Особливості технології зварювання легованих сталей

леговані стали

Легованими називаються стали, які в своєму складі містять легуючі елементи, що додають сталей спеціальні властивості. Основні легуючі елементи – це хром, марганець, нікель, кремній, молібден, вольфрам та інші. Легування робиться з метою зміни будови металу і надання йому певних фізико-механічних властивостей. Легуванням можна підвищити корозійностійкість матеріалу, його твердість, зносостійкість і так далі. Нижче будуть розглянуті особливості зварювання легованих сталей.

Леговані стали бувають трьох видів. Це низьколеговані, в яких вміст легуючих елементів не більше 2,5%, середньолеговані – з вмістом 2,5% – 10% і високолеговані – більше 10%. Залежно від присутніх в складі матеріалу легуючих елементів вони називаються хромисті, ванадієвими, хромонікелеві і так далі. Кожен такий елемент в маркуванні стали позначається спеціальними літерами: Х – хром, М -молібден, В – вольфрам, Г – марганець, К – кобальт, Ю – алюміній, С – кремній, Н – нікель, Т – титан, Ф – ванадій, Б – ніобій, А – азот, Р – бор. Леговані сталі підрозділяються на наступні типи: нержавіючі, жаростійкі, кислотостійкі та окалиностійкі, які і визначають сферу застосування кожної конкретної стали.

Склад і властивості низьколегованих сталей

Низьколегованісталі повинні володіти хорошою пластичністю, задовільною зварюваністю і високою опірністю крихкому руйнуванню. Оптимальні механічні властивості вони набувають після гарту або нормалізації і подальшого високого відпустки. Приклади низьколегованих сталей – 14Г2, 14ХГС, 15ГС і інші. Вони характеризуються малим вмістом вуглецю (<0,18%). Високі механічні властивості низьколегованих і маловуглецевих сталей досягаються застосуванням інших присадок (марганцю, хрому, нікелю, кремнію та інших).

Дані види металу відрізняються гарною зварюваністю і хорошою ударною в’язкістю з низьким межею хладноломкости (- 40С ° – – 60С °). Вони мають дрібнозернисту структуру, так як виготовляються спокійними. Наявність нікелю, хрому, міді збільшує корозійностійкість багатьох марок сталей. Однак низьколеговані мають підвищену чутливість до концентрації напружень і тому у них нижча вібраційна міцність.

Технологія зварювання низьколегованих металів

Основними показниками зварюваності низьколегованих сталей є опірність зварних з’єднань холодним тріщинах і крихкому руйнуванню. Такі метали зазвичай мають обмежений вміст C, Ni, Si, S і P, тому при дотриманні режимів зварювання і правильному застосуванні присадних матеріалів гарячі тріщини відсутні. Критеріями при визначенні діапазону режимів виконання зварювальних робіт і температур попереднього підігріву служать допустимі максимальна і мінімальна швидкості охолодження металу околошовной зони. Максимально допустимі швидкості охолодження приймаються таким чином, щоб запобігти утворенню холодних тріщин в металі околошовной зони.
Щодо хімічного складу сплавів

Електроди для зварювання низьколегованих сталей ручного дугового зварювання мають нізководородное фтористо-кальциевое покриття. Широко застосовують електроди типу Е70 по ГОСТ 9467-75. Зварювання виконують постійним струмом при зворотній полярності. Метал, наплавлений електродами, повинен відповідати наступним хімічним складом,%: С до 0,10; Mn 0.8 … 1,2; Si 0,2 … 0,4; Cr 0,6 … 1,0; Mo 0,2 … 0,4; Ni 1,3 … 1,8; S до 0,03; Р до 0,03. Зварювальний струм вибирають в залежності від марки і діаметра електрода, при цьому враховують положення шва в просторі, вид з’єднання і товщину металу, що зварюється. Зварювання технологічних ділянок потрібно виробляти без перерв, не допускаючи охолодження зварного з’єднання нижче температури попереднього підігріву і нагрівання його перед виконанням наступного проходу вище 200С °.

Особливості зварювання низьколегованих сталей під флюсом полягають в її проведенні на постійному струмі зворотної полярності. Сила струму при цьому не повинна перевищувати 800 А, напруга дуги – не більше 40 В, швидкість зварювання змінюють в межах 13 … 30 м / ч. Односторонню однопрохідну зварювання застосовують для з’єднань товщиною до 8 мм і виконують на що залишається сталевий підкладці або флюсового подушці. Максимальна товщина з’єднань без оброблення крайок, що зварюються двосторонніми швами, не повинна перевищувати 20 мм. Для стикових з’єднань без скосу кромок (односторонніх або двосторонніх) використовують дріт марки Св-08ХН2М, так як шви в цьому випадку мають надмірно високу міцність і застосування більш легованої дроту для таких з’єднань недоцільно.
Вплив легуючих елементів на структуру та властивості металів

Якщо зварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей здійснюється в вуглекислому газі, то в якості електрода застосовують дріт марок Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ (ГОСТ 2246-70) або порошковий дріт. Під час зварювальних робіт в сумішах на основі аргону використовують дріт марки Св-08ХН2ГМЮ, яка забезпечує високий рівень механічних властивостей і хладостойкость металевих швів при зварюванні сталей з міцністю до 700 МПа. Дроту зазначених марок рекомендуються і для зварювання кутових швів з катетом понад 15 мм. Для кутових швів з меншим катетом в більшості випадків використовують дріт марки Св-08Г2С. Цей дріт також застосовують при зварюванні низьковуглецевих і низьколегованих сталей підвищеної міцності 09Г2, 10Г2С1, 14Г2, 10ХСНД і 15ХСНД.

Газове зварювання низьколегованих сталей характеризується підвищеним розігрівом зварювальних кромок, зниженою корозійностійкої і посиленим вигоранням легуючих домішок. Це призводить до погіршення якості зварних з’єднань в порівнянні з іншими способами зварювання. При газовому зварюванні в якості присадочного матеріалу використовують дріт марок СВ-10Г2, Св-08, Св-08А, а для відповідальних швів – Св-18ХГС і Св-18ХМА. Механічні властивості шва можна підвищити проковуванням при температурі 800 ° С – 850 ° С з наступною нормалізацією.

Склад і властивості середньолегованих сталей

Середньолеговані стали містять вуглець в кількості від 0,4% і більше. Вони леговані в основному Ni, Mo, Cr, V, W. Оптимальне поєднання міцності, в’язкості і пластичності досягається після гарту і низького відпустки. Такі середньолеговані стали, як ХВГ, ХВСГ, 9ХС, користуються великим попитом за рахунок своїх легуючих добавок при виготовленні свердел, розгорток і протяжок.

Ці стали виплавляють з чистих шихтових матеріалів для підвищення пластичності і в’язкості. Також їх ретельно очищають від фосфору, сірки, газів і різних неметалічних включень. В цьому випадку стали можуть піддаватися електрошлаковому або вакуумно-дугового переплаву, рафінування в ковші рідкими синтетичними шлаками. Гарне поєднання міцності, в’язкості і пластичності середньолегованих сталей досягається термомеханічної обробкою.

Технологія зварювання середньолегованих металів

Щоб забезпечити експлуатаційну надійність зварних з’єднань, потрібно при виборі зварювальних матеріалів прагнути до отримання швів такого хімічного складу, при якому їх механічні властивості мали б необхідні значення. Ступінь зміни цих властивостей залежить від частки участі основного металу у формуванні шва. Тому слід вибирати такі зварювальні матеріали, які містять легуючих елементів менше, ніж основний метал. Легування металу шва за рахунок основного металу дозволяє підвищити властивості шва до необхідного рівня.

При зварюванні середньолегованих глубокопрокалівающіхся високоміцних сталей потрібно вибирати такі зварювальні матеріали, які забезпечать отримання швів, що володіють високою деформационной здатністю при мінімально можливій кількості водню в зварювальної ванні. Це досягається застосуванням низьколегованих зварювальних електродів, що не містять в покритті органічних речовин і підданих високотемпературної прокалке. Одночасно при виконанні зварювальних робіт слід виключити інші джерела насичення зварювальної ванни воднем (волога, іржа та інші).

Для зварювання середньолегованих сталей широко застосовуються аустенітні зварювальні матеріали. Для механізованого зварювання і виготовлення стрижнів електродів в ГОСТ 2246-70 передбачені дроту марок Св-08Х20Н9Г7Т і Св-08Х21Н10Г6, а в ГОСТ 10052-75 – електроди типу ЕА-1Г6 і ін. Електродні покриття застосовуються виду Ф, а для механізованого зварювання – основні флюси. Для зварювання середньолегованих високоміцних сталей використовують електроди типів Е-13Х25Н18, Е-08Х21Н10Г6 і інші по ГОСТ 10052-75 і ГОСТ 9467-75.

Висока якість зварних з’єднань товщиною 3 … 5 мм досягається при аргонодугового зварюванні плавиться. При цьому для збільшення проплавляющей здатності дуги застосовують активують флюси (АФ). Сварка з АФ ефективна при механізованих способах для отримання рівномірної глибини проплавлення. Плавиться при зварюванні з АФ вибирають з найбільш стійких в експлуатації марок активованого вольфраму.

Газове зварювання легованих сталей здійснюється ацетіленокіслородом, який забезпечує якісний зварний шов. Гази-замінники в даному випадку застосовувати не рекомендується. Але навіть ацетіленокіслород не може стовідсотково гарантувати отримання якісного шва. Цього можна досягти тільки шляхом застосування дугового зварювання.

Склад і властивості високолегованих сталей

Високолеговані мають підвищено вміст легуючих елементів – Cr і Ni (звичайно не нижче 16% і 7% відповідно). Вони надають таким металам відповідну структуру і необхідні властивості. Високолеговані в порівнянні з менш легованими мають високу хладостойкой, корозійностійких, жароміцних і жаростійкістю. Незважаючи на високі властивості цих сталей, їх основне службове призначення визначає відповідний підбір складу легування. Відповідно до цього їх можна розділити на три групи: жаростійкі, жароміцні і корозійностійкі.

Після відповідної термообробки високолеговані стали мають високі характеристики міцності і пластичні властивості. На відміну від вуглецевих при загартуванню ці матеріали набувають підвищені пластичні властивості. Структури високолегованих сталей дуже різноманітні і залежать в основному від їх хімічного складу, тобто від змісту основних елементів: хрому (феррітізатора) і нікелю (аустенітізатора). Також на структуру впливає зміст інших легуючих елементів-феррітізаторов (Mo, Ti, Si, Al, W, V) і аустенізаторов (Co, Cu, C, B).

Технологія зварювання високолегованих металів

Високолеговані володіють комплексом позитивних властивостей. Тому одну і ту ж марку іноді можна використовувати для виготовлення виробів різного призначення. У зв’язку з цим і вимоги до властивостей зварних з’єднань будуть індивідуальними. Це визначить і різну технологію виконання зварювальних робіт, спрямовану на отримання зварного з’єднання з необхідними властивостями, обумовленими складом металу шва і його структурою.
Легуючі елементи – позначення

Особливості зварювання високолегованих сталей визначаються наявністю у них характерних теплофізичних властивостей. Знижений коефіцієнт теплопровідності сильно змінює розподіл температур в шві і біля шовної зони. Це збільшує глибину проплавлення основного металу, а з урахуванням підвищеного коефіцієнта теплового розширення зростає і викривлення виробів. Тому для зменшення викривлення потрібно застосовувати способи і режими, що відрізняються максимальною концентрацією теплової енергії.

При ручного дугового зварювання високолегованих сталей зварювальні дроту однієї з ГОСТу марки мають широкий допуск за хімічним складом. Застосуванням електродів з фторістокальціевим покриттям досягається отримання металу шва з потрібним хімічним складом. Тип покриття електродів для даної зварювання диктує необхідність застосування струму зворотної полярності. Ретельна прогартовує електродів сприяє зменшенню ймовірності утворення в швах пір і спричинених воднем тріщин.

Газове зварювання високолегованих сталей найменш сприятлива, для з’єднання цих кислотостойких сталей, які схильні до значної міжкристалітної корозії. Така зварювання може використовуватися для зварювання жароміцних і жаростійких сталей товщиною 1 … 2 мм. Сварка ведеться нормальним полум’ям потужністю 70 … 75 л / год на 1 мм товщини. У зварних з’єднаннях можуть утворюватися великі викривлення.

Зварювання під флюсом високолегованих сталей товщиною 3 … 50 мм має велику перевагу перед ручного дугового зварювання через стабільності складу і властивостей металу по всій довжині шва. Це досягається відсутністю частих кратерів, що утворюються при зміні електродів, рівномірністю плавлення електродного дроту і основного металу по довжині шва, а також більш надійним захистом зони зварювання від окислення легуючих компонентів киснем повітря. При зварюванні під флюсом зменшується трудомісткість підготовчих робіт, так як оброблення крайок виконують на металі товщиною понад 12 мм (при ручному зварюванні – понад 3 … 5 мм). Типи флюсів зумовлюють їх використання для зварювання на постійному струмі зворотної полярності.

Ссылка на основную публикацию