Сварка легированных сталей

ОСОБЕННОСТИ И РЕЖИМЫ СВАРКИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Сварка углеродистых сталей

Низкоуглеродистые стали можно сваривать лю­бым из описанных в главе способов газовой сварки. Пламя горелки при сварке стали должно быть нормальным, мощностью 100—120дм3]ч ацетилена на 1 мм толщины ме­талла при левой и 120—150 дм3/ч при правой сварке.

Высококвалифицированные сварщики применяют пламя большой мощности—150—200 дм3/ч ацетилена на 1 мм тол­щины металла, применяя более толстую проволоку, что по­вышает производительность. От сварщика в этом случае требуется значительный опыт, так как при неумелой сварке можно перегреть металл и получить крупнозернистое строе­ние металла шва.

При сварке углеродистых сталей променяют проволоку из малоуглеродистой стали Св-08, Св-08А или Св-10ГА по ГОСТ 2246—60. При сварке этой проволокой часть углерода, марганца и кремния выгорает, а металл шва получает круп­нокристаллическую структуру и его предел прочности ниже такового для сановного металла. Для получения наплавленного металла, равнопрочного основному, применяют проволоку Св-12ГС, содержащую до 0,17% углерода; 0,8—1,1% марганца и 0,6—0,9% кремнии. Диаметр проволоки берут в зависимости от толщины свариваемого металла 

При сварке пламенем большой мощности, во избежание перегрева металла, уменьшают угол наклона мундштука к основному металлу, а пламя преимущественно направля­ют на конец проволоки.

При сварке следует стремиться к одновременному рас­плавлению кромок шва а конца проволоки, чтобы капли расплавленного присадочного металла не попадали на недоста­точно нагретую кромку основного металла. Если это произойдет, то в данном месте не получится прочного соединения наплавленного металла с основным и образуется не провар кромки, У неопытного сварщика при касании кромки металла концом недостаточно нагретой проволоки она часто приваривается к основному металлу.

С целью уплотнения и повышения пластичности наплав­ленного металла применяют проковку шва в горячем состоя­нии. Проковку ведут при температуре светло-красного и заканчивают при температуре темно-красного каления. При более низкой температуре проковку вести нельзя, так как это вызывает наклеп металла и может привести к трещинам в шве и прилегающих к нему зонах основного металла.

При сварке листов большой толщины, а также сварке ответственных изделий применяют термическую обработку сварного шва или изделия в целом но способу, и писанному в предыдущей главе. Необходимость и порядок термической обработки предусматриваются техническими условиями на изготовление изделия.

Среднеуглеродистые стали (до 0,6% углерода) свариваются хуже, чем низкоуглеродистые. Они склонны к короблению и образованию трещин при сварке. Наконечник берут мощностью 75 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла, т. е. меньше, чем при сварке низко-углеродистой стали.

Пламя должно быть нормальным или слегка науглеро­живающим, так как окислительное пламя вызывает выгора­ние углерода. При толщине металла свыше 3 мм рекомен­дуется применять общий предварительный подогрев изделий до 250—350°С с целью уменьшения неравномерности нагре­ва, снижения внутренних напряжений и предупреждения закалки основного металла в околошовной зоне. Наряду с общим подогревом применяют также местный подогрев Околошовной зоны до 650—700°С.

В качестве присадочного металла применяют проволоку Св—08А по ГОСТ 2246—60. Низкое содержание углерода в этой проволоке уменьшает выгорание углерода и кипе­ние сварочной ванны. Во избежание перегрева металла следует применять левую сварку. После сварки шов подвер­гают проковке при 850—900°С с последующей нормализа­цией нагревом до 900°С и охлаждением на воздухе. Струк­туру металла шва и околошовной зоны можно улучшить отпуском при 600—650°С, При сварке сталей, содержащих углерода 0,7—0,8%, целесообразно применять флюс (буру). Стали, содержащие углерода свыше 0,6%, свариваются зна­чительно хуже и качественную сварку их можно получить при толщине не свыше 5—6 мм. При сварке стали важное значение имеет чистота поверхности кромок, так как загряз­нения вызывают в шве поры, непровар, шлаковые вклю­чения.

Сварка легированных сталей

Большинство конструкционных легированных сталей сва­ривается газовой сваркой удовлетворительно. Сварка этих сталей имеет ряд особенностей, так как происходит частич­ное выгорание легирующих примесей, вследствие чего металл шва теряет свойства стали данной марки. Легиро­вавшие стали хуже проводят тепло, чем ниэкоуглеродистая сталь, и поэтому больше коробятся при сварке. Некоторые марки сталей способны закаливаться на воздухе, особенно в прилегающих к may участках, и склонны к образованию трещин.

Низколегированные стали для строитель­ных конструкций (например, 15ХСНД и 10ХСНД) хорошо свариваются газовой сваркой. Мощность наконечни­ка выбирают 75—100 дм3/ч при левой и 100—130 дм3/ч аце­тилена при правой сварке на 1 мм толщины металла. При сварке применяют нормальное пламя и проволоку Св-08, Са-08А или Св-10Г2 по ГОСТ 2246—60. Можно применять левую и правую сварку. Для улучшения качества наплав­ленного металла целесообразно проковывать шов при свет­ло-красном калении (800—850С) с последующей нормали­зацией металла шва. Флюс не применяют.

Низколегированные молибденовые и хромомолибденовые теплоустойчивые стали для котлостроення. Газовая сварка этих сталей может использоваться при монтаже и ремонте паровых котлов и трубопроводов.

Пламя применяют только нормальное, мощностью 100 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. При сварке применяют проволоку марок Св-08XHM, Св-10НМ, Св-18ХМА, Св-10ХМ, Св-10MX по ГОСТ2246—60. Сварку ведут небольшими участками длиной по 15—25 мм, поддерживая весь свариваемый участок при температуре светло-красного калении.

При толщине металла свыше 16 мм все изделия необхо­димо подвергать предварительному равномерному подогре­ву до 250—360° С, сохраняя эту температуру постоянной в процессе сварки. Для этого изделие во время сварки подогре­вают вспомогательными горелками или другими способами.

При окружающей температуре минус 10° С сварку сталей 15М и 20М толщиной до 10 мм можно вести без предвари­тельного подогрева, а при большей толщине — с подогревом до 250—300° С. Хромомолнбденовые стали 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ при минус 10° С сваривают с подогревом до 250— 300°С, независимо от толщины металла,

Кромки перед сваркой зачищают до металлического блеска. При толщине металла до 5 мм сварку ведут в один слон, при большей толщине применяют многослойную свар­ку. Вначале «пролуживают» кромки, для чего кромки в вершине шва а расплавляют и сваривают без добавления приса­дочного металла с целью получения полного провара вершины шва. Длина пролуженого участка не должна превышать 15—25 мм, так как при большей длине в данном месте возможно появление незаметной трещины, которая может остаться в шве. Для уменьшения выгорания хрома и молибдена металл сварочной ванны нужно поддерживал в возможно более густом состоянии, не перегревая его.

Сварку ведут с наименьшим числом перерывов. При возобновлении сварки после перерыва необходимо равномерно подогреть шов в данном месте (при сварке труб — вес стык) до 250—300°С с целью предупреждения появления трещин. Усиление шва располагают симметрично к оси шва обеспечивая плавный переход от наплавленного металла основному.

Полной термообработке (нормализации) подлежат барабаны и детали котлов при толщине металла свыше 10 мм, путем нагрева до 900—930°С для молибденовой и до 930— 950° С для хромомолибденовой стали, выдержки при этой температуре из расчета 1—1,5 мин на 1 мм толщины метал­ла а охлаждения в спокойном воздухе до 300° С.

При сварке труб а сварке на монтаже допускается также местная термообработка в виде отжига. Местной термооб­работке подвергаются все сварные соединения паропровод­ных и коллекторных труб. Для молибденовых и хромомолибденовых сталей нагрев при отжиге производится до

680 — 700°С (для хромомолибденованадиевых—720—740°С) с выдержкой 4—5 мин на 1 мм толщины металла и медлен­ным охлаждением до 250—300° С. Для хромо молибденовых сталей местная термообработка производится индукцион­ными нагревателями, кольцевыми газовыми горел на ми и му­фельными электропечами сопротивления. Сварное соедине­ние должно быть нагрето но всему периметру на ширине не менее 100 мм в обе стороны от шва.

Низколегированные хромокремнемарган­цовые стали (хромансиль). При газовой сварке этих сталей содержащиеся в них марганец, хром и кремний частично выгорают, что вызывает появление в шве включений окислов, шлаков и непровара. Для предупреждения этого сварку ведут нормальным пламенем, наконечником мощно­стью 75—100 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Окислительное пламя вредно, так как увеличивает выгора­ние хрома, кремния н марганца, Применяют или низкоуглеродистую проволоку Св-08 и Св-08А или легированную Св-18ХГСА нСв-18ХМА.

Сварку ведут в один слой. Перед сваркой листы предва­рительно прихватывают через 20—30 мм при толщине листов от 0,5—1,5 мм it через 40—60 мм при толщине 2 мм и более. Прихватки располагают на расстоянии 10—15 мм от края листа или угла сварного соединения. Большое значение для качества шва при сварке этой стали имеют тщательная очи­стка и подгонка кромок, а также точное соблюдение зазора между ними, который должен быть одинаков по всей длине шва. Эти стали при резком охлаждении склонны к образо­ванию трещин в шве и около него. Поэтому по окончании сварки горелку нужно отводить медленно, одновременно подогревая факелом пламени металл конечного участка, на площади радиусом 20—40 мм. С парку нужно производить возможно быстрее, без перерывов, не задерживай пламя на одном месте. Для уменьшения коробления прихватку и сварку ведут от середины шва к его концам.

После сварки узлов ответственных изделий их подверга­ют закалке и отпуску. Закалку производят нагревом вначале до 500~650°С с выдержкой при этой температуре из рас- чета 1,5 мин на 1 мм толщины (но не менее 5 мин ) и после­дующим нагревом до 880°С с той же выдержкой. После этого деталь охлаждают в масле температуры 20—50° С или сна­чала в горячем масле (190°С), а потом в масле температу­ры 206 С.

Отпуск состоит в нагреве до 400—600° С с последующий охлаждением в горячей воде (60С). Чем ниже температура отпуска, тем выше прочность, но меньше пластичность металла шва,

Хромистые стали могут содержать от 4 до 30% хрома. Сварка хромистых сталей сопряжена с рядом труд­ностей, так как они склонны к сильному короблению и за­калке в момент остывания шва, что вызывает образование трещин. Чем выше содержание углерода в хромистой стали, тем хуже она сваривается.

Сварку хромистых сталей ведут нормальным пламенем, наконечником мощностью не более 70 дм3/ч ацетилена на ] мм толщины металла. При сварке применяют проволоку из хромоникелевой стали Св-02Х19Н9. Лучшие результаты получают при сварке проволокой Св-06Х19Н9Т (с тита­ном). Титан и ниобий препятствуют образованию в шве твердых химических соединений хрома с углеродом (кар­бидов хрома).

Сварку нужно вести возможно быстрее, стремясь не до­пускать перерывов и повторных нагревов шва. Во избежа­ние образования трещин следует применять одностороннюю, однослойную сварку.

При сварке применяют флюс, предохраняющий хром от выгорания и способствующий удалению из шва окислов хро­ма. Состав флюса (%): борной кислоты 55; окиси кремния 10, ферромарганца 10; феррохрома 10; ферротитана 5; ти­тановой руды (концентрата) 5 н плавикового шпата 5. Пе­рец, сваркой кромки зачищают до металлического блеска. Хромистые стали, содержащие свыше 14% хрома, сварива­ют с предварительным подогревом до 200—250°С, а после сварки подвергают термической обработке по режиму, пре­дусмотренному для стали дайной марки.

Высокохромистые кислотостойкие стали при длительном нагреве склонны к росту зерна в зоне нагрева, что снижает их прочность. Поэтому газовой сваркой эти стали не свари­вают.

Хромоникелевые нержавеющие аустенитные стали сваривают нормальным пламенем мощностью 75 дм3/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Окислитель­ное пламя не допускается. Применяют проволоку CB-02X19H9, Ce-O6X19H9T или Св-08Х19Н10Б. При сварке жаропрочной нержавеющей стали применяют проволоку, со­держащую 21 % никеля я 25% хрома. Для сварки коррозионностойкой стали, содержащей молибден, применяют прово­локу, содержащую 3% молибдена, 11% никеля и 17% хрома. Основное затруднение при сварке этих сталей состоит в том, что при нагревании до 400—900° С происходит выделе­ние карбидов хрома по границам зерен стали, вследствие чего сталь теряет устойчивость против коррозии. Титан или ниобий связывают углерод и препятствуют образованию карбидов хрома. Содержание ниобия должно не менее чем в 10 раз превышать содержание углерода и стали; макси­мально допустимое содержание ниобия —1,2%.

Сварку нержавеющих сталей нужно вести быстро, держа конец проволоки все время в сварочной ванне. Для лучшего отвода тепла можно сваривать на подкладке из меди. Мож­но применять левую и правую сварку, При длинных швах применяют обратноступенчатый способ сварки. Мундштук держат под углом 45° к поверхности детали.

После сварки деталь подвергают термообработке (за­калке) нагревом до 1050—1100°С и быстрым охлаждением в воде. Закалка может быть заменена отжигом при 850°С с охлаждением на воздухе. При этом выделившиеся карбиды хрома снова растворяются в сплаве и шов приобретает свойства основного металла. Металл толщиной 1—2 мм можно охлаждать на воздухе. Сталь с добавкой титана можно не подвергать термообработке после сварки.

Для улучшения внешнего вида шва и удаления окислов хрома применяют флюс состава (%): плавикового шпата 80 й ферротитана 20. В качестве флюса пригодна также смесь состава (%): буры 50 и борной кислоты 50 или буры 80 и двуокиси кремния 20. Флюс наносят на кромки за 15— 20 мин до сварки, а после сварки удаляют промывкой в го­рячей воде или кипячением а 5%-ном растворе NaOH.

Лучшие результаты даст флюс-паста НЖ-.8, не содер­жащий бора и фтора, вызывающих коррозию шва. В состав флюса НЖ-8 входят мрамор, фарфор, ферромарганец, фер­росилиций, ферротитан и двуокись титана.

Хромоникилиевые стали целесообразнее сваривать дуго­вой, в защитных газах или контактной электросваркой, так как эти способы дают меньшую зону нагрева, а поэтому обеспечивают лучшее качество сварного шва. чем газовая сварка, Газовой сваркой сваривают нержавеющую сталь толщиной не более 3 мм, так как при большей толщине ста­ли ее деформации достигают значительной величины.