Каковы основные особенности сварки высоколегированных сталей?

Высоколегированной называется сталь, в которой суммарное содержание легирующих компонентов более 10% (кроме углерода). В строительстве наибольшее распространение получили коррозионно - стойкие, жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали. Нержавеющими называют стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии; жаростойкими – стали, стойкие против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 ⁰С и работающие в ненагруженном и слабонагруженном состояниях; жаропрочными – стали, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и имеющие при этом достаточную жаростойкость.

Основные трудности, которые встречаются при сварке высоколегированных сталей, – это обеспечение стойкости металла шва и околошовной зоны против кристаллизационных трещин, получение плотных швов, сохранение свойств металла шва и сварного соединения во времени под действием рабочих температур и напряжений, обеспечение коррозионной стойкости сварных соединений.

Стойкость металла шва и околошовн0й зоны против образования трещин можно повысить, используя в ряде случаев швы с малым коэффициентом формы, что способствует нормальной кристаллизации металла сварочной ванны, используя предварительный подогрев изделия (он зависит от состава и свойств стали) и электроды с фтористо-кальциевым покрытием.

Для получения плотных швов необходимо устранить водород, способствующий образованию пор. При сварке высоколегированных сталей (нержавеющих) основными источниками водорода служат электродные покрытия, защитный газ, краски, масла и другие загрязнения. Поэтому электроды непосредственно перед сваркой следует прокалить, тщательно осушить защитный газ, сварку фтористо-кальциевым электродами вести на постоянном токе обратной полярности. Это позволит резко уменьшить опасность образования пор в металле шва. При сварке в аргоне некоторых аустенитных сталей поры появляются на границе сплавления. В этом случае к аргону добавляют 2-5% кислорода, который образует с водородом не растворимый в металле гидроокисел.

После длительного пребывания при высоких температурах металл шва теряет свою пластичность, т. е. становится хрупким. Различают три вида хрупкости: тепловая, сигматизация, выпадение вторичных карбидов по границам зерен.

Тепловая хрупкость является своего рода старением и не сопровождается явными структурными изменениями. Этот вид хрупкости наблюдается в результате нагрева до 350-500 ⁰С. Тепловой хрупкости способствует хром, ванадий, ниобий, кремний, титан и алюминий. Для ее предотвращения следует ограничивать содержание феррита в сварных швах с двухфазной структурой.

Снижения пластичности металла вследствие выпадения вторичных карбидов по границам зерен избегают уменьшением содержания в металле углерода. Способность металла шва противостоять образованию окалины под действием высоких температур обусловливается содержанием хрома. Поэтому при сварке окалиностойких сталей нужно прежде всего стремиться к сохранению в металле шва такого же количества хрома, как в свариваемом металле.

Высокохромистые стали подвержены межкристаллизационной коррозии. Она может поразить участки сварного шва, подвергающиеся повторному воздействию сварочного нагрева: места пересечения швов, места продолжения шва после смены электрода, первый шов при двусторонней сварке. Наиболее эффективным средством предотвращения межкристаллитной коррозии является легирование сварных швов ниобием и титаном.

Одна из основных задач технологии и техники дуговой сварки высоколегированных сталей – это обеспечение равномерности химического состава по длине шва и его сечению, т. е. сохранение его механических свойств и предупреждение появления кристаллизационных трещин. Этого можно добиться только при обеспечении постоянных условий сварки. Основное правило дуговой сварки высоколегированных сталей – это поддержание короткой дуги, так как при сварке такой дугой достигается лучшая защита расплавляемого металла от воздействия кислорода и азота воздуха. При сварке в аргоне вольфрамовым электродом брызги расплавленного металла не попадают на поверхность изделия, а следовательно, не образуются очаги коррозии. Короткая дуга обеспечивает получение швов с небольшим коэффициентом формы шва. Такие швы имеют повышенную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Поэтому при сварке высоколегированных сталей не допускается манипулирование концом электрода.

Коррозионная стойкость сварных соединений из нержавеющих сталей повышается при ускорении их остывания после сварки. Для этого используют медные водоохлаждаемые подкладки, промежуточное остывание слоев, поливают швы водой.

Хромистые стали обладают повышенной кислото- и жаростойкостью и применяются для изготовления деталей и оборудования, работающего в агрессивных средах при высоких температурах. Хромистые стали содержат от 0,13 до 0,9% углерода и от 4 до 30% хрома.

Хромистые стали склонны к образованию закалочных структур при охлаждении на воздухе после сварки. В сварочном шве и околошовной зоне могут образоваться трещины. Чем выше содержание углерода в хромистых сталях, тем хуже они свариваются и тем выше склонность их к короблению при остывании шва.

Чтобы избежать коробления свариваемых деталей, сварку ведут на пониженной мощности пламени из расчета расхода ацетилена 70дм³/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Для уменьшения коробления сварку хромистых сталей, содержащих до 14% хрома, выполняют с предварительным подогревом до 150-200 ⁰С, содержащих свыше 14% хрома – до 200-250 ⁰С. В качестве присадочной применяют сварочную проволоку Св-02Х19Н9, Св-04ХН19Н9, Св-06Х19Н9Т. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Сварку выполняют в один слой с максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева одного и того же места шва.

 

 

ГЛАВА 15. СВАРКА ЧУГУНА