Сварка высоколегированных сталей

Категория:
Сварка металлов


Сварка высоколегированных сталей

К высоколегированным сталям условно отнесены стали, содержание железа в которых более 45%, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10%, при содержании одного из элементов не менее 8%.

В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы: – коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против различных видов коррозии; – жаростойкие (окалиностойкие), обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабона-груженном состоянии; – жаропрочные, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

В зависимости от структуры, полученной при охлаждении после высокотемпературного нагрева, стали разделяют на классы — мар-тенситный, ферритный, аустенитный и др.

Наиболее широкое применение находят коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 10Х23Н18 и др.). Главными трудностями при сварке этих сталей являются склонность к горячим трещинам при сварке и к межкристаллитной коррозии при эксплуатации.

Стойкость к образованию горячих трещин связана с образованием крупнозернистой Транскристаллитной структуры металла шва, высокой литейной усадки кристаллизующегося металла и значительных деформаций при затвердевании.

Основными мерами борьбы с горячими трещинами в этих сталях являются: – получение сварных швов с двухфазной структурой (аустениг плюс небольшое количество феррита, карбидов или боридов) для улучшения структуры и измельчения зерна; ограничение вредных примесей; – применение неокислительных основных электродных покрытий и фторидных флюсов; – уменьшение объема сварочной ванны и отношения ширины шва к глубине проплавления для уменьшения усадочных деформаций при сварке (сварка на пониженных погонных энергиях, рациональная разделка кромок, ниточные швы).

К межкристаллитной коррозии склонны высоколегированные стали всех классов, имеющие высокое содержание хрома, вследствие выпадения под действием нагрева карбидов хрома по границам зерен, обеднения границ зерен хромом и из-за этого пониженной стойкости границ против коррозии. Опасность межкристаллитной коррозии возникает при нагреве хромоникелевых сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов до температур 500—850°С, при нагреве высокохромистых сталей мартенситного, мартенситно-феррит-ного и ферритного классов до температур свыше 950 °С.

Исходя из причин межкристалльной коррозии, основные меры борьбы с ней направлены на предотвращение образования карбидов хрома и выпадения их по границам зерен.

С этой целью применяют: – ограничение содержания углерода в стали и присадочной проволоке (при содержании углерода менее 0,02—0,05% межкристаллит-ная коррозия исключается); – легирование сталей титаном, ниобием, танталом, цирконием, ванадием, которые более активно взаимодействуют с углеродом в стали и препятствуют образованию карбидов хрома; – получение двухфазной структуры в хромоникелевых сталях (содержание феррита до 20—25%) Дополнительным легированием основного металла и проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом, бором; – стабилизирующая термообработка, закалка после сварки или отжиг с целью выравнивания содержания хрома на границах и в теле зерна; – технологические меры — сварка при минимальном тепловложе-нии, применение дополнительного охлаждения, заварка последнего валика со стороны среды, уменьшение разбрызгивания, предотвращение ударов, забоин и т. д.

Технологические особенности сварки высоколегированных сталей связаны с их физическими свойствами и системой легирования. Пониженная теплопроводность и большое электрическое сопротивление (примерно в 5 раз больше, чем у углеродистых’ сталей) способствуют большей скорости плавления металла, большей глубине проплавления и коэффициенту наплавки, поэтому для сварки высоколегированных сталей требуются меньшие токи и погонные энергии по сравнению с углеродистыми, укороченные электроды при ручной сварке, меньше вылет электрода и больше скорость подачи проволоки при механизированной сварке.

Пониженная теплопроводность и большой коэффициент линейного расширения способствуют более сильному короблению по сравнению с углеродистыми сталями. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, для большинства высоколегированных сталей шов формируется хуже, чем для углеродистых.

Для предотвращения угара легирующих элементов и защиты от взаимодействия с воздухом предъявляются дополнительные требования — сварка в инертной среде, применение безокислительных покрытий и флюсов, сварка короткими дугами, лучшие результаты обеспечивает механизированная сварка.

Технологию сварки выбирают с учетом Основного показателя свариваемости и эксплуатационных требований.

Виды сварки высоколегированных сталей. Для сварки высоколегированных сталей используют ручную дуговую сварку покрытыми электродами, механизированную и ручную в защитных газах, сварку под флюсом, электрошлаковую, лучевые виды сварки, контактную и ряд других.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродам выполняют на пониженных по сравнению со сваркой углеродистых сталей токах, на постоянном токе обратной полярности, ниточными валиками без поперечных колебаний, короткой дугой. Используют электроды с основным покрытием со стержнем из пропилиЛи, соответствующей марке свариваемой стали с учетом главного показателя свариваемости и эксплуатационных требований. Например, при сварке кислотостойкой хромоникелевой стали 12Х18Н10Т для предотвращения образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии используют электроды типа Э-04Х20Н9 (электрод марки ЦЛ-11), типа Э-02Х19Н9Б (электрод марки ОЗЛ-7), обеспечивающие в шве аустенитно-ферритную структуру: аустенит плюс 2,5—7% феррита.

Сварку под флюсом используют для соединения металла толщиной 3—50 мм. По сравнению со сваркой углеродистых сталей при сварке высоколегированных сталей в 1,5—2 раза уменьшается вылет электрода, применяют электроды диаметром 2—3 мм, сварка многопроходная, на постоянном токе обратной полярности с использованием безокислительных низкокремнистых фтористых и высокоосновных флюсов (АНФ-14, АНФ-16, К-8, АН-26). Серьезным преимуществом сварки под флюсом по сравнению с ручной, наряду с повышением производительности сварки и качества сварных соединений, является уменьшение затрат на разделку кромок.

Сварку в защитных газах проводят в инертных газах неплавя-щимся и пЛавящимся электродом непрерывно горящими и импульсными дугами. Аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом широко используют при сварке толщин менее 7 мм и для сварки корневых швов. Сварку в защитных газах плавящимся электродом выполняют в аргоне, а также в смесях аргона с гелием, применяют также смеси аргона с кислородом и углекислым газом. В отдельных случаях допускается сварка в углекислом газе при отсутствии опасности межкристаллитной коррозии..

Сварку плавящимся электродом проводят на токах, обеспечивающих струйный перенос металла.

Большинство высоколегированных сталей хорошо свариваются контактной сваркой. Низкая, тепло- и электропроводность аустенитных сталей вызывает необходимость применения более жестких режимов, чем для низколегированных сталей. Повышенная прочность сталей требует увеличения усилия сжатия электродов при сварке. Сварные соединения, выполненные на оптимальном режиме, имеют высокие прочностные характеристики.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум