Сварка низколегированных сталей различными способами

Ручная дуговая сварка низколегированных сталей выполняется в основном электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э-42А, Э-50А, обеспечивающими более высокую технологическую прочность и повышенные пластические свойства по сравнению с электродами других типов. Для сварки сталей с пониженным содержанием углерода (например 09Г2) в ряде случаев используют электроды с рутиловым покрытием, например АНО-1. Наиболее широко применяют электроды марок УОНИИ 13/45А, СМ-11, АНО-8 (тип Э-42А) и УОНИИ 13/55, ДСК-50, АНО-7 (тип Э-50А), обеспечивающие прочность и пластичность металла шва на уровне свойств основного металла.

Высокая прочность металла шва при сварке электродами типа Э-42А достигается за счет перехода легирующих элементов в шов из основного металла и повышенной скорости охлаждения металла шва. Для сварки кольцевых швов трубопроводов, работающих при температурах до – 70 ⁰С, например из стали 10Г2, находят применение электроды марки ВСН-3 с фтористо-кальциевым покрытием.

Требования к конструктивным элементам и геометрическим размерам сварных швов регламентируются ГОСТ 5264-80 и ГОСТ 15535-75.

Механизированная сварка под флюсом в большинстве случаев выполняется с применением тех же сварочных материалов, что и при сварке низкоуглеродистых сталей: плавленные флюсы АН-348А, ОСЦ-45 (однодуговая сварка), АН-60 (многодуговая сварка), а также сварочные проволоки Св-08ГА, Св-10Г2. Для сварки микролегированных сталей, например 15Г2АФ, в ряде случаев применяют низкокремнистый флюс АН-22 в сочетании с проволоками Св-08ХМ и Св-10НМА. Однако при этом швы менее стойки против кристаллизационных трещин, вследствие чего сварку следует выполнять с предварительным подогревом.

Металл швов, сваренных под флюсом, благодаря значительной доли участия основного металла и достаточному содержанию легирующих элементов обладает более высокой стойкостью против коррозии в морской воде, чем металл швов, сваренных покрытыми электродами обычного состава.

Требования к конструктивным элементам и геометрическим размерам сварных швов регламентируются ГОСТ 8713-79 и ГОСТ 15534-75.

Механизированная сварка в защитных газах выполняется в основном в полуавтоматическом режиме. Технология сварки низколегированных сталей в углекислом газе практически ничем не отличается от технологии сварки низкоуглеродистой стали. На практике применяют те же сварочные материалы, что и для сварки низкоуглеродистой стали. Так, стали 15ХСНД, 14ХГС, 10ХСНД сваривают сварочной проволокой Св-08Г2С. При однослойной сварке и сварке не более чем в два-три слоя можно применять проволоку Св-12ГС.

Механизированную сварку в СО₂ выполняют также порошковыми проволоками ПП-АН4 и ПП-АН-8, при этом швы равнопрочны основному металлу и имеют повышенные пластические характеристики.

Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений в морской воде применяют сварочную проволоку Св-08ХГ2С, обеспечивающую дополнительное легирование металла шва хромом.

Требования к конструктивным элементам и геометрическим размерам сварных швов регламентируются ГОСТ 14771-76 и ГОСТ 23518-79.

Электрошлаковая сварка низколегированных сталей эффективна при сварке проката большой толщины, как правило, более 30 – 40 мм. Равнопрочность сварных соединений обеспечивается при использовании сварочных проволок Св-10Г2 или Св-08ГС в сочетании с флюсами АН-8 или ФЦ-7.

При электрошлаковой сварке из-за длительного пребывания при температуре более 1000 – 1100 ⁰С в околошовном участке ЗТВ образуются крупные зерна аустенита, распад которых в условиях замедленного охлаждения сопровождается возникновением видманштеттовой структуры с пониженной ударной вязкостью по сравнению с основным металлом. Для повышения ударной вязкости сварные соединения подвергаются последующей или сопутствующей высокотемпературной обработке – нормализации, после которой осуществляют высокий отпуск для снятия сварочных напряжений, если толщина проката превышает 36 мм.

При выполнении нормализации температура печи при посадке сварных изделий, аппаратов или их узлов должна быть не более 250 – 300 ⁰С, и скорость нагрева не должна превышать 100 – 150 ⁰С/ч. Охлаждение – на спокойном воздухе.

При проведении последующего отпуска температура печи при посадке и скорость нагрева сварных изделий такие же, как и при нормализации. Температура при выгрузке – не более 300 ⁰С.

Температура нагрева при нормализации сварных изделий составляет 910 – 920 ⁰С, а при высоком отпуске 650 ± 10 ⁰С. Время выдержки при нормализации 1 – 1,5 мин на 1 мм толщины проката. При высоком отпуске время выдержки выбирается из расчета 2 – 3 мин на 1 мм толщины проката. После охлаждения на спокойном воздухе структура металла шва и ЗТВ – ферритно-перлитная. Структура сварных соединений характеризуется высокой степенью дисперсности.

С целью повышения эффективности применения электрошлаковой технологии за счет исключения необходимости применения последующей высокотемпературной обработки сварных соединений возможно применение технологических способов регулирования структуры и свойств, рассмотренных в п.1.1.

Требования к конструктивным элементам и геометрическим размерам сварных швов регламентируются ГОСТ 1564-79.

Глава 2. Технология сварки машиностроительных низколегированных сталей (с повышенным содержанием углерода)

Особенности свариваемости

Рассматриваемая группа сталей (40Х, 30ХГСА, 25Н3 и др.) относится к закаливающимся сталям, в сварных соединениях которых под действием термического цикла сварки (ТЦС) могут образовываться хрупкие и малопластичные зоны в участках, где металл нагревался до температур выше точки Ас₃. Распад аустенита при охлаждении в условиях сварочного термического цикла начинается при более низких температурах и в некоторых случаях полностью не заканчивается даже при остывании до 20 ⁰С. При этом в структуре металла наряду с мартенситом остается нестабильный остаточный аустенит (в зависимости от уровня легирования).

Стали, склонные к резкой закалке, имеющие в результате ТЦС структуру мартенсита и остаточного аустенита при повышенной концентрации водорода и воздействии внутренних напряжений чувствительны к образованию холодных трещин (ХТ). Наиболее часто ХТ образуются в швах и ОШЗ среднеуглеродистых и легированных сталей перлитного и мартенситного классов, свариваемых проволокой, состав которой близок к составу основного металла. Холодные трещины возникают как в интервале температур образования мартенсита (250 ⁰С и ниже), так и после полного остывания сварного соединения, спустя некоторое, иногда значительное время после сварки (1- 2 суток). Чем ниже температура распада аустенита, грубее структура мартенсита, выше уровень внутренних сварочных и структурных напряжений, тем вероятнее образование ХТ. С увеличением толщины свариваемого металла возможность образования холодных трещин возрастает.

Элементы, снижающие температуру g ® М превращения, усиливают склонность металла к образованию холодных трещин. В указанных сталях температура мартенситного превращения снижается при повышении содержания марганца, никеля, хрома, молибдена и др. О свариваемости стали применительно к ее чувствительности к закаливаемости судят по эквиваленту углерода, определяемого по соотношению (20).

Стали с С_экв > 0,45 склонны к образованию холодных трещин при сварке. Однако этот критерий не является основанием для неприменения стали в сварной конструкции. При одном и том же показателе С_экв стали с большим содержанием углерода имеют более высокую чувствительность к ХТ, чем сложнолегированные стали с меньшим содержанием углерода. Образование холодных трещин спустя некоторое время после полного остывания сварного соединения является наиболее неприятным, так как качество изделия теряется после его контроля. Замедленное разрушение связано с фиксированием нестабильного остаточного аустенита в структуре мартенсита при быстром остывании участков сварных соединений, нагревающихся выше точки Ас₃. Остаточный аустенит с течением времени распадается при Т = 20 ⁰С. Интенсивность этого процесса усиливается при охлаждении ниже 0 ⁰С.