Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

В состав рутиловых покрытий входят концентрат рутила, кремне­ зем, карбонаты кальция и магния, ферромарганец. Рутиловое покрытие обеспечивает хорошее формирование шва, стабильное горение дуги, возможность выполнения сварки во всех простран­ ственных положениях. По механическим свойствам металла шва электроды с рутиловым покрытием относят обычно к типу Э46. Например, состав рутилового покрытия электрода ЦМ-9 следую­ щий: рутила —50%, полевого шпата ~30% , ферромарганца

—15%, магнезита ~5% . Связующими являются декстрин —2% и жидкое стекло —10— 15% от массы сухой смеси.

3. Фтористо-кальциевые (обозначаются буквой Ф). Они обра­ зуют основные шлаки из фтористого кальция, силикатов магния и кальция. Металл, наплавляемый электродами с таким покры­ тием, обычно содержит незначительное количество кислорода, водорода и азота, а серы и фосфора не более, чем по 0,035%. Ме­ талл шва устойчив к образованию кристаллизационных трещин, развитию старения и имеет высокую ударную вязкость. Электроды допускают сварку во всех пространственных положениях. К числу электродов с фтористокальциевым покрытием относят широко применяемые в турбостроении электроды типа УОНИ. В табл. 59 приведен состав покрытий нескольких электродов этого типа.

Кэтому же типу относят и покрытия электродов ЦЛ-18, ЦЛ-19

имногих других.4

59.Состав (в %) покрытий для электродов типа УОНИ-13

4. Органические (обозначаются буквой О). В состав таких по крытий вводят большое количество горючих органических мате­ риалов (крахмал, оксицеллюлозу), обеспечивающих газовую за­ щиту расплавленного металла. В качестве шлакообразующих ком­ понентов в состав органических покрытий входят титановый кон­ центрат, рутил, марганцевая руда. Для раскисления металла введен ферромарганец.

231

Покрытия всех типов должны плавиться равномерно, не обра­ зуя так называемых «козырьков» или «чехлов», препятствующих нормальному плавлению электрода; куски покрытия не должны отваливаться в процессе сварки.

Научно-исследовательскими институтами для нужд энерго­ машиностроения разработано большое количество покрытий для электродов различных типов. Систематическая работа в этом на­ правлении продолжается и способствует расширяющемуся приме­ нению сварки в производстве паровых и газовых турбин, а также освоению новых и совершенствованию разработанных ранее тех­ нологических процессов сварки жаропрочных сталей различных классов и составов.

При выборе электродов и их покрытий для сварки сталей перлитного класса обычно стремятся к тому, чтобы химические составы наплавленного и основного металла были близки, а со­

ванной.

Для дуговой сварки углеродистых сталей применяют электроды Э42 или Э42А, а для сварки этих сталей в среде углекислого газа—■ проволоку Св-08ГС и Св-08Г2С. Ручную дуговую сварку стали 20ХМФЛ можно выполнять электродами Э-ХМФ, а стали 15ХШ1ФЛ — электродами ЭХМФ или Э-ХМФБ. Для сварки этих же сталей в среде углекислого газа применяют электродную проволоку соответственно Св-08ХГСМФА и Св-08Х1М1ГСФА. Положения, которыми руководствуются при выборе материа­

лов для сварки конструкций из нержавеющих 12%-ных хромистых сталей и упрочненных дополнительным легированием сталей на их основе, аналогичны приведенным для сталей перлитного класса. Добиваются близости состава основного и наплавленного металла, а при сварке различных хромистых сталей выбирают сварочные материалы, рекомендованные для менее легированной стали.

Для ручной дуговой сварки сталей 1X13 и 2X13 применяют электроды 1Ф13 с покрытием УОНИ-13-НЖ2, стали 15Х11МФ — электроды КТИ-9-57, сталей 15Х12ВМФ и Х11ЛБ — электроды КТИ-10. Сталь 12Х11В2НМФЛ (ЦЖ5) варят электродами с по­ крытием ЦЛ-32.

Разработка электродов для сварки и наплавки легированных сталей представляет значительные трудности и требует проведения разносторонних исследований для определения оптимального состава сварного шва, электродной проволоки, покрытия и пр. В. В. Баженов и Т. Р. Федяева, освещая опыт разработки электро­ дов для сварки стали 12Х11В2НМФЛ, отмечают, что к сварным соединениям этой стали были предъявлены следующие требова­ ния: предел длительной прочности при 610° С за 100 000 ч — не

232

менее 9 кгс/мм2, ударная вязкость после выдержки при 610° С в течение 3000 ч — не ниже 3 кгс-м/см2.

В ходе изысканий оптимального состава металла шва осуще­ ствляли раздельное легирование швов, содержащих около 12% хрома, вольфрамом, никелем, молибденом, ванадием и ниобием в возрастающих количествах. Для этого в состав покрытий элек­ тродов вводили соответствующие ферросплавы. Исследованиями структуры и свойств металла шва было установлено, что при введе­ нии в его состав до 2,5% Ni ударная вязкость шва, подвергнутого отпуску при 700—720° С, несколько повышается — с 10 до 13 кгс-м/см2; оптимальное содержание никеля составляет 0,8— 1,2%. Другие перечисленные легирующие элементы в аналогич­ ных условиях снижали ударную вязкость шва.

Было отмечено, что степень охрупчивания металла шва этими элементами находится в прямой зависимости от содержания угле­

Дальнейшие исследования различных вариантов состава свар­ ного шва привели к выводу, что лучшие результаты, удовле­ творяющие указанным требованиям, дали швы композиции 1Х11НВ1М1Ф следующего состава (в %):

ЦЛ32.

Вразделе гл. Ill, посвященном аустенитным сталям для лопа­ ток, изложены положения, которыми руководствуются при вы­ боре сварочных материалов и разработке технологии сварки аусте­ нитных сталей. Большее значение для надежной службы сварных конструкций имеет устранение внутренних напряжений, возни­ кающих в процессе сварки. Они относятся к категории собствен­ ных напряжений, существующих в конструкции при отсутствии действия внешних сил, и возникают в результате литейной усадки расплавленного металла шва, неравномерного нагрева основного

металла, увеличения или уменьшения объема металла, связанных с изменениями его структуры, и пр.

Присадочный материал подают в разделку шва в расплавлен­ ном состоянии. В процессе кристаллизации и последующего охлаждения металл шва уменьшается в объеме. Усадка напла­ вленного металла, жестко связанного с основным металлом, вызы­ вает внутренние напряжения, обычно тем большие, чем значи­ тельнее объем шва.

Структурные превращения в металле шва и в зоне тер­ мического влияния часто сопровождаются изменением объемов

233

и связанными с ним напряжениями. Неравномерное распределе­ ние температуры при сварке изделия, жесткость сваривае­ мых элементов, препятствующая развитию тепловых деформаций, также способствуют образованию внутренних напряжений. При сварке разнородных сталей различия коэффициентов линейного расширения и теплопроводности свариваемых металлов могут вызывать внутренние напряжения.

Сварочные напряжения могут снижать прочность и надежность изделия в эксплуатации, особенно если металл деталей недоста­ точно пластичен или имеют место концентраторы напряжений. Эти обстоятельства необходимо учитывать при проектировании сварных конструкций цилиндров, патрубков и других деталей турбин.

Максимально возможное число сварных швов следует вы­ полнять в свободном незакрепленном положении. При сварке конструкций с большим числом швов целесообразно увеличивать количество узлов конструкции, свариваемых отдельно и обла­ дающих сравнительно небольшой жесткостью.

Снижение напряжений, обусловленных жесткостью и закреп­ лением свариваемых изделий (так называемых реактивных напря­ жений), может быть достигнуто общим подогревом изделия. Не­ равномерность распределения температуры в процессе сварки при таком подогреве снижается, что будет способствовать уменьше­ нию сварочных деформаций и связанных с ними напряжений. При сварке перлитных сталей снижению напряжений может способствовать послойная проковка — чеканка налагаемых свар­ ных швов. Такую проковку рекомендуется выполнять на участке шва длиной 150—200 мм немедленно после его выполнения, или с подогревом до 150—200° С; первый и последний слои шва проко­ вывать не следует.

Большое значение для уменьшения сварочных напряжений имеет рациональная последовательность наложения швов. Ручную сварку сложных конструкций рекомендуется проводить в раз­ бивку, с чередующимся частичным заполнением участков раз­ делки в обратноступенчатом направлении. Целесообразно сва­ ривать узел или изделие в такой последовательности, чтобы соединяемые детали не были жестко закреплены.

Предварительный и сопутствующий сварке общий или местный подогрев могут во многом способствовать повышению качества сварного соединения и снижению внутренних напряжений. При больших толщинах и жесткости свариваемых элементов свароч­ ные напряжения снимают последующим отпуском; для конструк­ ций из перлитных сталей рекомендуется отпуск при 650° С, для хромистых жаропрочных сталей — при 700—720° С и для аусте­ нитных сталей — при —800° С.

Часто термическая обработка сварных изделий имеет целью не только снятие напряжений, но и улучшение свойств металла шва и околошовной зоны. Режимы термообработки в этом случае

234