Технология сварки теплоустойчивых сталей

Режим сварки должен обеспечивать оптимальную скорость охлаждения соединения, исключающую образование неблагоприятных структур. Эта скорость охлаждения V_ox лежит в пределах от 1,5 до 20 °С/с. Оптимальную V_ox удобно задавать путем регламентирования погонной энергии сварки q/v.

Режим сварки определяется по формуле:

 

q/v =кU_дI_св/1000V_св                                                                    (3)

где q/v – рекомендуемая погонная энергия, кДж/см;

к – коэффициент полезного действия (для АДС к = 0,9...0,95; для РДС – к = 0,7...0,8);

U_д – напряжение на дуге, В;

I_св – сила сварочного тока, А;

V_св – скорость сварки, см/с.

Сварку осуществляют предельно короткой дугой на постоянном токе обратной полярности узкими валиками без поперечных колебаний с тщательной заваркой кратера.

Для сварки Сг-Мо сталей 12ХМ, 15ХМ и 20ХМЛ используют электроды типа Э-09Х1М марок ЦУ-2ХМ диаметром 3 мм и более и электроды ЦЛ-38 диаметром 2,5 мм.

Для сварки Сг-Мо-V сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ – электроды типа Э-09Х1МФ марок ЦЛ-20, ЦЛ-45 диаметром 3 мм и более, электроды ЦЛ-39 диаметром 2,5 мм.

Аргонодуговую сварку под слоем флюса применяют для сварки изделий толщиной более 20 мм. Для уменьшения разупрочнения в около шовной зоне рекомендуют использовать режимы с малой погонной энергией, указанные в табл. 10.

Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности.

Для сварки применяют малоактивные низко кремнистые низкомарганцовистые оксидные флюсы ФЦ-11, ФЦ-16, ФЦ-22, обеспечивающие малое содержание дисперсных оксидных включений.

 

Таблица 10 - Режимы аргонодуговой сварки теплоустойчивых сталей

Диаметр проволоки, мм	Сила сварочного тока, А	Напряжение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч
3,0	350...400	30...32	40...50
4,0	520...600	30...32	50...60
5,0	620...650	32...34	60...70

 

Содержание кислорода в металле швов составляет не более 0,04...0,05 %, серы и фосфора – не более 0,025 % каждого. Проволоки Св-08МХ и Св-08ХМ используют для сварки Сг-Мо сталей, а Св-08ХМФА – для сварки Сг-Мо-V сталей.

Сварку в CО₂ применяют для выполнения однопроходных швов (есть опасность шлаковых включений между слоями) и заварки дефектов литья. При сварке Сг–Мо сталей применяется проволока Св-08ХГСМА, при сварке Сг–Мо–V проволока Св-08ХГСМФА.

Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности проволоками диаметром 1,6 мм (I_св = 140...200 А, U_д = 20...22 В) и диаметром 2,0 мм (I_св = 280...340 А, U_д = 26...28 В).

Аргонодуговую сварку применяют для выполнения корневого шва при многопроходной сварке труб, поверхностей котлов нагрева и паропроводов. При этом используются проволоки Св-08ХМ, Св-08ХМФА и Св-08ХГСМФА.

При нормальной температуре свойства сварных соединений находятся на уровне соответствующих свойств свариваемых сталей.

При температуре 450...570°С свойства сварных соединений несколько уступают свариваемым сталям. Это обусловлено разупрочнением сталей в около шовной зоне под действием термического цикла сварки в результате дополнительного отпуска и неполной перекристаллизации.

Нормализация с последующим отпуском позволяет ликвидировать разупрочнения и обеспечивать высокую эксплуатационную надежность сварных соединений. Но это требует использования сварочных материалов, имеющих более высокую термическую обработку швов.

Кроме этого, при нормализации необходимо применять термообработку всей конструкции, так как местный высокотемпературный нагрев под нормализацию вызывает разупрочнение металла в зонах, расположенных вблизи источника нагрева, что снижает сопротивление ползучести и длительной прочности. Термическую обработку осуществляют сразу после сварки, но не позднее, чем через 72 часа.

В тех случаях, когда не представляется возможным осуществить термообработку сразу после сварки или сваривают металлы большой толщины, рекомендуют производить низкотемпературную термообработку сварных соединений – отдых.

Отдых – это продолжение нагрева после окончания сварки (без охлаждения до комнатной температуры). В процессе отдыха не происходит фазовых превращений, а проходят лишь диффузионные и релаксационные процессы. При этом наблюдается эвакуация диффузионного водорода из металла шва и зоны термического влияния. Наблюдается также релаксация сварных напряжений.

 

Контрольные вопросы к главе 3.

1. Какие стали называют теплоустойчивыми?

2. Назовите основные трудности при сварке теплоустойчивых сталей.

3. Какие требования предъявляются к сварочным материалам?

4. Какие меры применяют для уменьшения содержания водорода в металле шва?

5. Что такое "отдых" сварных соединений, когда и с какой целью его применяют?

6. Назовите проблемы, которые возникают во время сварки с цинковым покрытием.

7. В каких сталях возникает разупрочнение в зоне термического влияния?

8. Причины, приводящие к развитию диффузионной неоднородности в сварных соединениях.

9. Какой элемент в низколегированных швах наиболее эффективно повышает их хладностойкость?

10. Какие дефекты швов являются характерными при сварке оцинкованных сталей?

11. При сварке разупрочнению в около шовной зоне подвержены теплоустойчивые стали с предварительной термической обработкой.

12. Для чего используется предварительный и сопутствующий подогрев при  сварке теплоустойчивых сталей?

13. При каком режиме дуговой сварки разупрочнение теплоустойчивых сталей в около шовной зоне будет минимальным?

14. Какой из элементов, обладающих большой диффузионной подвижностью, может мигрировать при высоких температурах эксплуатации через линию сплавления из основного металла в металл шва или наоборот?