Они содержат 18...25 % никеля и 7... 10 % кобальта с добавками молибдена, титана и алюминия, например стали Н18К9М5Т, Н18К8М5ТЮ. Другая система легирования основана на сочетании никеля (5...10 %) с хромом (10... 13 %) с добавками молибдена, титана и алюминия или кобальта и вольфрама, что обеспечивает прочность после старения до 1570 МПа (160 кгс/мм2). Пример таких сталей: Х12Н10М2ТЮ, Х12Н9К4МВТ. Из-за относительно высокой стоимости мартенситно-стареющие

стали применяют в конструкциях, требующих повышения удельной прочности металла при низкой чувствительности к надрезам и трещиноподобным дефектам. Это, например, корпуса двигателей, сосуды высокого давления, изделия криогенного назначения. Перспективно использование этих сталей для износостойкой наплавки.

Мартенситно-стареющие стали хорошо свариваются всеми способами сварки. Они мало чувствительны к образованию холодных и горячих трещин, обеспечивают высокие механические свойства сварных соединений. Технология сварки проста и надежна. Сваривать можно без подогрева и без последующего отпуска, обеспечивая нужные свойства операцией старения. Чаще всего применяют электронно-лучевую и дуговую сварку в аргоне с не плавящимся электродом и с присадочной проволокой близкого к основному металлу состава. Применяют импульсную дугу, колебания электрода поперек стыка деталей. Большие толщины сваривают в щелевую разделку (устанавливая между кромками деталей зазор, в который вводят электрод). Все это обеспечивает мелкозернистую структуру металла шва и близкие к основному металлу механические свойства.

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25 % углерода, хорошо свариваются нормальным пламенем. При сварке возможно выгорание углерода, марганца и кремния, что может уменьшить прочность шва. При сварке деталей большой толщины для выравнивания механических свойств можно производить термообработку сваренных деталей (нормализацию, низкотемпературный отжиг). Для повышения производительности можно применять окислительное пламя. При этом нужно использовать присадочный материал с повышенным содержанием раскислителей марганца и кремния, например Рис. 44. Выполнение горизонтальных проволоку Св 0,6Г2С, Св 12ГС. правым (а) и потолочных швов левым (б) и правым («) способами С повышением содержания углерода свариваемость сталей ухудшается, повышается вероятность образования холодных трещин. При сварке среднеуглеродистых сталей применяют только нормальное пламя, мощность его выбирают на 20...30 % меньше, чем для низкоуглеродистых сталей. При толщине металла более 3 мм рекомендуется общий подогрев изделия перед сваркой до 250...350 °С или местный подогрев зоны сварки горелкой до 650...700 °С и отпуск сварного соединения при 600...650 °С. Для повышения свойств металла шва можно применять присадочную проволоку, содержащую от 0,5 до 1,0 % хрома и 2...4 % никеля, например Св 06НЗ или Св 18ХГС. Высокоуглеродистые стали, содержащие 0,6...2 % углерода, сваривают в основном так же, как и среднеуглеродистые. Лучше в этом случае применять левый способ сварки нормальным или слегка науглераживающим пламенем и низкоуглеродистую присадочную проволоку. Можно пользоваться бурой в качестве флюса. Хорошее качество соединений можно получать при толщине кромок не более 5...6 мм. Низколегированные стали перлитного класса сваривают тоже нормальным пламенем. Флюсы не применяют. Чтобы легирующие элементы (хром, молибден, кремний) не выгорали, нужно стремиться не перегревать металл. Предварительный и сопутствующий подогрев зоны сварки или всего изделия до температуры 250...360 °С и замедление охлаждения сварного соединения путем подогрева охлаждающегося шва пламенем горелки позволяют избежать появления горячих трещин. Для высоколегированных сталей газопламенная сварка - самый плохой способ сварки, особенно это относится к коррозионно-стойким и кислотостойким сталям, содержащим хром. Большая зона нагрева ведет к потере коррозионной стойкости. Сварку таких сталей следует вести нормальным пламенем пониженной мощности (~ 70 л/ч ацетилена на 1 мм толщины кромок) на большой скорости, не допуская перерывов. Тонкие кромки сваривают левым способом, толстые только правым. После сварки хромистых сталей рекомендуется термообработка изделия по режиму для данной стали. 

Звездочкой (*) отмечены поля, обязательные для заполнения.

Забыли пароль?
Правила Регистарция

Закажите обратный звонок:

Звездочкой (*) отмечены поля, обязательные для заполнения.