Технология сварки низколегированных сталей
Низколегированные стали содержат до 0,23 % углерода, легирующие добавки (до 2 %) и иногда называются сталями повышенной прочности. Низколегированные жаропрочные стали содержат легирующие элементы – молибден, вольфрам, ванадий.
Разработка марок легирующих сталей выполняется по принципу обеспечения хорошей свариваемости. Широкое применение имеют стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД и многие другие.
Особенности сварки низколегированных сталей. Эти материалы ведут себя при сварке так же, как и низкоуглеродистая сталь, но имеются отличия при действии термических циклов.
1. Больше склонность к росту зерна в околошовной зоне, особенно при перегреве.
2. Больше склонность к подкалке при повышенных скоростях остывания.
3. Стойкость металла шва против образования горячих трещин ниже из-за наличия легирующих элементов.
4. Чувствительность к концентраторам напряжений и даже к тепловым «ожогам».
При электросварке низколегированные стали имеют незначительное отличие от низкоуглеродистых. Оно заключается в правильном выборе электродов, флюсов и присадочного электродного материала с учетом прочностных характеристик стали, а также в уменьшении погонной тепловой энергии при сварке.
Величина требуемой энергии выбирается по формуле
Qпог = Qэф/vсв = (0,24 ? Iсв ? Uд ? ?д)/vсв,
где Qпог – погонная тепловая энергия (берется из таблиц) в кал/см, в среднем Qпог = 8000 / 23 000 кал/см в зависимости от марки свариваемой стали;
vсв – скорость сварки, м/ч;
Qэф – эффективная тепловая энергия;
Iсв – величина сварочного тока;
Uд – рабочее напряжение дуги;
?д – КПД дуги;
0,24 – коэффициент перевода из электротехнических единиц в тепловые, кал/(Вт?с).
Из формулы видно, что чем больше скорость сварки, тем меньшей мощности требуется погонная энергия.
Низколегированныежаропрочные стали сваривают в основном электродами или сплошной (специальной) сварочной проволокой в защитных газах – чаще в смесях аргона и углекислого газа (90/10 %). Электродные стержни применяют из сварочной проволоки Св12М (и ей подобных) с содержанием молибдена до 0,7 %.
При сварке жаропрочных сталей подогрев считается обязательным при толщине более 10 мм. При сварке жестких конструкций, например труб, подогрев до 200 °C считается совершенно необходимым.
При сварке хромомолибденовых сталей технологический процесс сложнее, так как после сварки необходима термообработка в виде нормализации и высокого отпуска. После термообработки жаропрочная сталь может находиться на уровне равнопрочности. Погонная энергия ограничена. Начало и конец шва должны быть на технологических планках, а не на изделии.
Сварку хромистых безникелевых нержавеющих сталей ведут на мягких тепловых режимах, с малой скоростью охлаждения сварного соединения. Для сварки применяют электроды с фтористо-калиевыми покрытиями. Сварку ведут на постоянном токе при обратной полярности. При сварке хромистых сталей большой толщины (10–15 мм) применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 300–350 °C, а после сварки – отпуск при температуре 700–720 °C.
Хромистые и хромоникелевые стали очень чувствительны к нагреву. В интервале температур 400–900 °C в этих сталях происходит образование карбидов хрома – химического соединения хрома с углеродом. Поэтому содержание хрома уменьшается, сталь теряет антикоррозионные свойства. Хром способен легко окисляться, образовывая тугоплавкий шлак и затрудняя сварку. Хромистые и хромоникелевые стали имеют низкую теплопроводность, и этим объясняется их большая склонность к короблению. Поэтому сварка хромоникелевых сталей ведется так, чтобы не было перегрева основного металла и большого объема сварочной ванны.
Сварочный ток по возможности пониженный. Дуга короткая, сварка без поперечных колебательных движений, многослойными швами. Необходимо жестко закреплять детали, чтобы предотвратить коробление свариваемого изделия. Оптимальная скорость охлаждения хромоникелевых и в особенности хромистых сталей для создания благоприятной структуры шва и околошовной зоны должна составлять 3,0–5,0 °C в секунду. При этом пригодны любые технологические способы, способные тормозить скорость охлаждения.
При сварке сталей марок 03Х18Н9Т и 06X15Т толщиной до 2 мм применяют флюсы таких составов:
? 80 % плавикового шпата и 20 % ферротитана;
? 80 % буры и 20 % оксида кремния.
Флюс разводят в воде и в виде пасты наносят на кромки и обратную сторону шва за 15–20 мин до сварки.
Особенно важно в процессе сварки равномерно и симметрично распределять по всему изделию малыми дозами тепловложение от сварочной дуги, тогда не будет перегревов и деформаций. Порядок, последовательность и направление небольших по протяженности швов должны быть четко указаны в технологическом процессе.
При газовой сварке низколегированные строительные стали 10ХСНД и 15ХСНД обладают хорошей свариваемостью. Вид пламени – нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из следующих значений расхода ацетилена на 1 мм толщины металла:
? при левом способе сварки – 75–100 дм3/ч;
? при правом – 100–130 дм3/ч.
Сварку осуществляют как левым, так и правым способами без флюса с применением в качестве присадочного материала сварочной проволоки марок Св-08, Св-08А и Св-10Г2.
Для улучшения механических свойств металла шва его проковывают при температуре светло-красного каления (800–850 °C), а затем осуществляют нормализацию.
Низколегированные теплоустойчивые стали (молибденовые 12М, 15М, 20М и 2MJI, хромомолибденовые – 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ и 30ХМ) способны закаливаться на воздухе. При газосварке происходит выгорание хрома и молибдена.
Вид пламени – нормальное, расход ацетилена – 100 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
Сварку проводят как левым, так и правым способами без применения флюса с использованием в качестве присадочного материала сварочной проволоки марок Св-08ХНМ, Св-10ХНМА, Св-18ХМА, Св-08ХМ и Св-10ХМ. Рекомендуется предварительный подогрев стыка до температуры 250–300 °C.
При толщине металла до 5 мм сварку осуществляют за один проход с минимально возможным числом перерывов. При вынужденных перерывах перед возобновлением сварки необходимо подогреть весь стык до температуры 250–300 °C. По окончании сварки пламя горелки следует медленно отвести вверх от стыка, чтобы газы полностью выделились из расплавленного металла. Затем сваренные детали нагревают горелкой: соединения из молибденовой стали – до температуры 900–930 °C, а из хромомолибденовой – до 930–950 °C. После нагрева изделия охлаждают на воздухе.
Низколегированные хромокремнемарганцовистые стали (20ХГС, 25ХГС, 30ХГС, 30ХГСА и 35ХГС) имеют склонность к закалке. Выгорание хрома и кремния приводит к образованию оксидов, шлаков и непроваров.
Вид пламени – нормальное, расход ацетилена 75–100 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
Сварку проводят преимущественно левым способом без флюса. Для неответственных конструкций используют сварочную проволоку Св-08 и Св-08А; для ответственных – Св-18ХГСА, Св-19ХГС, Св-13ХМА, Св-18ХМА.
Сварку рекомендуется выполнять без перерывов, не задерживая пламя горелки на одном месте. Для снижения уровня деформаций сварку осуществляют от середины шва к краям обратноступенчатым способом. Для устранения образования трещин в металле шва и околошовной зоне изделия после сварки медленно охлаждают.