Особенности сварки высоколегированных сталей

Сварка высоколегированных сталей

Содержание:

  1. Низколегированные стали
  2. Среднелегированные стали
  3. Высоколегированные стали
  4. Технология сварки высоколегированных металлов
  5. Особенности сварки легированных сталей
  6. Интересное видео

Легированными считают стали, которые содержат элементы, которые придают сплавам особенные свойства. Элементы называются легирующими. Чаще всего это никель, хром, молибден, вольфрам и т. д. процесс легирования необходим для повышения стойкости, гибкости, прочности, устойчивости к коррозии металла.

Выделяется три вида легированных сталей:

  • низколегированные — содержат легирующих элементов до 2,5%;
  • среднелегированные — содержат легирующих элементов до 10%;
  • высоколегированные — содержат легирующих элементов более 10%.

Каждый из видов подразумевает свои особенности сварки легированных сталей. Для краткого обозначения присутствующего элемента стали называются по его названию. Например, хромистыми, вольфрамовыми, никелевыми. Компоненты отмечаются буквами — Ю — алюминий, Ф — ванадий, Р — бор, Н — никель; Г — марганец.

Для определения назначения отдельного вида стали выделяются такие группы:

  • нержавеющие;
  • жаростойкие;
  • кислотостойкие;
  • окалиностойкие.

Низколегированные стали

От низколегированных сплавов требуется пластичность, хорошая свариваемость, высокая устойчивость к деформации. Наилучшие свойства такие стали приобретают после закаливания. В некоторых видах такие свойства достигаются низким содержанием углерода. Также для улучшения свойств добавляются дополнительные присадки, например, хром, кремний.

Такие виды металла отлично свариваются, имеют низкую степень ломкости при холоде ниже сорока градусов. Основным минусом низколегированного сплава считается слабая вибрационная устойчивость.

Сварные соединения сталей хорошо сопротивляются холодным трещинам и деформационному разрушения. Для сварки низколегированных сплавов используются специальные электроды, имеющие слабое водородное фтористо-кальциевое напыление. Технология сварки легированных сталей подразумевает быструю сварку определенных участков, чтобы не допустить охлаждение шва ниже температуры предварительного нагрева.

Сварка низколегированных сталей под флюсом проводится при помощи постоянного тока, который имеет обратную полярность. При сварке металлов в углекислом газе в качестве электродов используется порошковая проволока. Таким образом достигается большая прочность и холодоустойчивость, особенно швам изделия.

Низколегированные металлы не стоит варить газом, так как это серьезно ухудшает качество изделия — при выгорании легирующих элементов соединения склоны к коррозии и механическим разрушениям.

Среднелегированные стали

Для таких сплавов характерно более чем в два раза увеличенное содержание углерода. В качестве присадок чаще всего используются Ni, Mo, Cr, V, W. Идеальные характеристики металла достигаются закалкой и низким отпуском. Такие виды сталей тщательно очищают от различных видов неметаллических примесей. Для достижения оптимальных свойств используются переплавки, термомеханическая обработка.

Для надежности и износостойкости сварных швов необходимо получить идеальные химические показатели соединений. Сварочные материалы должны содержать меньший объем легирующих элементов, чем основной металл. С помощью правильно подобранного материала можно получить отличную прочность и другие качества шва при сварке легированных сталей.

Среднелегированные сплавы с высокой прочностью и уровнем прокаливания необходимо сваривать с помощью материалов, которые придадут соединениям максимальную возможность деформации. Для таких целей используются низколегированные электроды, не содержащие органических веществ, которые прокалили при высоких температурах. При сварке следует обеспечить оптимальные условия работы — не допускать наличия влажности, появления ржавчины в сварочной ванне, чтобы не повысить уровень водорода.

Оптимальным методом для легированных и углеродистых сталей является аргоновая сварка с неплавящимися электродами. Такой вид оптимален для механизированного проплавления, обеспечивая оптимальную глубину и равномерность процесса.

Газовая сварка легированных сталей осуществляется ацетиленом и кислородом, который обеспечивает высококачественный шов. Газы-заменители в данном случае применять не следует. Однако даже ацетилен и кислород не дает полной гарантии качественного шва. Этого можно добиться только путем использования дуговой сварки.

Высоколегированные стали

В состав высоколегированных сплавов входят Cr и Ni в повышенном содержании. Эти элементы придают металлам особенную структуру и свойства. Высоколегированные сплавы обладают большей устойчивостью к коррозии, низким и высоким температурам, более жаропрочные. В зависимости от сферы применения стали различаются на жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие.

После пройденной специфической термической обработки высоколегированные сплавы становятся очень прочными и эластичными. При закалке пластичность данных металлов только повышается. На структуру сталей существенно влияет их химический состав и разновидности легирующих компонентов.

Технология сварки высоколегированных металлов

Высоколегированные сплавы имеют множество положительных характеристик, что позволяет использовать их для самых разнообразных изделий. Поэтому технология сварки высоколегированных сталей для каждого изделия могут быть отдельной. Эта особенность определяет разность в выполнении сварки для получения шва определенного типа и состава.

Особенности сварки легированных сталей

Особенности сварки легированных сталей регламентируются тепловыми особенностями сплава. Понижение тепловой проводимости может серьезно изменить температурное распределение температуры в области шва. При неправильной сварке такие показатели могут привести к деформации изделия. Для того чтобы избежать подобной проблемы сварка должна проходить с наибольшими температурами.

Ручная дуговая сварка допускает применение электродов с фтористо-кальциевым покрытием, таким образом возможно получение шва с оптимальным содержанием химических веществ. Для предотвращения перфорации при сварке высоколегированных сталей и сплавов в швах следует прокаливать электроды с особой тщательностью.

Газовая сварка не особенно подходит для такого типа металлов по причине нередких внутренних коррозий. Такой вид работ допустим для температуроустойчивых сплавов толщиной не более 2 мм. В швах может возникать заметная деформация.

Для более толстых пластин оптимальным вариантом является флюсовая сварка. Таким образом по всей поверхности соединения состав и характеристики металла остаются стабильными. Причиной явления является отсутствие сварных промежутков, связанных с заменой электродов, равномерностью плавки металла по поверхности шва.

Кроме того, место на котором проводятся работы надежно защищается от окисления легирующих компонентов. Что имеет особенно важное значение при сварке высоколегированных сталей.

Интересное видео

Что собой представляют высоколегированные стали? Нюансы технологии их сваривания ручным дуговым методом

Для улучшения физико-механических характеристик стали производят ее легирование. Легирование стали – это добавление в состав стали различных добавок. В качестве добавок используются хром, никель, вольфрам, ванадий, титан, молибден, кремний и другие элементы. В зависимости от содержания добавок стали бывают:

Высоколегированные стали

Высоколегированные стали применяют в различных сферах промышленности и хозяйства. Чаще всего они используются в нефтяной и химической отрасли, энергетике. Широко используются такие стали в конструкциях, работающих в условиях агрессивной среды и большого перепада температур.

По своим свойствам различают два основных вида высоколегированных сталей:

Наряду с содержанием добавок, высоколегированные стали классифицируются также по типу их внутренней структуры. Структуры их разнообразны и зависят от содержания основных элементов. При этом различают стали:

  • мартенситные;
  • ферритные;
  • аустенитные.

Существуют также высоколегированные стали со смешанной структурой. Например, феррит-аустенитные.

Наиболее распространенный вид высоколегированных сталей – это стали со структурой аустенит. Основными составляющими таких сталей являются никель (до 8%) и хром (≥18%). Изменением состава других добавок получают высоколегированные стали с необходимыми свойствами. При этом хром обеспечивает жаростойкость и устойчивость к коррозии, а никель делает сталь более пластичной и увеличивает жаропрочность.

Кроме того, для повышения жаропрочности в состав вводят вольфрам, ванадий, а для устойчивости к коррозии (нержавейка) в состав стали вводят титан, молибден.

Читайте также  Закалка нержавеющей стали в домашних условиях

Особенности сварки

По сравнению со сваркой других видов стали, сварка высоколегированных сталей имеет свои особенности. Это связано с тем, что стали такого вида имеют сниженный коэффициент теплопроводности и повышенный коэффициент линейного расширения. В результате того, что отвод тепла замедлен, увеличивается глубина проплавления основного слоя. А из-за большого коэффициента линейного расширения могут возникать деформации и трещины.

Для предотвращения трещин и других дефектов сварного шва рекомендуется:

  1. Формировать шов с двойной структурой (аустенит и феррит). При этом для жаростойких и жаропрочных сталей количество феррита в шве должно быть в пределах 3-5%, а для коррозийно-устойчивых количество феррита может достигать 15-25%.
  2. Снижать количество вредных примесей (сера, фосфор, свинец и т. п.), которые ухудшают свариваемость металла. Для этого надо использовать режимы с уменьшенным количеством основного материала, а свариваемые стали и материалы электродов должны содержать минимум вредных примесей.
  3. Для обеспечения минимального насыщения шва газами при сварке надо использовать постоянный ток обратной полярности.
  4. При сварке покрытыми электродами поддерживать короткую дугу и вести сварку без поперечных колебаний.
  5. Правильно выбирать тип электродов с фтористокальциевыми покрытиями, уменьшающими угар легирующих элементов. Для помощи в выборе типа электрода существуют специальные таблицы. В таких таблицах для различных типов высоколегированных сталей рекомендуется использование соответствующих марок электродов.
  6. Уменьшать влияние на шов силового фактора, включающего воздействие термических сил, деформации усадки и жесткости крепления кромок. С этой целью необходимо ограничивать ток сварки, заполнять разделку швами небольшого сечения и использовать разделки необходимой формы.

В зависимости от структуры стали, содержания в ней углерода, толщины деталей и жесткости конструкции может потребоваться подогрев свариваемых деталей.

Например, при сварке мартенситных деталей подогрев необходим во всех случаях, а для деталей со структурой аустенит такой подогрев требуется не всегда. Температура подогрева выбирается в пределах от 100 до 300 °С.

Технология ручной дуговой сварки

Подготовка к сварке:

  1. Кромки свариваемых изделий подготавливают механическим способом. Допускается также резка плазменным, газофлюсовым или электродуговым методами. При использовании огневых типов резки необходима механическая обработка кромок на глубину 2-3 мм.
  2. Вид стыка кромок зависит от толщины изделий. При толщине более 4 мм снимается фаска под углом в 45°, а при толщине более 8 мм фаска снимается под углом в 30°. При толщинах соединяемых изделий до 10 мм зазор между кромками составляет 1 мм, а при больших толщинах зазор может быть увеличен до 1,5-2,5 мм.
  3. После снятия фасок свариваемые кромки зачищают от окалины на 20 мм и обезжиривают.
  4. Сборка стыков производится в стандартных приспособлениях или в прихватках. К качеству прихваток предъявляются те же требования, что и к сварному шву. Нельзя ставить прихватки в местах пересечения швов.

Оборудование

При выполнении ручной электродуговой сварки используется следующее оборудование:

  • сварочный аппарат;
  • ручной инструмент сварщика;
  • приспособления.

Сварочный аппарат включает в себя источник питания для создания электрической дуги. Особенностью аппаратуры для сварки высоколегированных сталей является то, что она производится постоянным током с обратной полярностью. Поэтому в качестве источника питания для такой сварки могут служить генератор постоянного тока или выпрямитель (инвертор).

Генератор постоянного тока вырабатывает постоянное напряжение за счет преобразования механической энергии в электрическую. Выпрямитель обычно включает понижающий трансформатор и полупроводниковую схему, преобразующую переменный ток в постоянный. Часто в качестве источника постоянного тока используются инверторы. В таких приборах производится двойное преобразование электроэнергии, что позволяет получить более стабильное выходное напряжение.

Кроме источника питания в состав сварочного аппарата входят панель управления, соединительные провода, сварочный электрод, держатель электрода винтового или зажимного типа.

В качестве приспособлений сварщик использует защитную маску, фильтрующую УФ- и ИК-излучения дуги, респиратор для защиты органов дыхания и спецодежду.

В набор ручного инструмента входят молоток, зубило, металлическая щетка, сумка для переноски инструмента и электродов.

Процесс сварки

Главная особенность сварки высоколегированных сталей – это требование ввода в основной материал малой погонной энергии.

Выполнение этого требования достигается за счет:

  1. Короткой дуги.
  2. Отсутствия поперечных колебаний.
  3. Высокой скорости движения сварочной дуги без перерывов и повторения нагревов одного и того же места.
  4. Использования минимально возможных режимов силы тока.

Для выбора режима силы тока имеются специальные таблицы. Например, для сварки аустенитных сталей толщиной до 2 мм электродом диаметром 2 мм рекомендуется сварочный ток силой от 20 до 50 А, а для сварки деталей толщиной от 8 до 12 мм электродом в 4-5 мм сварочный ток должен быть порядка 85-160 А.

В начале сварки дугой прогревают кромки и образуют сварочную ванну. Далее дугу равномерно перемещают по стыку. При этом необходимо следить за глубиной проплавления и отсутствием непровара. О качестве сварки можно судить по форме сварочной ванны. Если она вытянута в направлении движения дуги, то проплавление хорошее. При плохом качестве сварки ванна имеет форму круга или овала.

Сварка высоколегированных сталей

Виды сталей с количеством легирующих элементов от 10 до 55% называются высоколегированными. Кроме того, существуют высоколегированные сплавы на железоникелевой и никелевой основах. Состав этих материалов описан ГОСТом 5632 – 72. Всего описано 94 марки стали и 22 марки сплавов. Существуют различные системы их классификации. Наибольшее распространение получила классификация по типу легирующих добавок. По этому принципу различают следующие виды высоколегированных сталей:

Не лишним будет упомянуть самые распространенные высоколегированные сплавы: никелевые, никелехромистые, никелехромовольфрамовые и никелехромокобальтовые. Эти материалы обладают уникальными полезными свойствами, широко применяются в изготовлении ответственных изделий и требуют особых методов сварки.

Режим сварки высоколегированных сталей

Различные требования предъявляются к сварным швам таких сталей в зависимости от того, в каком качестве их используют: хладостойких, жаропрочных или коррозиестойких. Для получения шва нужных свойств применяют различные режимы сварки, которые, в совокупности с последующей термообработкой, дадут необходимый результат.

Присущий в этих сталях низкий коэффициент теплопроводности способствует перегреву, как в самом шве, так и в околошовной зоне. Это увеличивает глубину проплавления и способствует короблению металла. Другой особенностью высоколегированных сталей является высокое сопротивление прохождению электрического тока, результатом чего может стать перегрев сварочной проволоки или электрода. Для нивелирования этих особенностей применяют режимы со следующими характеристиками:

максимальная концентрация тепловой энергии;

уменьшенная длина электрода или сварочной проволоки;

увеличенная скорость подачи электрода;

уменьшенная плотность сварочного тока.

Например, при толщине свариваемого материала равной 2 мм. выбирают электрод диаметром 2 мм., длиной 150 – 200 мм. Сваривание проводят током 30 – 50 ампер.

Выбор электродов

Электроды с основным покрытием не используются для сварки аустенитных сталей, так как они провоцируют науглероживание шва, результатом которого будет пониженная стойкость к межкристаллической коррозии. Это явление провоцируется разложением мрамора, который присутствует в этом покрытии в большом количестве. Электроды с рутило-основными и рутило-флюоритноосновными покрытиями – группа, предназначенная для сваривания высоколегированных сталей.

Аустенитная сталь является разновидностью нержавеющих сталей, которые делятся на четыре типа:

Читайте также  Ножевые стали сравнение

Главная особенность аустенитной группы состоит в способности не увеличивать твердость при тепловых воздействиях. В эту группу входит сплав 20, который работает в горячей серной кислоте. Серия 300 (из этой группы) используется для изготовления посуды. Стали 309 и 310 используются для работы при температурах 800 С 0 .

ГОСТ 2246 – 70 содержит 41 марку сварочной проволоки, которая предназначена для сваривания высоколегированных сталей. В качестве примера можно привести следующие марки: Св-04Х19Н9, Св-05Х19Н9Ф3С2, Св-06Х19Н9Т, Св-07Х19Н10Б, Св-08Х20Н9С2БТЮ, Св-10Х16Н25М6А.

ГОСТ 10052 – 75 содержит 49 типов электродов. Вот наиболее популярные: Э-02Х19Н9Б, Э-04Х20Н9, Э-07Х20Н9, Э-06Х22Н9, Э-06Х13Н, Э-08Х20Н9Г2Б, Э-08Х14Н65М15В4Г2, Э-10Х20Н70Г2М2В.

Может возникнуть естественный вопрос о том, для чего такое количество типов сварочной проволоки и электродов. Многообразие типов проволоки и электродов вытекает из разнообразия требований к сварным швам. Как мы уже упоминали ранее: от швов требуют различных качеств в зависимости от того, в каких условиях будет работать то или иное сварное изделие. В зависимости от назначения сварного изделия, по микроструктуре и марке свариваемой детали подбирается марка электрода или сварочной проволоки, вид покрытия (обмазка) и режим сварки.

Как вы могли уже заметить, сварка высоколегированных сталей не является простым процессом. Для ведения работ необходимо обладать достаточными знаниями и немалым опытом. Нужно иметь справочную литературу и уметь ею пользоваться. Это необходимые условия для получения качественного результата сваркия таких материалов.

В домашних условиях, где требования к надежности и долговечности соединения не столь критичны, можно практиковать сварку таких материалов, если знать их марку и иметь таблицу для подбора электродов. К тому же необходимо уметь читать обозначения на электродах. Условные обозначения оговариваются в ГОСТе 9466 – 75. Вторая строка обозначения содержит группу индексов, по которым можно определить характеристики металла шва и наплавленного металла. Аустенитно-ферритная группа имеет четыре цифровых индекса, остальные три. Цифрами закодировано:

первый индекс – стойкость против межкристаллической коррозии;

второй индекс – максимальная температура, при которой рекомендовано применение изделия;

третий индекс – допустимая рабочая температура для изделий, сваренных этими электродами;

четвертый индекс – содержание ферритной фазы (необходимо для обеспечения аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла).

Все эти сведения можно найти и в паспортах на конкретные электроды.

Выбор флюсов

Соединение высоколегированных сталей можно проводить под слоем флюса, что способствует получению сварочных соединений высокого качества и надежности. Однако особенности технологии позволяют применять такой вид сварки только к швам в нижнем положении. Разработано большое количество марок флюса для разных марок свариваемых материалов. Подбирать их необходимо со знанием дела. В качестве примера можно привести состав одного из характерных видов флюса:

двуокиси титана 20%

Это состав флюса марки НЖ-8.

Выбор защитного газа

Сам процесс сварки был уже неоднократно описан нами, остается только заметить, что и в случае сварки высоколегированных сталей используются те же защитные газы: аргон, гелий, смеси на основа аргона. Отмечается улучшение комфортности при ведении работ в связи со значительным повышением стабильности дуги. Выбором состава газа или их смесей, а также подмешиванием других видов газов, можно существенно влиять на свойства шва и околошовной зоны.

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%. В основном это стали, обладающие повышенной кор­розионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, тита­ном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Вве­дение легирующих элементов меняет физические и хи­мические особенности стали.

Так, углерод способствует повышению прочности ста­ли и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1 % приводит к снижению свариваемости. Хром также сни­жает свариваемость, помогая созданию тугоплавких окис­лов. Никель повышает прочность и пластичность свароч­ного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден уве­личивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ силь­но окисляется, поэтому его содержание в стали предус­матривает введение раскислитеЛей. Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает сва­риваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную коррозию. Вор повышает прочность, но затрудняет свари­ваемость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость стали, но снижает ее сваривае­мость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфор способствует об­разованию холодных трещин.

Содержание тех или иных легирующих элементов оп­ределяют по маркировке стали. Первые две цифры в мар­кировке означают содержание углерода в сотых долях про­цента; легирующие элементы обозначают буквенными символами, а стоящие за ними цифры указывают на при­мерное содержание этих элементов, при этом единицу и меньше не ставят. Символ «А», установленный в конце маркировки, указывает, что сталь высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Наиболее широкое применение получили коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12X18Н1 ОТ, 10Х23Н18 и некото­рые другие).

Из вышесказанного видно, что, как правило, легиро­вание стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержа­ние углерода и легирующих элементов способствует уве­личению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего, во время сварки. В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегирован­ных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процес­се эксплуатации. Основной причиной появления тре­щин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные на­пряжения, полученные при затвердевании металла. Леги­рование влияет на вязкость металла и коэффициент по­верхностного натяжения, поэтому у большинства высо­колегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых ста­лей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех ви­дов высоколегированных сталей, имеющих высокое со­держание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирова­ние стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положительное влияние на качество сварочно­го шва оказывает дополнительное легирование свароч­ной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванади­ем, молибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую, так и механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов. Сварка выполняется при минимальном тепловложении с использованием тер­мообработки и применением дополнительного охлажде­ния.

Введение легирующих элементов меняет и технологи­ческие особенности стали. Так, система легирования сни­жает теплопроводность стали и повышает ее электричес­кое сопротивление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вло­жения энергии и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей выполняют при пониженных токах обратной полярности.

Читайте также  Поперечная резка рулонной стали

Сварку ведут короткой дугой ниточными валиками без поперечных колебаний.

Проволока, применяемая для изготовления электро­дов, должна соответствовать марке стали с учетом ее сва­риваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышен­ной температуры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12Х18Н10Т электроды типа Э-Ф4Х20Н9 (марки ЦЛ-1І) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопут­ствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин.

Для защиты сварочной ваНны используют инертный газ аргон или его смеси с гелием, кислородом и углекис­лым газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникно­вения межкристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечи­вающих струйный перекос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и оста­точных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто требуется термообработка.

Сварка углеродистых и легированных сталей

В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь делится на:

  • низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%)
  • среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25 до 0,6%)
  • высокоуглеродистую (содержание углерода от 0,6 до 2,0%).

Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.), называется легированной. Легированные стали бывают:

  • низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%)
  • среднелегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%)
  • высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10%).

Технология сварки легированных сталей

Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Свариваемость таких сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов и ухудшается с ростом содержания углерда и легирующих компонентов. Стали кремнемарганцевой группы 15ГС, 18Г2С и 25Г2С сваривают электродами типа Э60А марки УОНИ-13/65. Перед сваркой кромки тщательно зачищают от грязи, ржавчины и окалины.

Сварку выполняют предельно короткой дугой. Изделие перед сваркой подогревают до температуры 200 С, электроды перед сваркой прокаливают при 400°С в течение одного часа.

Кремнемарганцемедистые стали 10Г2СД, 10ХГСНД, 15ХСНД и 12ХГ сваривают электродами типа Э50А марки УОНИ-13/55. Изделие перед сваркой не подогревают.
Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей

Особенности сварки высоколегированных сталей

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%. В основном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.

Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает свариваемость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную коррозию. Бор повышает прочность, но затрудняет свариваемость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфор способствует образованию холодных трещин.

Содержание тех или иных легирующих элементов определяют по маркировке стали. Первые две цифры в маркировке означают содержание углерода в сотых долях процента; легирующие элементы обозначают буквенными символами, а стоящие за ними цифры указывают на примерное содержание этих элементов, при этом единицу и меньше не ставят. Символ «А», установленный в конце маркировки, указывает, что сталь высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Наиболее широкое применение получили коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 10Х23Н18 и некоторые другие).

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки. В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положительное влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую , так механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов . Сварка выполняется при минимальном тепловложении с использованием термообработки и применением дополнительного охлаждения. Введение легирующих элементов меняет и технологические особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое сопротивление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей выполняют при пониженных тока обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой ниточными валиками без поперечных колебаний.

Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее свариваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной температуры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин. Для защиты сварочной ванны используют инертный газ или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углекислым газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникновения межкристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и остаточных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возникает необходимость в термообработке.