Файл: Котвицкий, А. Д. Сварка в среде защитных газов учебное пособие.pdf

свыше 8—10 мм. В этих случаях применяют многослой­ ные швы, в которых предыдущий слой проходит нормали­ зацию и отпуск при наложении последующего шва.

При сварке соединения с V-образиой разделкой кро­ мок первый шов выполняют на пониженном токе и малой скорости. Это снижает в нем вероятность трещинообразования. При выборе технологии сварки определяют тип электродной проволоки, оптимальные режимы и приемы сварки, количество слоев, целесообразность предварительного подогрева и последующей термооб­ работки.

Сварочные проволоки Св12ГС, Св18ХГСА и Св18ХМА, применяемые для сварки под флюсом, при сварке в угле­ кислом газе применимы лишь для некоторых сталей.

Проволока Св12ГС имеет сравнительно малое коли­ чество марганца, вследствие чего выгорает не только марганец, но и кремний. Использование проволок Св18ХГСА и Св18ХМА с содержанием более 0,18% угле­ рода также может вызвать образование горячих трещин в сварных швах, особенно при сварке сталей, содержащих более 0,18—0,20% углерода. В таких случаях сварку ве­ дут предварительным подогревом, поэтому углеродистые и низколегированные стали сваривают проволокой Св08Г2С пли Св08ГС.

К числу низколегированных относятся и стали типа «хромансиль» (наиболее распространенные стали ЗОХГСА, СХЛ, ХМ, 12Х5М и др). Сварку стали ЗОХГСА лучше всего вести проволокой Св08ГС, Св18ХМА, Св18ХГСА. Режимы сварки этой стали даны в табл. 47. После сварки сталь ЗОХГСА подвергают термообработке — закалке при

сгв = 124,2 кГ/мм2, ап = 5,3 кГ-м/см2. В табл.48приведены механические свойства сварных соединений низколегиро­ ванных и углеродистых сталей при сварке в среде угле­ кислого газа.

Сталь ЗОХГСА сваривают без подогрева многослойны­ ми швами при толщинах до 10 мм. После сварки соедине­ ния подвергают только отпуску.

Перлитные теплоустойчивые стали (типа 15ХМ) пред­ назначены для работы при значительных нагрузках в условиях высокой температуры (650—-700° С). Из этих сталей изготовляют котлы, турбины. При таких нагрузка^

152

Т а б л и ц а 48

Механические свойства сварных соединений углеродистых и низколегированных сталей при сварке в среде углекислого газа

—

20ХМА. Сталь 15ХМА после нормализации и отпуска име­ ет предел длительной прочности при 100 000 ч и темпера­ туре 450° С 19 кГ/мм2, а при 500° С 14,5 кГ/мм2. Сталь 20ХМА имеет более высокие показатели. Для высокой прочности швов нужно, чтобы химический состав метал--

153

ла шва был максимально близок к химическому составу основного металла. Оптимальный химический состав ме­ талла шва должен быть (%): 0,25—0,35 кремния, 0,9—1,2 марганца, до 0,1 углерода, 0,8—1,1 хрома, 0,4—0,6 молиб­ дена и не более чем по 0,03 серы, фосфора.

■ При сварке в углекислом газе сталей 15ХМА и 20ХМА такой состав получают, применяя проволоку Св08ХГ2СМА. Предварительный нагрев перед сваркой 250—300° С, после сварки высокий отпуск (600—650° С — 3 ч и охлаждение со скоростью 40—50 град/ч). При таких режимах сварное соединение имеет хорошие прочност­ ные показатели и высокую стойкость против ползучести.

§22. СВАРКА ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

ВСРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Высоколегированные стали обладают ценными свой­ ствами, которые необходимы в технике: коррозионностойкостыо, кислотостойкостыо, окалнностойкостыо, жаро­ прочностью, высоким электрическим сопротивлением. Для сварных конструкций чаще используют нержавею­ щие ннзкоуглеродистые сплавы. Стали с содержанием, хрома более 6—8% делятся иа три группы: нержавею­ щие и кислотостойкие, окалиностойкне и жаропрочные, сплавы с высоким электрическим сопротивлением.

К нержавеющим относятся стали 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, 0X14; к кислотостойким — Х17, Х25, Х28, Х17Н2, 0Х18Н9, 1Х18Н9, 2Х18Н9Т, 1Х18Н9Т, Х18Н11Б, Х13Н4Г9,

Х5М, Х6СМ, Х7СМ, Х10С2М, 1Х18Н9Т, Х13Н7С2; (до 800° С) — Х18Н12МЗТ, 4Х14Н14В2М, 1Х14Н14В2М,

Х14Н14СВ2М; к сплавам с высоким электросопротивле­ нием— Х13Ю4, 1Х17Ю5, ОХ17Ю5, 1Х25Ю5, ОХ25Ю5, Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80Т, Х20Н80ТЗ.

Сварка высокохромистых сталей, содержащих угле­ рода более 0,24%, связана с большими трудностями. Температурный режим значительно влияет на прочност­ ные характеристики этих сталей, снижает их устойчивость к различным кислотам и активным средам, что затрудня-

154

ег сварку, а в некоторых случаях делает ее нецелесооб­ разной.

Весьма опасно для них трещинообразование в горячем и холодном состоянии. При сварке высоколегированных сталей применяются те же приемы, что и для низкоугле­ родистых сталей, но в связи с меньшей теплопровод­ ностью и склонностью к росту зерна сварку ведут при более высоких скоростях и меньшем токе.

Хромоиикелевые кислотостойкие стали с содержани­ ем никеля более 7% сохраняют аустенитную структуру далее при медленном охлаждении с высоких температур, вследствие чего их принято называть аустенитными. Од­ нако при остывании с температур 900—1100° С или при нагреве до 500—850° С по границам зерен аустенита вы­ деляются карбиды, содержащие повышенное количество хрома. Содержание хрома в металле, а следовательно, и пластичность его снижаются.

Объединение границ зерен хромом, связанное с выде­ лением карбидов, приводит к ухудшению кислотостойкос­ ти аустенитной стали. При соприкосновении с кислотой или другой агрессивной средой пограничные участки аус­ тенитных зерен сравнительно быстро растворяются и ме­ ханическая связь между зернами нарушается.

Незначительная нагрузка конструкции из такого ме­ талла вызывает межкрнсталлитное разрушение, без за­ метной пластической деформации. Это называется межкристаллитным разрушением или межкристаллитной кор­ розией. Поэтому при сварке высоколегированных сталей и сплавов -важной задачей является получение металла шва, не склонного к образованию межкристаллитной кор­ розии и горячих трещин.

Как известно, основным и решающим условием для получения металла шва, не склонного к образованию го­ рячих трещин, является правильно выбранное соотноше­ ние между аустенитообразующими и ферритообразующи­ ми элементами, обеспечивающими структуру металла шва с наличием 2—5% феррита. Количество ферритооб­ разующих определяют по эквиваленту хрома (хром при­ веденный), а аустеиитообразующих по эквиваленту ни­ келя (никель приведенный) по соответствующим фор­ мулам:

CrlipHB= C r + Mo + 1,5 ■Si-f 0,5 • Nb;

NinpllB= N i + 30C+0,5Mn.

155

Склонность металла к межкристаллитной коррозии (у хромоникелевых аустенитных сталей) в основном опре­ деляется содержанием в них углерода, карбидообразую­ щих элементов (титана, ниобия), а также ферритообра­ зующих элементов (кремния, ванадия, алюминия и др.).

Чтобы металл шва не был склонен к межкристаллит­ ной коррозии, соотношение между углеродом, титаном, ниобием должно отвечать следующему неравенству:

При сварке стали 1Х18Н9Т, содержащей титан, полу­ чают швы, стойкие к межкристаллитной коррозии; однако склонность к межкристаллитной коррозии резко возраста­ ет, если сварные соединения подвергаются длительному нагреву при температуре 650—700° С.

При быстром охлаждении с высоких температур на­ личие углерода способствует получению однофазной чис­ то аустенитной структуры шва, которая склонна к образо­ ванию горячих трещин. Чтобы не допустить этого, содер­ жание углерода в стали снижают до 0,02—0,08%.

Чтобы не допустить возникновения горячих и холод­ ных трещин в швах при сварке высоколегированных ста­ лей подбирают соответствующий состав металла шва, а иногда применяют предварительный подогрев с после­

без предварительного нагрева, но с последующим отпус­ ком при 700° С. В проволоке Св1Х13 должно быть мар­

ганца 0,8%, кремния 0,35%.

Нержавеющую сталь 2X13 сваривают проволокой Св2Х13 и используют те же температурные режимы от­ пуска. Если к швам не предъявляются высокие требова­ ния по прочности, применяют аустенитную проволоку ти­ па 25—12 и 25—20 или СвХ18Н9Т (можно СвХ25Н20, но лучше Св2Х13, можно также применять проволоку Св08Х14ГТА или СвОХ14). Проволока Св08ГТА снижает склонность швов к трещинообразованию.

Кислотостойкую сталь Х17Н2 толщиной до 8—10 мм можно сваривать без предварительного подогрева с пос­ ледующим отпуском при температуре 680—700° С. Свар­ ку деталей толщиной до 4 мм ведут в один проход, а тол­ щиной $ мм'— в''три1прохода. Если изделие из стали

156

Х17Н8 не подвергается воздействию кислот, сваривают в углекислом газе проволокой Св2Х13 или СвОХМ, а если подвергается воздействию кислот, то используют прово­ локу Св1Х18Н2ГТА. После термической обработки швы получаются почти равнопрочные основному металлу.

Кислотостойкая сталь Х17 сваривается аналогичной по составу проволокой (Св08Х18Т). После отпуска при 760° С швы стойки даже к кипящей 50—60%-ной азотной кислоте и имеют хорошие прочностные характеристики.

Кислотостойкая и жаропрочная сталь 1Х18Н9Т явля­ ется самой распространенной. Положительным свойством этой стали является то, что при сварке выгорают водород, фосфор, сера, но соединяются с углеродом титан и хром. Образование карбидов может привести к межкристаллитной коррозии.

В проволоке СвОХ18Н9Т повышенное содержание ни­ келя. Механическая прочность сварных соединений вы­ сокая, но необходима защита свариваемых деталей от брызг, так как последние могут явиться очагами интен­ сивного коррозионного разрушения. Околошовные места перед сваркой смазывают водным раствором мела или каолина. Во избежание поверхностного окисления швов применяют порошковую проволоку или ведут сварку по слою флюса высотой 2—3 мм.

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением типа Х20Н80Т сваривают в аргоне неплавящимся или плавящимся электродом под флюсом АНФ-5 и в среде углекислого газа. Прочность сварных соединений в обоих случаях примерно одинакова. Эти металлы могут обеспе­ чивать высокую прочность при повышенных температурах.

Прочность сварных швов ниже прочности основного ме­

§23. СВАРКА НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

ВСРЕДЕ АЗОТА

Сущность дуговой сварки в среде азота заключается в том, что электрическая дуга, в которой производится плавление металла, защищается от воздействия кислоро­ да воздуха и паров воды азотом. Азот может оказать

157