Технология сварки низколегированных сталей. Особенности технологии сварки различных материалов

Из низколегированных сталей в сварных конструкциях исполь­зуют как простые конструкционные (машиностроительные и строительные), так и теплоустойчивые. Стали указанных групп отличаются не только по эксплуатационным свойствам, но и по чувствительности к процессу сварки.

Характеристика конструкционных сталей и особенности их сварки, Свойства низколегированных сталей в известных пределах регулируют за счет изменения содержания углерода и легирую­щих элементов. С увеличением содержания углерода сваривае­мость стали ухудшается из-за повышения вероятности образо­вания горячих и холодных трещин. Повышение вероятности обра­зования горячих трещин при увеличении содержания углерода обусловлено склонностью углерода к ликвации, а холодных тре­щин – тем, что углерод снижает температуру мартенситного превращения и способствует формированию малопластичного (двойникованного) мартенсита. Объемные изменения (увеличение объема) при превращении аустенита в мартенсит с повышением содержания углерода возрастают. Это приводит к увеличению внутренних напряжений.

В связи с отмеченным в сварных конструкциях применяют в основном низкоуглеродистые низколегированные стали повышен­ной прочности, содержащие до 0,23%С и относящиеся к перлит­ному классу. Они обладают достаточной прочностью и относи­тельно хорошей свариваемостью. Основные легирующие элементы низколегированных сталей - марганец, кремний, хром. В неко­торых сталях имеется никель, ванадий, медь и др. С целью уменьшения роста зерна в околошовной зоне стали, используемые в сварных конструк­циях, как правило, дополнительно раскисляют алюминием или титаном.

Низколегированные стали поставляют в основном в горяче­катаном состоянии или после нормализации.

В последние годы получили применение высокопрочные низко­легированные стали с мартенситной или бейнитной структурой (14Х2ГМР, 14ХМНДФР и др.), которые наряду с высокими механическими свойствами обладают удовлетворительной свари­ваемостью. Сочетание подобных свойств достигается за счет комп­лексного многокомпонентного легирования стали при малом содержании углерода. Малое содержание углерода обеспечивает при охлаждении аустенита в зависимости от скорости его охлаждения получение металла со структурой реечного мартенсита или бейнита.

Реечный (или дислокационный) низкоуглеродистый мартенсит, упрочняемый в результате формирования в процессе превращения дислокаций, в отличие от пластинчатого (или двойникованного) мартенсита, образующегося в сталях с содержанием свыше 0,22% С, более пластичен. Поскольку мартенситное превращение при малом содержании углерода протекает в области относительно высоких температур (выше 350° С), то оно сопровождается сравнительно низкими напряжениями. Все это снижает вероят­ность образования холодных трещин при сварке подобных сталей.

Металлургические особенности сварки. В большинстве слу­чаев низколегированные стали - спокойные. При выборе марки электродной проволоки обычно стремятся обеспечить состав металла шва, близкий к основному, а также требуемые эксплуатационные свойства. Образование горячих трещин при сварке низколегированных сталей в основном свя­зано с присутствием в металле шва углерода, серы и фосфора сверх допустимых пределов. Допустимое содержание серы и фосфора в металле шва регламентируется стандартом на основ­ной металл и электродную проволоку.

Образование горячих трещин предотвращают также за счет рационального выбора сварочных материалов: флюсов, электро­дов, электродных проволок таким образом, чтобы при осуще­ствлении любого отмеченного металлургического варианта обеспе­чивалось снижение вредных примесей в металле шва. Содержа­ние углерода в металле шва обычно устанавливают не более 0,15%, а необходимые свойства получают путем дополнительного его легирования.

Образование пор при сварке низколегированных сталей, так же как и углеродистых, связано с выделением окиси углерода, водо­рода и азота. Вероятность образования пор из-за выделения окиси углерода при сварке низкоуглеродистых сталей небольшая, поскольку в сварочной ванне, как правило, обеспечивается доста­точная концентрация сильных раскислителей (например, крем­ния). Вероятность образования пор из-за водорода при сварке низколегированных сталей выше, чем при сварке углеродистых сталей, из-за повышенной степени раскисленности. Поэтому при сварке низколегированных сталей необходимо предусматривать меры для снижения вероятности попадания водорода и азота в зону сварки.

Изменение структуры и свойств металла в зоне термического влияния. Как правило, низкоуглеродистые низколегированные стали обладают удовлетворительной тепловой свариваемостью. Однако по сравнению с низкоуглеродистыми при сварке низколегированных­ в особенности при сварке металла большой толщины, исполь­зуют подогрев.

При разработке режимов сварки следует иметь в виду, что в структуре металла зоны сварного соединения низкоуглероди­стых низколегированных сталей допустимо содержание до 90% мартенсита, если твердость металла не превышает 415НV. Это обусловлено относительно высокими пластическими свойствами низкоуглеродистого реечного (дислокационного) мартенсита.

Сварка покрытыми электродами. Для сварки низколегиро­ванных сталей повышенной и высокой прочности в основном используют электроды с покрытием основного типа.

В зависимости от свойств свариваемой стали используют стандартные (ГОСТ 9467-60) электроды: типа Э42А (марок УОНИ-13/45, СМ-11 и др.); типа Э46А (марки Э-138/45Н для сталей 09Г2, 10ХСНД, 15ХСНД и др.); типа Э50А (марок УОНИ-13/55, ДСК-50, АН-Х7 и др. для сталей 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД и др.); типа Э55 (марки УОНИ-13/55У для сталей 18Г2С, 25ГС, 15ГС) и др.

Для некоторых сталей типа 09Г2 используют также электроды с покрытием рутилового типа Э42 (например, электроды мар­ки АНО-1).

Сварка под флюсом. При этом используют кремне- и марганцо­вистые флюсы АН-348А, АН-60 и флюсы с пониженным содер­жанием МпО и Si0 2 –АН-47, АН-15, АН-22, АН-42 (Таблица). Электрод­ную проволоку выбирают в зависимости от состава свариваемой стали (Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ХМ, Св-08ХМФА, Св-10НМА и др.).

Таблица –Химический состав флюсов для сварки легированных сталей

Наиболее рационально для сварки низколегированных сталей использовать флюсы с пониженным содержанием МпО и Si0 2 , так как уменьшается загрязненность металла шва шлаковыми включениями.

Хорошие результаты получены при сварке высокопрочных низколегированных сталей при использовании флюсов АН-17 и AH-17M в сочетании с кремнемарганцовистыми и другими ле­гированными проволоками (например, Св-08ХН2М; Св-08ХМФА). Указанные флюсы характеризуются пониженным содержанием МпО и Si0 2 и наличием небольших количеств окислов железа. При этом флюсы содержат достаточное количество фтористого кальция и окиси кальция. Подобный состав флюса и соответственно шлаков обеспечивает хорошие металлургические условия фор­мирования сварочной ванны, приводит к снижению исходной концентрации серы и фосфора, а также водорода в металле шва.

Сварка в атмосфере защитных газов. Технология сварки низко­легированных сталей в атмосфере защитных газов мало чем отли­чается от технологии сварки углеродистых сталей.

Низколегированные стали плавящимся электродом в боль­шинстве случаев сваривают в углекислом газе. При сварке сталей 09Г2, 10Г2СД, 14ХГС, 15ХСНД и подобных им в основном при­меняют электродную проволоку Св-08Г2С. Для повышения кор­розионной стойкости сварных соединений в морской воде используют сварочную проволоку Св-08ХГ2С.

В некоторых случаях для повышения производительности сварки, улучшения внешнего вида швов, повышения пластиче­ских свойств металла шва применяют порошковые проволоки марок ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН4, ПП-АН9. Проволоки ПП-АН4 и ПП-АН9 обеспечивают более высокие механические свойства металла шва при отрицательных температурах. Высо­копрочные низколегированные стали сваривают электродными проволоками сложного легирования, которые выбирают в зави­симости от свойств свариваемых сталей.

Электрошлаковая сварка. Технология электрошлаковой сварки низколегированных сталей аналогична технологии сварки угле­родистых сталей. Сварку в основном осуществляют с применением флюса АН-8, однако возможно использование флюса АН-22. Электродную проволоку выбирают в зависимости от свойств сва­риваемой стали. Так, например, при сварке сталей 09Г2С, 16ГС, 14ГС, 15ХСНД используют проволоки Св-08ГС, Св-10Г2. Про­волока Св-08ГА не обеспечивает достаточной прочности металла шва.

В зависимости от предрасположенности основного металла к росту зерна и требований, предъявляемых к сварному соеди­нению, после сварки назначают термообработку. Для сталей, склонных к росту зерна, обычно назначают нормализацию; для сталей, не склонных к росту зерна, как правило, ограничиваются отпуском при температуре 650° С.

Характеристика теплоустойчивых сталей и особенности их сварки. Низколегированные теплоустойчивые стали относятся, в основном к перлитному классу (например, сталь 12Х1МФ.) Они характеризуются достаточной жаропрочностью, жаростойко­стью, запасом пластичности и стабильностью структуры при тем­пературах до 600°С, что позволяет использовать их в зависимости от состава для работы в области температур 450-585° С.

Повышенная прочность стали в области высоких температур достигается за счет упрочнения легирующими элементами -твердого раствора железа и формирования устойчивых карбидов, не склонных к коагуляции. Основные легирующие элементы теп­лоустойчивых сталей - карбидообразующие: хром, молибден, ванадий, вольфрам, ниобий. Содержание углерода в хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталях обычно 0,08- 0,12%.

Теплоустойчивые стали упрочняются термообработкой. Од­нако, как правило, стали используют или в отожженном состоя­нии, или после нормализации и высокого отпуска (при темпера­туре 650-750° С в зависимости от марки стали). Использование сталей в подобных состояниях обусловлено особенностями их работы: длительные сроки службы (сотни тысяч часов) при повы­шенных температурах (450-585° С).

Металлургические особенности сварки. Теплоустойчивые стали относятся к спокойным.

Сварные соединения теплоустойчивых сталей, как правило, подвергаются длительной эксплуатации при повышенных темпе­ратурах. При подобных условиях получают значительное раз­витие диффузионные процессы. При различии в составе металла шва и основного, особенно по карбидообразующим элементам, возможно перераспределение углерода, обладающего повышенной диффузионной подвижностью по сравнению с другими компо­нентами стали. Это может привести к неблагоприятному изме­нению свойств металла в зоне сварного соединения. Для предотвра­щения развития указанных процессов состав металла шва должен быть близким к основному. В первую очередь это относится к содержанию карбидообразующих элементов.

С целью предотвращения образования кристаллизационных трещин содержание углерода в металле шва ограничивают в пре­делах 0,07-0,12%, а необходимые свойства металла шва обеспе­чивают за счет дополнительного введения легирующих элемен­тов, исключающих заметное развитие диффузионных процессов в области границы сплавления. В этом случае рационально ис­пользовать комплексное легирование металла шва хромом, мо­либденом, ванадием, вольфрамом, чтобы градиент концентраций по каждому элементу в зоне сплавления был небольшим.

Изменение структуры и свойств металла в зоне термического влияния. В зоне термического влияния теплоустойчивых сталей можно выделить два характерных участка, определяющих рабо­тоспособность сварного соединения: участок повышенной твер­дости, который включает высокотемпературную область и зону аустенитизации, и участок пониженной твердости, включающий зону неполной перекристаллизации и разупрочнения в случае использования стали в состоянии после нормализации и высокого отпуска.

Аустенит теплоустойчивых сталей склонен к переохлаждению и образованию структур закалки. Это необходимо учитывать при выборе режима сварки, особенно при многослойной сварке эле­ментов большой толщины. Для предотвращения образования холодных трещин сварку теплоустойчивых сталей, особенно при толщине соединяемых элементов свыше 10 мм, выполняют с подо­гревом.

Температуру подогрева (местного или общего) назначают в зависимости от марки свариваемой стали. С увеличением содер­жания углерода и степени легирования температура подогрева повышается.

На работоспособность сварных соединений теплоустойчивых сталей большое влияние оказывает второй участок, особенно вона неполной перекристаллизации. Это обусловлено тем, что в указанной зоне сварного соединения наряду с продуктами рас­пада вновь образовавшегося при сварке высокоуглеродистого аустенита в структуре металла имеется феррит с пониженной (по сравнению с аустенитом) концентрацией углерода. Поэтому участок неполной перекристаллизации характеризуется гетеро­генностью структуры и механических свойств, что особенно сказывается на длительной прочности при высоких темпера­турах.

Разрушение соединений происходит по зоне неполной перекри­сталлизации из-за локализации пластической деформации и разрушения ферритных зерен.

Улучшение свойств металла зоны термического влияния до­стигают, как правило, за счет высокотемпературного отпуска. Более оптимальные свойства достигаются при проведении полной термообработки (нормализация и высокотемпературный отпуск) сварного изделия. Однако подобную термообработку к громозд­ким сварным изделиям применить, как правило, не представ­ляется возможным.

Особенности сварки. Сварка покрытыми электродами - основ­ной способ выполнения сварных соединений теплоустойчивых сталей. Это обусловлено тем, что детали и узлы энергостроения отличаются сложностью и разнообразием конструктивных реше­ний и единичным характером производства. Сварку преимуще­ственно осуществляют электродами с основным покрытием. В зависимости от состава свариваемой стали применяют электроды; для сварки стали 12МХ - типа Э-МХ (марки ГЛ-14 со стержнем из про­волоки Св-08ХМ); для сварки сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФ-Л - типа Э-ХМФ (марки ЦМ-20-63 со стержнем из проволоки Св-08ХМФА) и др.

Сварку под флюсом выполняют в сочетании с легированной электродной проволокой, например сочетания флюс АН-22 с проволокой Св-08ХМФА или флюс АН-17М с проволокой Св-08ХГСМФА.

Сварку в атмосфере защитных газов успешно применяют для теплоустойчивых сталей. Особенно широко используют способ дуговой сварки в атмосфере углекислого газа. Марку проволоки выбирают в зависимости от состава свариваемой стали. Для стали 20ХМ используют проволоку Св-10ХГ2СМА, для сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 20ХМФ-Л - проволоку Св-08ХГСМФА.

Электрошлаковая сварка

Электрошлаковую сварку широко применяют при изготовлении конструкций из толстолистовых низкоуглеродистых сталей. При атом равнопрочность сварного соединения достигается за счет легирования металла шва через электродную проволоку и перехода элементов из расплавляемого металла кромок основного металла. Последующая термообработка, помимо снижения остаточных напряжений, благоприятно влияет и па структуру и свойства сварных соединений.

При электрошлаковой сварке рассматриваемых сталей используют флюсы АН-8, АН-8М, ФЦ-1, ФЦ-7 и АН-22. Выбор электродной проволоки зависит от состава стали. При сварке спокойных низкоуглеродистых сталей с содержанием до 0,15% С хороших результатов достигают при использовании проволок марок Св-08А и Св-08ГА. Для предупреждения образования газовых полостей и пузырей при сварке кипящих сталей, содержащих мало кремния, рекомендуется электродная проволока Св-08ГС с 0,6-0,85% Si.

При спорке сталей марок ВСтЗ удовлетворительные результаты получают при использовании электродных проволок марок Св-08ГА, Св-10Г2 и Св-08ГС.

Низколегированные стали. Низколегированные конструкционные стали делятся на низкоуглеродистые, теплоустойчивые и среднеуглеродистые. В сталях этой группы содержание углерода не превышает 0,25%, а легирующих элементов 2-5%. В зависимости от легирования низкоуглеродистые стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС и др.), хромокремнемарганцовистые (14ХГС и др.), хромокремненикелемедистые (10ХСНД, 15ХСНД и др.).

Низколегированные теплоустойчивые стали обладает повышенной прочностью в условиях высоких температур эксплуатации. Они наиболее широко применяются при изготовлении металлических конструкций энергетических установок.

Низколегированные среднеуглеродистые стали (более 0,25% углерода) (17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и др.) используют обычно в термообработанном состоянии.

Особенности сварки низколегированных сталей. Эти стали свариваются труднее, чем низкоуглеродистые. При сварке могут образовываться закалочные структуры, возможен перегрев (рост зерен) в зоне термического влияния. Для предупреждения образования закалочных структур применяют подогрев изделия, многослойную сварку с малым интервалом времени между наложениями слоев металла в шов и др.

Покрытые сварочные электроды подбирают так, чтобы содержание углерода, серы, фосфора в них было низкое.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке покрытыми электродами не закаливаются и мало склонны к перегреву. Сварка этих сталей аналогична сварке низкоуглеродистых сталей. Для обеспечения равнопрочности при сварке используют электроды типов Э46А и Э50А. Изделие перед сваркой не подогревают. Твердость и прочность околошовной зоны и основного металла практически не различаются.

При выполнении соединений из низколегированных низкоуглеродистых сталей 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ режим сварки необходимо подбирать так, чтобы не было закалочных структур и сильного перегрева металла. Для предупреждения перегрева сваривать стали 15ХСНД и 14ХГС следует при малой силе сварочного тока электродами меньшего диаметра (по сравнению со сваркой низкоуглеродистых сталей). Равнопрочность сварного соединения при сварке сталей 15ХСНД и 14ХГС достигается применением электродов типа Э50А или Э55. Сварку ведут электродами диаметром 4-5 мм в несколько слоев, а при толщине стали более 15 мм швы выполняют «каскадом» или «блоками», при этом не слишком разогревают металл, чтобы не перегреть зону термического влияния.

Для сварки низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, как правило, применяют электроды с основным покрытием. В зависимости от свойств свариваемой стали используют электроды: типа Э42А (марки УОНИ-13/45, СМ-11 и др.); типа Э46А (марки Э-138/45Н для сталей 09Г2, 10ХСНД, 15ХСНД и др.); типа Э50А (марки УОНИ-13/55, ДСК-50 и другие для сталей 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД и др.); типа Э55 (марки УОНИ-13/55У для сталей 18Г2С, 25ГС, 15ГС и др.).

Для некоторых сталей типа 09Г2 используют также электроды с покрытием рутилового типа Э42 (например, электроды марки АНО-1).

Дефектные участки следует подваривать швами нормального сечения длиной не более 100 мм или предварительно подогревать до 150-200 °С.

При сварке термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения металла в околошовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам. Режим сварки следует выбирать такой, чтобы швы выполнялись с малой погонной энергией.

Свариваемые металлы (стали, сплавы) могут иметь одинаковые и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные по химическому составу и свойствам металлы, во втором - разнородные.

Среднелегированные стали. Среднелегированные стали (содержание легирующих элементов 5-10%) применяют для изготовления конструкций, работающих при низких или высоких температурах, при ударных и знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и других тяжелых условиях. Их разделяют на теплоустойчивые, высокопрочные и др.

Для обеспечения требуемого качества сварных соединений необходимо выполнение ряда технологических приемов.

В деталях из высокопрочной легированной стали должны быть предусмотрены плавные переходы при соединении элементов и изменении сечений, плавные закругления угловых соединений и другие конструктивные формы, устраняющие концентрацию напряжений.

Сварные швы выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом, если прочность сварного соединения должна быть не ниже прочности основного металла. Листовые конструкции толщиной до 3 мм и менее сваривают без подогрева, при большей толщине используется подогрев. Например, для сталей ЗОХГСА, 25ХГСА температура подогрева составляет 200-300 °С. Для того чтобы избежать перегрева, применяют сварку на малой погонной энергии (пониженное тепловложение). После сварки соединение подвергают термообработке - высокому отпуску.

Сварные швы выполняют без предварительного и сопутствующего подогрева, если к сварному соединению не предъявляются требования прочности, близкой прочности основного металла. При этом сварку швов ведут электродами, обеспечивающими получение аустенитного металла шва. В этом случае последующую термообработку не производят.

При сварке среднелегированных сталей могут образовываться закалочные структуры, холодные трещины, возможен перегрев металла околошовной зоны. Чем выше содержание углерода и легирующих примесей, толще металл, тем хуже свариваемость этих сталей.

Среднелегированные стали сваривают покрытыми электродами с основным покрытием постоянным током обратной полярности.

В зависимости от требовании, предъявляемых к металлу шва, используют электроды, обеспечивающие получение среднелегированного металла шва. К ним относятся электроды марок УОНИ-13/85 (типа Э85), ВИ-10-6 (типа Э100), НИАТ-ЗМ (типа Э125), НИАТ-3 (типа Э150) и электроды, обеспечивающие получение аустенитного металла шва, например марки НИАТ-5 (типа Э-11Х15Н25М6АГ2).

Швы выполняются многослойными, каскадным или блочным способом, с малыми интервалами времени между наложением слоев. Подогрев металла выше 150 °С снижает вероятность образования закалочных структур и трещин. Электроды перед сваркой прокаливают. Кромки металла следует тщательно защищать от влаги, ржавчины, органических и других загрязнений.

Стали 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА, ЗОХГСНА сваривают электродами марок ЦЛ-18-63, ЦЛ-30-63, НИАТ-ЗМ, ЦЛ-14, УОНИ-13/85 предельно короткой дугой. После сварки соединения подвергают термической обработке -закалке с температуры 880°С и низкому отпуску с целью обеспечения высокой прочности.

Сварка теплоустойчивых сталей. Теплоустойчивые стали предназначены для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур (400-600°С) и при давлении газа или пара до 30 МПа. Эти стали имеют склонность к образованию трещин в зоне термического влияния. Поэтому требуется предварительный подогрев до 200-400 °С и последующая термообработка (отпуск) по режиму: нагрев изделия до 710 °С, выдержка при этой температуре не менее 5 мин на 1 мм толщины металла с последующим медленным охлаждением. Иногда эти стали отжигают при температуре 670-800 °С.

Изделия из сталей 12МХ и 20МХЛ, работающие при температуре до 850°С, сваривают электродами марки ЦЛ-14. Сварку выполняют с предварительным подогревом изделия до 200°С для стали 12МХ и до 300°С - для стали 20МХЛ. После сварки применяют высокий отпуск при температуре 710 °С.

Изделия из сталей 34ХМ и 20Х3МВФ, работающие при температуре до 470°С, сваривают электродами марки ЦЛ-30-63. Сварку выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом изделия до 350°С -400°С. Сварные соединения подвергаются отпуску при температуре 600 °С.

Изделия из сталей 20ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, работающие при температуре до 570°С, сваривают электродами марки ЦЛ-20-63 короткой дугой с предварительным и сопутствующим подогревом до 350 °С. После сварки рекомендуется высокий отпуск при 700-740 °С в течение 3 ч.

Сварку теплоустойчивых сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных сталей. При этом необходимо полностью проварить корень шва, для чего первый слой выполняют электродами диаметром 2-3 мм. Большинство электродов предназначено для сварки постоянным током обратной полярности. Техника сварки теплоустойчивых сталей аналогична технике сварки низкоуглеродистых сталей. Многослойную сварку выполняют каскадным способом (без охлаждения каждого слоя выполненного шва).

Сварка высокопрочных сталей. При изготовлении ответственных сварных конструкций широко применяют высокопрочные стали 14Х2ГМРБ, 14Х2ГМРЛ, 14Х2ГМ и 12ГН2МФАЮ.

Основная трудность при сварке этих сталей - необходимость предотвращения образования в металле шва и зоны термического влияния холодных трещин, а также структур, резко снижающих сопротивляемость сварных соединений хрупкому разрушению. Решение задачи усложняется тем, что требуемые эксплуатационные и технологические свойства сварные соединения должны приобретать после сварки без дополнительной термообработки.

Для повышения стойкости сварных соединении из высокопрочных сталей к образованию холодных трещин необходимо перед сваркой обязательно прокаливать электроды с целью удаления влаги. Следует также соблюдать определенные условия подготовки к сварке и выполнения соединений.

Ручную сварку высокопрочных сталей выполняют электродами марки ЭА-981/15. Эти электроды технологичны при сварке во всех пространственных положениях. Сварку ведут постоянным током обратной полярности. Сила сварочного тока зависит от диаметра электрода и положения шва. Например, сварку в нижнем положении электродом диаметром 4 мм производят при силе сварочного тока 150-200 А. Перед сваркой электроды прокаливают при температуре 420-450 °С.

Перед сваркой поверхности деталей и места наложения швов зачищают до полного удаления ржавчины, окалины, краски, масла, влаги и других загрязнений. Зачистку производят на участке, равном ширине шва плюс 20 мм в каждую сторону.

При выполнении соединений необходимо предотвращать попадание влаги в зону сварки и не допускать быстрого охлаждения сварных соединений.

Сборку деталей под сварку часто производят прихватками. Прихватки длиной 50-100 мм выполняют электродами марок УОНИ-13/45А или ЭА-981/15. Расстояние между прихватками не должно превышать 400-500 мм. Не следует устанавливать их в местах пересечения швов. Перед сваркой прихватки нужно тщательно очистить и проверить. Сварку необходимо начинать и заканчивать на технологических (выводных) планках, приваренных к изделию. Кроме того, следует создавать плавные переходы от шва к основному металлу.

Для предотвращения образования холодных трещин при сварке соединений большой толщины и жесткости следует применять предварительный подогрев. Как правило, его назначают при сварке металла толщиной свыше 20 мм. Температура подогрева 60-150°С.

Стойкость сварных соединений к образованию холодных трещин можно повысить, применяя технологию сварки с мягкими прослойками. Этот технологический прием заключается в том, что первые слои многослойного шва выполняют менее прочным и пластичным металлом по сравнению с последующими. Иногда пластичные швы в один-два слоя накладывают в процессе заполнения разделки кромок. Для выполнения мягких слоев могут быть использованы электроды марки УОНИ-13/45.

При двусторонней сварке стыковых соединений первый шов рекомендуется накладывать со стороны, противоположной прихваткам. После наложения каждого валика металл шва и околошовную зону тщательно зачищают от шлака и брызг металла. При обрыве дуги необходимо тщательно зачистить кратер от шлака и только после этого снова возбуждать дугу.

После завершения сварочных работ в монтажных условиях сварные соединения необходимо укрыть асбестовой тканью или мотками с песком для медленного охлаждения.

Высоколегированные стали и сплавы. К высоколегированным относят стали, содержание в которых одного или нескольких легирующих элементов составляет 10-15%.

В соответствии с ГОСТ 5632-72 насчитывается 94 марки высоколегированных сталей и 22 марки высоколегированных сплавов.

Высоколегированные стали и сплавы классифицируют по системе легирования, структуре, свойствам и другим признакам.

По системе легирования высоколегированные стали делят на хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромоникелемарганцевые и хромомарганцеазотистые.

По структуре высоколегированные стали подразделяют на стали мартенситного (15X5, 15Х5М и др.), мартенситно-ферритиого (15Х6СЮ, 12X13 и др.), аустенитно-мартенситного (07Х16Н6,08Х17Н5МЗ и др.), аустенитно-ферритиого (08Х20Н14С2 и др.) и аустенитного классов (03Х17Ш4М2, 12Х18Н9 и др.).

По свойствам высоколегированные стали и сплавы бывают коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаростойкие и жаропрочные.

Особенности сварки высоколегированных сталей и сплавов. Большинство высоколегированных сталей и сплавов по сравнению с низкоуглеродистыми сталями обладает более низким (в 1,5-2 раза) коэффициентом теплопроводности и более высоким (примерно в 1,5 раза) коэффициентом линейного расширения. Низкий коэффициент теплопроводности приводит к концентрации теплоты при сварке и вследствие этого к увеличению проплавления металла, а высокий коэффициент линейного расширения к большим деформациям свариваемых изделий.

Эти стали склонны к образованию горячих и холодных трещин при сварке, что усложняет процесс обеспечения качества сварных соединений с требуемыми свойствами. В связи с этим при сварке изделий из этих материалов предусматривают выполнение определенных требований. Обычно сварку ведут на повышенной скорости и на малой силе сварочного тока для получения минимальной зоны разогрева.

Высоколегированные стали и сплавы более склонны к образованию трещин, чем низкоуглеродистые. Пути предотвращения трещин при сварке: создание в металле шва двухфазной структуры (аустенит и феррит); ограничение в шве содержания вредных примесей (серы, фосфора, свинца, сурьмы, висмута); применение электродных покрытий основного и смешанного видов; уменьшение жесткости свариваемых узлов.

Для получения сварных соединений без трещин рекомендуется свариваемые детали собирать с определенным зазором. Швы лучше выполнять электродами диаметром 1,6-2,0 мм при минимальной погонной энергии.

Подогрев (общий или местный) до температуры 100-300°С рекомендуется в зависимости от характера структуры основного металла, содержания углерода, толщины свариваемых элементов и жесткости изделия. Для мартенситных сталей и сплавов подогрев изделия обязателен, для аустенитных сталей он применяется редко.

При дуговой сварке высоколегированных сталей поверхности следует предохранять от брызг металла и шлака, так как они могут быть причиной коррозии или концентрации напряжений, ослабляющих конструкцию. Чтобы не было приваривания брызг, на поверхность металла, прилегающего к шву, наносят защитное покрытие.

Требования к качеству сборки и очистки металла перед сваркой достаточно жесткие.

После сварки мартенситные, мартенситно-ферритные, а иногда и ферритные стали подвергают высокому отпуску при температуре 680-720 оС, а жаропрочные (12X13, 20X13 и др.)- при 730-750 °С. Отпуск улучшает структуру, механические свойства и коррозионную стойкость.

Для сварки мартенситных, мартенситно-ферритных и ферритных сталей применяют электроды, стержни и покрытия которых обеспечивают получение наплавленного металла, близкого по химическому составу к основному металлу. Например, мартенситную сталь 15X11ВМФ сваривают электродами типа Э12Х11НВМФ марки КТИ-10; мартенситно-ферритную сталь 12X13 - электродами типа Э12Х13 марки УОНИ-13/1Х13 и т.д.

Если конструкции из стали этого класса работают на статическую нагрузку и к швам не предъявляются требования высокой прочности, сварку можно выполнять аустенитными или аустенитно-ферритными электродами. Так, ферритную сталь 15X25T сваривают электродами типа Э02Х20Н14Г2М2 марки ОЗЛ-20, при этом отпуск после сварки можно не проводить.

Для предотвращения роста зерна и повышения хрупкости зоны термического влияния при сварке таких сталей используют режим с малой погонной энергией.

К высоколегированным хромоникелевым сталям относятся стали аустенитного, аустенитно-мартенситного и аустенитно-ферритного классов. Эти стали и сплавы содержат мало вредных примесей, поэтому основные требования при сварке - хорошая защита расплавленного металла от воздуха и применение электродов со стержнем, имеющим аустенитную структуру и покрытие основного типа.

Сварка аустенитных сталей не вызывает особых затруднений. Надо иметь в виду, что в сварных соединениях аустенитно-ферритных и аустенитно-мартенситных сталей возможно выделение водорода по границам зерен. Для предупреждения этого сварное соединение подвергают отпуску в течение 1-2 ч при температуре 150 °С.

ГОСТ 10051-75 предусматривает 49 типов покрытых электродов для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей. Каждый тип электрода включает одну или несколько марок электродов.

Тема 2.3. Технология сварки средне легированных закаливающихся сталей. Характеристика сталей. Основные факторы, затрудняющие сварку закаливающихся сталей перлитного, мартенситного классов. Технологические особенности сварки. Сварочные материалы. Техника сварки. Назначение режимов сварки.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Характеристика сталей. Среднелегированные стали в зависи­мости от состава, характеризуются высоким пределом прочности и текучести в сочетании с достаточными пластическими свойствами (З0ХГСНА), относительно высокой жаропрочностью (20ХЗМВФ), окалиностойкостью (12Х5МА) и др.

Свойства среднелегированных сталей могут регулироваться в известных пре­делах за счет взаимного изменения содержания углерода и легирующих элементов, а также в зави­симости от режима термообработки.

Изменение механических свойств стали в широких пределах в зависи­мости от вида термообработки вызы­вает значительные трудности при сварке. Среднелегированные стали чув­ствительны к образованию холодных трещин; они склонны также к разви­тию кристаллизационных трещин в ме­талле шва. Это особенно проявляется при необходимости обеспечения равной прочности металла шва с основным.

Среднелегированные стали поставляют по ГОСТ 4543-71 и специальным ТУ; они могут относиться или к перлитному (25ХГСА, З0ХГСА, 35ХГСА), или к мартенситному (30Х2ГН2СВМА) классам.

Особенности технологии сварки низколегированных сталей.
Низколегированные низкоуглеродистые конструкционные стали, как правило, используют для изготовления ответственных сварных конструкций. Cостав и свойства некоторых низколегированных сталей приведены в таблицах 12, 13 и 14.
По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая сталь мало отличается от обычной низкоуглеродистой. Различия состоят в основном в несколько большей склонности к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. До недавнего времени считали, что металл шва низкоуглеродистых низколегированных сталей, например 17Г1С, 14ХГС и др., имеет только феррито-перлитную структуру. Поэтому предполагали, что структурные изменения в шве при разных режимах сварки сводятся в основном к изменению соотношения между ферритной и перлитной составляющими, а также изменению степени дисперсности структуры.
Более углубленные исследования показали, что при повышенных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит - бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки. При уменьшении погонной энергии

Таблица. 12

Таблица. 13

Таблица. 14

По реакции на термический цикл низколегированная низкоуглеродистая сталь мало отличается от обычной низкоуглеродистой. Различия состоят в основном в несколько большей склонности к образованию закалочных структур в металле шва и околошовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. До недавнего времени считали, что металл шва низкоуглеродистых низколегированных сталей, например 17Г1С, 14ХГС и др., имеет только феррито-перлитную структуру. Поэтому предполагали, что структурные изменения в шве при разных режимах сварки сводятся в основном к изменению соотношения между ферритной и перлитной составляющими, а также изменению степени дисперсности структуры. Более углубленные исследования показали, что при повышен¬ных скоростях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит - бесструктурный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки. При уменьшении погонной энергии количество мартен сита, бейнита и остаточного аустенита в металле шва повышается и дисперсность их увеличивается. Так, количество закалочных структур в швах на низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали толщиной 12 мм при сварке с погонной энергией qlv = 4 ккал/см и скорости охлаждения в интервале температур 400-600° С, примерно равной 4,5° С/с, составляет 10-11%.
В швах, выполненных с большой погонной анергией, количество этих структур резко уменьшается. Структура швов на этой же стали при погонной энергии 13 ккал/см и скорости охлаждения примерно 0,5-0,6° С/с состоит только из феррита и перлита. Мартенсит и бейнит образуются также и в околошовной зоне сварных соединений, например стали 14ХГС, Их количество при сварке такой стали максимально (около 3%) в участке перeгрева и снижается по мере удаления otr линии сплавления.
При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механические свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при уве¬личении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластичность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухудшаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в сварных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ограничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали. В ряде случаев, например при микролегировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими элементами, склонность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна.
Для определения реакции низколегированной стали на термический цикл сварки проводят комплекс испытаний. С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне термоулутенные низколегированные стали следует сваривать при минимально возможной погонной энергии.
Обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом достигается в основном за счет легирования его элементами, переходящими из основного металла. Иногда для повышения прочности и стойкости против хрупкого разрушения металл шва дополнительно легируют через сварочную проволоку.
Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими элементами, например кремнием. Повышение стойкости против образования трещин достигается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с пониженным содержанием указанных элементов, а также выбором соответствующей технологии сварки (последовательность выполнения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рациональной конструкции изделия.

Технология сварки покрытыми электродами.
Технология сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей покрытыми электродами мало отличается от технологии сварки низкоуглеродистых сталей. Характер подготовки кромок, режимы сварки, порядок наложения швов практически одинаковы. Прихватки при сборке необходимо выполнять теми же электродами, что и при сварке основного шва, и накладывать только в местах, где располагается шов.
Низколегированные стали сваривают в основном электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э42А и Э50А, обеспечивающими более высокую стойкость против образования кристаллизационных трещин и повышенные пластические свойства по сравнению с электродами других типов. Для сварки сталей с пониженным содержанием углерода (например 09Г2) в ряде случаев используют электроды с рутиловым покрытием, например АН0-1 (тип Э42Т). Наиболее широко применяют электроды УОНИ-13/45, СМ-11, АНО-8 (тип Э42А) и УОНИ-13/55, ДСК-50, АНО-7 (тип Э50А), обеспечивающие прочность и пластичность металла шва на уровне свойств основного металла.
Высокая прочность металла шва при сварке электродами типа Э42А достигается за счет перехода легирующих элементов в шов из основного металла и повышенной скорости охлаждения шва. Для сварки кольцевых швов трубопроводов, работающих при температурах до -70° С, например из стали 10Г2, находят применение электроды ВСН-3 (тип Э50АФ) с фтористо-кальциевым покрытием.
Швы, сваренные покрытыми электродами, в ряде случаев имеют пониженную стойкость против коррозии в морской воде, что значительно снижает эксплуатационные свойства сварных сосудов, морских эстакад и других сооружений., Это обусловлено малым содержанием в поверхностных слоях металла шва легирующих элементов (хрома, никеля, меди) вследствие низкой доли участия основного металла в металле этих слоев. Для повышения коррозионной стойкости металл шва следует легировать хромом.

Технология сварки под флюсом.
В большинстве случаев применяют те же сварочные материалы, что и при сварке низкоуглеродистых сталей: плавленые флюсы АН-348-А, ОСЦ-45 (одноду-говая сварка), АН-60 (многодуговая сварка с повышенной скоростью), а также сварочные проволоки Св-08ГА и Св-10Г2. Для сварки микролегированных сталей, например 15Г2АФ, в ряде случаев применяют низкокремнистый флюс АН-22 в сочетании с проволоками Св-08ХМ и Св-ЮНМА. Однако при этом швы ме¬нее стойки против кристаллизационных трещин, вследствие чего сварку рекомендуется выполнять с предварительным подогревом. Технология сварки низколегированной стали под флюсом мало отличается от технологии сварки низкоуглеродистой стали.
Для обеспечения пластических свойств металла углового шва и околошовной зоны на уровне свойств основного металла сечение шва следует выбирать в зависимости от толщины свариваемого металла. Иногда сварку выполняют двумя дугами в раздельные ванны. Многослойные швы на толстом металле также рекомендуется выполнять двумя дугами, а при сварке одной дугой перед наложением первого слоя производить подогрев основного металла до температуры 150-200° С. Опытным путем установлена зависимость между толщиной основного металла и сечением шва или слоя
Металл швов, сваренных под флюсом, благодаря значительной доле участия основного металла и достаточному содержанию легирующих элементов обладает более высокой стойкостью против коррозии в морской воде, чем металл швов, сваренных покрытыми электродами обычного состава.

Технология сварки в защитных газах.
Это в основном полуавтоматическая сварка в углекислом газе. Технология сварки низколегированных сталей в углекислом газе практически ничем не отличается от технологии сварки низкоуглеродистой стали. На практике применяют те же сварочные материалы, что и для сварки низкоуглеродистой стали. Так, стали 15ХСНД, 14ХГС и 10ХСНД сваривают сварочной проволокой Св-08Г2С. При однослойной сварке и сварке не более чем в два-три слоя можно при¬менять проволоку Св-12ГС.
Полуавтоматическую сварку в углекислом газе выполняют также порошковыми проволоками ПП-АН4 и ПП-АН8. Проволоку ПП-АН8 можно использовать и при автоматической сварке, Швы, сзаренные проволокой ПП-АН8, например на стали 09Г2, равнопрочны основному металлу и имеют повышенные пластические характеристики.
Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений в морской воде применяют сварочную проволоку Св-08ХГ2С, обеспечивающую дополнительное легирование металла шва хромом.

Технология электрошлаковой сварки .
Наиболее применима электрошлаковая сварка при изготовлении крупногабаритных изделий из низколегированных сталей 09Г2С, 16ГС, 15ХСНД и 14Г2 толщиной 30-100 мм, а в ряде случаев толщиной до 160 мм. Сварку ведут с применением флюса АН-8 проволоками Св-08ГС, Св-10Г2, реже Св-12ГС. Металл шва, выполненный проволоками Св-08А и Св-08ГА, менее прочен, чем основной металл.
Применение усовершенствованных режимов позволяет часто отказаться от высокотемпературной термообработки (нормализации) сварных конструкций, выполненных электрошлаковой сваркой. Так, например, сталь 16ГС толщиной 50 мм сваривается при ускоренной подаче сварочной проволоки с увеличенной скоростью поперечных перемещений электрода и большим временем выдержки у ползунов. Примерный режим сварки следующий:
Сила постоянного тока, А.... 900
Напряжение, В.... 42
Число электродов.... 1
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч.... 576
Скорость перемещения электрода, м/ч.... 75
Продолжительность выдержки у ползунов, с.... 6
Глубина шлаковой ванны, мм.... 50
Сухой вылет электрода, мм.... 70
Принятый режим перемещения электрода способствует выравниванию глубины сварочной ванны по толщине металла. В связи с этим скорость подачи сварочной проволоки может быть значительно повышена без опасности образования в швах кристаллизационных трещин. В свою очередь, увеличение подачи проволоки и, следовательно, скорости сварки уменьшает перегрев околошовной зоны. Свойства сварных соединений стали 16ГС, выполненных проволокой Св-10Г2 под флюсом АН-8 на указанном режиме и после отпуска при температуре 650° С, практически такие же, как и при дуговой сварке металла равной толщины. В табл. 10-5 приведены типичные режимы сварки низколегированной стали с пониженным содержанием углерода (напри¬мер 09Г2ДТ). Сварку такой стали на приведенных режимах также можно выполнять без нормализации сварных соединений.

Технология сварки низколегированных теплоустойчивых сталей.
Детали эксплуатируемых в энергостроении машин обычно характеризуются сложностью формы, разнообразием конструктивных решений и индивидуальным характером производства. Поэтому наиболее широкое применение находит ручная сварка покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в защитных газах и реже автоматическая сварка под флюсом.
Работа конструкций при высоких температурах способствует протеканию диффузионных процессов. Для того чтобы снизить интенсивность этих процессов в сварном соединении, стремятся максимально приблизить состав металла шва к составу основного металла. Для сварки хромомолибденовых сталей (12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ) применяют электроды типа ЭМХ по ГОСТ 9467-60. Наибольшее распространение получили электроды с рудно-кислым покрытием ЦП-14 и электроды ГЛ-14 с фтористо-кальциевым покрытием. Электроды последней марки изготовляют из проволоки Св-08ХМ.
Хромомолибденовые стали с малым содержанием углерода (сталь 12ХМ) рекомендуется сваривать с предварительным подогревом до 200° С. При более высоком содержании в стали углерода температуру предварительного подогрева повышают до 250 - 300° С.
Хромомолибденованадиевые стали (20ХМФЛ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф) сваривают электродами ЦЛ-20-63 (тип ЭХМФ) со стержнем из проволоки Св-08ХМФА. В этом случае необходим предварительный и сопутствующий подогрев до 300-350° С. После сварки сварные соединения подвергают высокому отпуску при температуре 700 - 740° С в течение 2-3 ч.
При сварке в углекислом газе стали 15ХМ и 20ХМ применяют сварочную проволоку Св-10ХГ2СМА. При использовании этой проволоки прочностные и пластические свойства сварных соединений в интервале температур 20- 525° С практически не отличаются от свойств основного металла. Автоматическую и полуавтоматическую сварку этих сталей в углекислом газе проводят с предварительным подогревом до температуры 250-300° С. Режимы сварки практически не отличаются от режимов сварки низкоуглеродистой стали. После сварки проводят высокий отпуск конструкции.
Теплоустойчивую сталь 20ХМФЛ сваривают в углекислом газе проволокой Св-08ХГСМФА с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 300-350° С, что обеспечивает повышение стойкости шва против трещин и снижение твердости металла шва и околошовной зоны. После окончания сварки конструкцию подвергают термообработке. Сварное соединение стали 20ХМФЛ, выполненное в углекислом газе проволокой Св-08ХГСМФА, по всем показателям равноценно основному металлу.
Автоматическую и полуавтоматическую сварку в углекислом газе сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф осуществляют проволокой Св-08ХГСМФА с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 250-300° С. После сварки производят высокий отпуск при температуре 700 - 740° С.
При сварке под флюсом теплоустойчивых сталей, например 12Х1МФ и 15Х1М1Ф, рекомсхтдуется применять проволоку Св-08ХМФА и флюс AH-22. Сварку осуществляют с предваритель¬ным подогревом. Можно использовать также флюс АН-17М в сочетании с кремнемарганцовистой проволокой Св-08ХГСМФА. При указанном сочетании сварочных материалов обеспечивается получение металла шва, кратковременные и длительные механические свойства которого (в состоянии после высокого отпуска) при температуре 20 - 585° С полностью удовлетворяют установленным требованиям.

Сварка низколегированных сталей. Как сваривать низколегированную сталь

Сварка низколегированных сталей нашла широкое применение при изготовлении конструкций в строительстве. Связано это с тем, что низколегированные конструкционные стали обладают повышенной прочностью и, благодаря этому, металлоконструкции получаются облегчёнными, а, следовательно, более экономичными.

Как правило, свариваемость низколегированных конструкционных сталей удовлетворительная. Но, необходимо учесть, что при содержании углерода в составе стали более, чем 0,25%, возникает риск образования и развития закалочных структур и . Кроме того, ставится вероятным появление других , например, образование пор. И получается это вследствие выгорания углерода при сварке.

Распространённые марки низколегированных сталей, применяемых при сварке металлоконструкций

Низколегированные стали, из которых сваривают строительные конструкции, содержат в своём составе углерода не более 0,25% и легирующих элементов - не более 3%.

Для изготовления металлоконструкций промышленных и гражданских сооружений больше всего подходят такие марки сталей, как 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д, 16ГС, 14Г2АФ, 16Г2АФ и др.

Для изготовления сварных газопроводных труб хорошо подходят такие марки стали как 18Г2С, 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц и др. Эти же марки применяют и при изготовлении арматуры для железобетонных плит.

Особенности сварки низколегированных сталей

Сварка конструкционных сталей 15ХСНД, 15ГС, 14Г2, 14Г2АФ, 16Г2АФ

Для сварки низколегированных сталей марок 15ХСНД, 15ГС, 14Г2, 14Г2АФ, 16Г2АФ и т.п. хорошо подходит ручная дуговая сварка электродами Э50А или Э44А. Но наиболее качественные сварные соединения получаются при сварке электродами УОНИ-13/55 и ДСК-50. Но, лучшие результаты получаются при сварке постоянным током при обратной полярности. При этом, сварку необходимо проводить при пониженных токах, 40-50 А на миллиметр диаметра электрода.

Автоматическую дуговую сварку данных марок сталей выполняют сварочной проволокой Св-08ГА или Св-10ГА под флюсами АН-348-А или ОСЦ-45.

Металлоконструкции из сталей 15ХСНД, 15ГС, 14Г2, 14Г2АФ, 16 Г2АФ можно сваривать при температуре окружающей среды не ниже -10°C. Если же температура окружающей среды находится в пределах от -10°C до -25°C, то при сварке необходим предварительный подогрев. Ширина подогрева зоны сварки составляет 100-120 мм по обе стороны шва. Температура предварительного подогрева 100-150°C. При температуре окружающей среды ниже, чем -25°C, сварка вышеуказанных сталей не допустима.

Сварка низколегированных сталей 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д

Таких марок, как 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д и т.п. можно дать хорошую (см. ), и связано это с тем, что они не подвержены закаливанию, не склонны к перегреву и устойчивы к образованию горячих и и . Сварку низколегированных конструкционных сталей данных марок можно выполнять как ручной дуговой сваркой, так и автоматической.

При ручной сварке хорошо подходят электроды марок Э50А и Э55А. При автоматической сварке используют сварочную проволоку марок Св-08ГА, Св-10ГА или Св-10Г2. Для защиты зоны сварки применяют флюсы АН-348-А или ОСЦ-45.

Сварка листов из сталей 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д, толщиной менее 40 мм выполняется без разделки кромок. И, при соблюдении технологии и режимов сварки, механические свойства сварочного шва почти не уступают механическим свойствам основного металла. Равнопрочность сварного шва обусловлена переходом легирующих элементов из электродной проволоки в металл сварного шва.

Сварка хромокремнемарганцовистых низколегированных сталей 25ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА

Сварка низколегированных сталей 25ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА и т.п. затруднена тем, что они склонны к образованию трещин при сварке и к появлению закалочных структур. И чем меньше толщина свариваемых кромок, тем выше риск образования закалочных зон и появления трещин в металле шва и, особенно, околошовной зоне.

Склонность данных сталей к сварным дефектам обусловлена повышенным содержанием углерода в их составе (0,25% и более). Сварку этих сталей можно выполнять сварочной проволокой Св-08 или Св08А, а также электродами данных марок.

При сварке низколегированных хромокремнемарганцовистых сталей, в зависимости от толщины свариваемого металла, рекомендуются следующие режимы сварки:

Толщиной более 10мм, выполняют многослойную сварку с небольшими промежутками по времени между выполнеием последующих слоёв. В случае, когда свариваются детали разной толщины, сварочный ток выбирают по больше толщине и на неё направляется бОльшая зона дуги.

После сварки рекомендуется провести термообработку для устранении закалочных структур. Для этого изделие нагревают до температуры 650-680 ?С, выдерживают эту температуру по времени, в зависимости от толщины металла (1ч на 25мм толщины) и охлаждают на воздухе, либо в воде.

Сварка низколегированных конструкционных сталей в защитных газах выполняется по режимам для автоматической или полуавтоматической сварки под флюсом. В случае, выполнения сварки в среде углекислого газа, применяют сварочную проволоку марки Св-08Г2С, или Св-10Г2 диаметром 1,2-2мм.

В случае применения электрошлаковой сварки, выбирают сварочную проволоку марки Св-10Г2, которая подходит для любой толщины свариваемых деталей. В качестве защиты применяют флюс АН-8. При таком вести сварку можно при любой температуре.

Низколегированные стали получили большое применение в связи с тем, что они, обладая повышенными механическими свойствами, позволяют изготовлять строительные конструкции более легкими и экономичными. Для изготовления различных конструкций промышленных и гражданских сооружений применяются стали марок 15ХСНД, 14Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС и др. Для изготовления арматуры железобетонных конструкций и сварных труб применяют стали 18Г2С, 25Г2С, 25ГС и 20ХГ2Ц. Эти стали относятся к категории удовлетворительно свариваемых сталей; содержат углерода не более 0,25% и легирующих примесей не более 3,0%. Следует учитывать, что при содержании в стали углерода более 0,25% возможно образование закалочных структур и даже трещин в зоне сварного шва. Кроме того, выгорание углерода вызывает образование пор в металле шва.

Сталь 15ХСНД сваривают вручную электродами типа Э50А или Э55А. Наилучшие результаты дают электроды УОНИ-13/55 и электроды Днепровского электродного завода ДСК-50. Сварку электродами ДСК-50 можно выполнять переменным током, но лучшие результаты дает сварка постоянным током обратной полярности. Многослойную сварку следует производить каскадным методом. Чтобы предупредить перегрев стали, следует выполнять сварку при токах 40...50 А на 1 мм диаметра электрода. Рекомендуется применять электроды диаметром 4...5 мм. Автоматическую сварку стали 15ХСНД производят проволокой Св-08ГА или Св-ЮГА под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45 при высоких скоростях, но при малой погонной энергии. В зимних условиях сварку конструкций из стали 15ХСНД, 15ГС и 14Г2 можно производить при температурах не ниже - 10°С. При более низких температурах зону сварки на ширине 100...120 мм по обе стороны от шва предварительно нагревают до 100...150°С. При температуре - 25°С сварка не допускается.

Стали 09Г2С и 10Г2С1 относятся к группе незакаливающихся сталей, не склонных к перегреву и стойких против образования трещин. Ручная сварка электродами Э50А и Э55А выполняется на режимах, предусмотренных для сварки низкоуглеродистой стали. Механические свойства сварного шва не уступают показателям основного металла. Автоматическая и полуавтоматическая сварка выполняется электродной проволокой Св-08ГА, Св-ЮГА или Св-10Г2 под флюсом АН-348-А или ОСЦ-45. Сварку листов толщиной до 40 мм производят без разделки кромок. При этом равнопрочность сварного шва обеспечивается за счет перехода легирующих элементов из электродной проволоки в металл шва.

Стали хромокремнемарганцовистые (20ХГСА, 25ХГСА,30ХГСА и 35ХГСА) при сварке дают закалочные структуры и склонны к образованию трещин. При этом чем меньше толщина кромок, тем больше опасность закалки металла и образования трещин, особенно в околошовной зоне. Стали с содержанием углерода 0,25% свариваются лучше, чем стали с большим содержанием углерода. Для сварки могут применяться электроды НИАТ-ЗМ типа Э70, Э85. Для ответственных сварных швов рекомендуются электроды, изготовленные из проволоки Св-18ХГС или Св-18ХМА с покрытием ЦЛ-18-63, ЦК-18Мо, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85, УОНИ-13/НЖ.

При сварке более толстых металлов применяется многослойная сварка с малыми интервалами времени между наложениями последующих слоев. При сварке кромок разной толщины сварочный ток выбирается по кромке большей толщины и на нее направляется большая часть зоны дуги. Для устранения закалки и повышения твердости металла шва и околошовной зоны рекомендуется после сварки нагреть изделие до температуры 650...680°С, выдержать при этой температуре определенное время в зависимости от толщины металла (1 ч на каждые 25 мм) и охладить на воздухе или в горячей воде.

Сварку низколегированных сталей в защитном газе производят при плотностях тока более 80 А/мм 2 . Сварка в углекислом газе выполняется на постоянном токе обратной полярности. Рекомендуется электродная проволока диаметром 1,6-2,0 мм марки Св-08Г2С - или Св-10Г2, а для сталей, содержащих хром и никель, - Св-08ХГ2С, Св-08ГСМТ.

Электрошлаковая сварка сталей любой толщины успешно производится электродной проволокой марки Св-10Г2 или Св-18ХМА под флюсом АН-8 при любой температуре окружающего воздуха. Прогрессивным способом является сварка в углекислом газе с применением порошковой проволоки.

Газовая сварка отличается значительным разогревом свариваемых кромок, снижением коррозионной стойкости, более интенсивным выгоранием легирующих примесей. Поэтому качество сварных соединений ниже, чем при других способах сварки. При газовой сварке пользуются только нормальным пламенем при удельной мощности 75...100 л/(ч-мм) при левом способе, а при правом способе - 100...130 л/(ч-мм). Присадочным материалом служат проволоки Св-08, Св-08А, Св-10Г2, а для ответственных швов - Св-18ХГС и Св-18ХМА. Проковка шва при температуре 800...850°С с последующей нормализацией несколько повышает механические свойства шва.