Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса

Сварка стыков трубопроводов из коррозионно-стойких аустенитных сталей выполняется аргонодуговым либо комбинированным методом. Сварка только штучными электродами применяется тогда, когда имеется возможность выполнения подварки корня шва изнутри трубы, например при сварке труб большого диаметра.

Аргонодуговым методом целесообразно сваривать трубы с толщиной стенки до 6—8 мм; при большей толщине стенки экономически целесообразнее применение комбинированного способа сварки. Для защиты корневого шва от окисления воздухом с внутренней стороны аргонодуговую сварку первых двух корневых слоев производят с заполнением трубы аргоном.

Кроме защиты шва от окисления, применение поддува также способствует лучшему формированию обратного валика.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-9. Приспособление для защиты обратной стороны шва аргоном.

1 — заглушки из резины; 2 — свариваемые трубы, 3 — резиновый рукав, 4 и 5 — тросик.

Для уменьшения расхода аргона при поддуве объем, заполняемый аргоном, ограничивают специальными заглушками, устанавливаемыми при сборке труб на расстоянии 100—200 мм от стыка по обе стороны (рис. 4-9). Подачу аргона начинают с таким расчетом, чтобы до сварки через образованную заглушками камеру был пропущен объем аргона, равный 4—5-кратному объему камеры.

Таблица 4-2 Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки неповоротных стыков труб из сталей аустенитного класса

Толщина металла, мм Диаметр вольфрамового электрода, мм Диаметр присадочной проволоки, мм Сварочный ток, А Расход аргона, л/мин Рекомендуемое число проходов
2,0 2,0 1,6—2,0 40 6—8 I—2
3,0 2,0—2,5 1,6—2,0 50—60 6—8 2
4,0 2,0—2,5 1,6—2,0 60 8—10 2
5,0 2,5—3,0 2,0—3,0 70—100 10—15 2
6,0 2,5—3,0 2,0—3,0 100—120 10—20 2—3

При сварке коррозионно-стойких сталей применяются сварочные материалы, приведенные в табл. 2-1. Наибольшее применение находят сварочная проволока диаметром 1,6—2,0 мм, вольфрамовые электроды диаметром 2,0; 2,5; 3,0 и штучные покрытые электроды диаметром 3 и 4 мм. Ориентировочные режимы аргонодуговой и электродуговой сварки стыков труб из аустенитных сталей указаны в табл. 4-2 и 4-3.

Таблица 4-3 Ориентировочные режимы тока при электродуговой сварке покрытыми электродами неповоротных стыков труб из аустенитных сталей.

Диаметр электрода, мм 3,0 4,0
Сила тока, А ….. 65—80 100—130

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса

1-8 — последовательность наложения швов.

Сварку стыков труб из аустенитных сталей следует выполнять узкими валиками. При сварке штучными электродами ширина валика должна быть не более трех диаметров электрода, при аргонодуговой — ширина сварочной ванны не должна превышать величины внутреннего диаметра сопла горелки.

Для уменьшения деформаций в месте стыка неповоротные стыки труб диаметром до 100 мм сваривают участками по 1/2 окружности. Сварку стыков труб большего диаметра выполняют вразброс участками по I /4 окружности (рис. 4-10). При сварке стыков труб после выполнения каждого прохода сварку прекращают до остывания стыка в месте сварки до температуры ниже 100°С.

Для уменьшений потерь рабочего времени можно одновременно сваривать два-три стыка. Технологию сварки стыков трубопроводов в значительной степени определяет вид разделки сварного стыка. Поэтому в дальнейшем описание порядка сварки дается отдельно для каждого вида разделки стыков, наиболее распространенных на монтаже.

Сварка стыков с V-образной разделкой кромок производится штучными электродами, аргонодуговым и комбинированным способами. Выбор способа сварки зависит от диаметра и толщины стенки свариваемых труб, а также от возможности выполнения подварки обратной стороны шва изнутри трубы.

Трубы диаметром до 159 мм с толщиной стенки 6 (8) мм, как правило, сваривают полностью аргонодуговой сваркой (рис. 4-11, а). Сварка корня шва и заполнение разделки выполняются с подачей присадочной проволоки. При комбинированной сварке выполняют один или два первых слоя аргонодуговым способом. Последующие слои выполняют штучными электродами (рис.

4-11, б) Сварка штучными электродами может применяться для выполнения сварных швов труб больших диаметров, например 1220Х10 мм, при возможности выполнения подварки корня шва изнутри трубы. Сварка в этом случае производится в следующем порядке. Вначале производят сварку снаружи трубы на все сечение стыка.

При этом корень шва выполняют электродами диаметром не более 3 мм, а последующие слои — диаметром 3—4 мм. Затем производят зачистку корня, шва изнутри трубы, после чего выполняют подварочный шов (рис. 4-11, в). Сварка стыков трубопроводов со ступенчатой разделкой кромок производится аргонодуговым или комбинированным способом. При этом сборку стыков труб производят без зазоров (рис.

4-12). Корневой слой выполняют агронодуговой сваркой без присадочной проволоки. Формирование корневого шва в этом случае происходит только за счет расплавления металла трубы. Заполнение разделки производят либо аргонодуговой сваркой с подачей присадочной проволоки, либо штучными электродами, применяемыми при толщине стенок труб более 6—8 мм. Сварка стыков трубопроводов с расплавляемой вставкой производится аргонодуговым либо комбинированным способом.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-11. Схема сварки корня шва и заполняющих слоев стыков труб с V-образной разделкой кромок. а -ручной аргонодуговой сваркой (РАДС); б — комбинированной сваркой (РАДС+РЭДС); в — ручной электродуговой сваркой (РЭДС).Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-12. Схема сварки корня шва и заполняющих слоев стыка труб со ступенчатой разделкой кромок.

Применение расплавляемых вставок преследует две дели: получение хорошего формирования шва с внутренней стороны трубы и легирование корня шва путем подбора материала расплавляемого кольца. Наибольшее применение в последнее время получили расплавляемые вставки прямоугольного сечения, изготовляемые из сварочной проволоки (рис. 4-13).

Расплавляемая вставка устанавливается между стыкуемыми трубами без зазоров и скрепляется прихватками. Прихватка и сварка корневого шва производятся аргонодуговой горелкой без применения присадочной проволоки. Корневой шов формируется за счет расплавления вставки и кромок свариваемых труб.

При выполнении корневого шва аргонодуговой горелке, кроме поступательного движения, придают небольшие колебательные движения с амплитудой 2—3 мм. Заполняющие слои шва выполняются аргонодуговой сваркой или штучными электродами.

При монтаже АЭС с реакторами ВВЭР-440 наибольшую сложность представляет сварка стыков трубопроводов главного циркуляционного контура, изготавливаемого из труб диаметром 560 мм с толщиной стенки 32 мм. Трубопровод поставляется на монтаж блоками. Блоки укрупняют в цехе предмонтажных работ. Затем производят монтаж трубопровода и сварку монтажных стыков.

Часть стыков сваривают автоматическим способом. Стыки, расположенные в труднодоступных местах, сваривают вручную. Ручная сварка стыков осуществляется с обязательным применением расплавляемой вставки, изготовляемой из сварочной проволоки марки Св-04Х19Н11МЗ.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-14. Сборка стыка труб главного циркуляционного контура с расплавляемой вставкой под ручную сварку.Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-13. Схема сварки стыка труб со ступенчатой разделкой и расплавляемой прямоугольной вставкой.

При сварке стыка без расплавляемой вставки избежать возникновения трещин не удается, так как металл труб (сталь марки 08Х18Н12Т) имеет чисто аустенитную структуру, склонную к образованию горячих трещин при сварке.

Применение расплавляемой вставки с регламентированной ферритной фазой способствует образованию в корневом слое аустенитно-ферритной структуры, стойкой к образованию горячих трещин. Сборку и сварку стыков производят в такой последовательности. Вначале через свободные концы труб устанавливают приспособление для защиты обратной стороны шва аргоном.

Затем производят сборку стыка с установкой расплавляемой вставки (рис. 4-14). Прихватку собранного стыка производят аргонодуговой сваркой без применения присадочной проволоки. Накладывают прихватки равномерно по периметру стыка через каждые 300—350 мм, длина прихваточных швов 40—50 мм. Выполнение прихваток ведется с поддувом аргона.

Корневой слой выполняется аргонодуговой сваркой без присадки одним сварщиком. В процессе сварки горелке придают поступательные движения в направлении сварки и колебания поперек шва с амплитудой 2—3 мм, при этом особое внимание должно быть обращено на полное расплавление вставки.

Заполнение разделки стыка производят одновременно два сварщика, причем первые два слоя выполняют аргонодуговой сваркой присадочной проволокой Св-О4Х19Н11М3 0 2 мм, а последующие слои электродами ЭА-400/10Т либо ЭА-400/10У диаметром 3 и 4 мм.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-15. Схема сварки секционных отводов.

Защита обратной стороны шва аргоном сохраняется при выполнении первых двух слоев. При выполнении сварки штучными электродами рекомендуется производить послойную зачистку швов абразивным камнем с просмотром каждого валика на наличие дефектов. Обнаруженные дефекты сразу выбирают абразивным инструментом.

Качество сварки стыка контролируется просвечиванием: первоначально после выполнения корневого шва и после окончания сварки, затем производится цветная дефектоскопия. Сварка фасонных деталей трубопроводов.

Выше уже отмечалось, что часть трубопроводов, например трубопроводы специальной канализации, полностью изготавливают непосредственно на монтажной площадке. При этом приходится изготавливать секционные сварные отводы, конусные сварные переходники, а также производить сварку патрубков.

Секционные сварные отводы изготавливают главным образом из труб (рис. 4-15). Секторы для отводов вырезают либо механическим способом на токарных станках, имеющих специальное приспособление, либо плазменной резкой на специальных установках, обеспечивающих получение сектора.

После плазменной резки кромки секторов дополнительно обрабатывают абразивными кругами. При изготовлении отводов применяется V-образная подготовка кромок. Сварка секторных отводов производится аргонодуговым, комбинированным либо электродуговым методом. Как правило, сварку производят с подваркой корня шва изнутри отвода.

Перед проведением подварки производят тщательную зачистку корня шва абразивным кругом изнутри отвода. Сварку секторных отводов целесообразно производить с поворотом на 180°, чтобы избежать сварки швов в потолочном положении.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса Рис. 4-16. Схема вварки патрубков в трубопровод. а — при сборке без подкладного кольца; б — при сборке на подкладном

кольце.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса

Подготовка и сборка соединения представляют определенные трудности, так как необходимо обеспечить подгонку соединяемых элементов по сложной кривой линии сопряжения. Конец патрубка обрабатывают таким образом, чтобы в любой точке сопряжения патрубка и трубы угол раскрытия сохранился равным 50±5°.

Приварка патрубка, собираемого на подкладном кольце, не представляет особой сложности. Выполняется она ручным дуговым или комбинированным методом. При сборке без подкладного кольца (для патрубков с диаметром более 377 мм) приварку производят с подваркой корня шва изнутри патрубка.

Последовательность сварки такая же, как всех сварных соединений, выполняемых с подваркой корневого шва. Конусные сварные переходы изготавливают из листа с одним или двумя швами (рис. 4-17).

Собранные под сварку переходы сваривают аргонодугой, комбинированной либо электродуговой сваркой с подваркой корня шва изнутри перехода.

Сварка аустенитных сталей: особенности, возможные сложности и их устранение, технология процесса

Сталь аустенитного типа получила широкое распространение в энергетическом, химическом и машиностроительном производствах, благодаря своим химико-физическим показателям.

Аустенитные стали: состав и свойства

Аустенитная сталь – это металл, в который были добавлены хром и никель в процентном соотношении 18% и 10% соответственно. Из-за этого они еще известны под цифровой аббревиатурой 18-10.

Читайте также:  Сварка шва трубы расценка

Главное преимущество этого класса стали – коррозионностойкость, благодаря добавлению хрома. Наличие добавки хрома в количестве 18% делает сталь устойчивой ко многим окислительным средам (например, в азотной кислоте).

Добавление в сталь никеля в количестве 9-12% превращает материал в аустенитный класс. Этот процесс увеличивает практичность применения стали, а именно повышает пластичность и снижает вероятность к появлению зерна.

Специфические свойства:

  • жаростойкость;
  • жаропрочность;
  • криогенность;
  • коррозионностойкость.

Вместо хрома и никеля в составе аустенитной стали могут быть другие добавки: ферритизаторы и аустенизаторы.

Сложности и их устранение при сварке аустенитной стали

Помимо преимущественных характеристик, данная сталь имеет определенные особенности, что влияет на сложность сварного процесса.

В первую очередь, из-за того, что у аустенитной стали есть предрасположенность к формированию микроскопичных надрывов и трещин горячего типа. Локализация этих дефектов происходит в основном шве и околошовной зоне.

Таким процессам способствует форма кристаллизации этого металла (ячеисто-дендритная).

Методики, устраняющие кристаллизацию аустенитной стали:

  1. Снижение уровня проплавления металла с помощью материалов для сварки из электрошлакового переплава или вакуумной выплавки.
  2. Увеличение легирующих добавок, таких, как бор, что дает возможность создать эвтектику.
  3. Модификация кристаллизационной схемы сварных швов. Этот способ считается универсальным, т. к. он увеличивает степень растворимости легирующих добавок в первичном железе. Таким образом, существенно снижается вероятность возникновения горячих трещин.

Сварные соединения аустенитных сталей эксплуатируются при высоких температурах, поэтому они должны не изменять своих характеристик (жаростойкость).

Выполнить это сложно в силу того, что в охлажденном сварочном шве происходит закрепление неравновесных структур. Это уменьшает пластические способности сварного соединения уже при температуре +350 оС.

Также в сталях этого класса нередко возникают трещины в зоне вокруг шва.

Данные проблемы способна решить наплавка дополнительного металлического слоя двухфазной структуры, по составу непохожая на основной металл.

Длительная эксплуатация приводит к возникновению трещин и поврежденных участков – от этого избавляются аустенизацией при температуре +1100 оС и последующим самонаклёпом или стабилизирующим отжигом.

Технологии сварки

Для минимизации возникновения дефектов в дальнейшем процессе эксплуатации хромоникелевых сталей необходимо правильно подобрать оптимальный способ сваривания аустенитной стали.

Основные способы сварки аустенитной стали:

  • ручная дуговая;
  • электрошлаковая;
  • в атмосфере защитных газов.

Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка представляет собой достаточно маневренный способ. Это сваривание происходит таким образом, чтобы химический состав оставался неизменным при разных пространственных положениях и возможных позициях соединений.

Важно рассчитать размер наплавленного металла и степень проплавления основного металлического слоя. Выполнить эти условия возможно, изменяя состав покрытия используемых электродов. Покрытие подбирают для того, чтобы в итоге в сварочном шве не было горячих трещин и присутствовал в необходимом количестве первичный феррит. Для этого часто используют электроды с содержанием фтора и кальция.

Оптимальные рекомендации для ручной дуговой сварки:

  • ниточные швы с помощью электродов сечением 3 миллиметра;
  • 60-90 минут прокаливать сварочные электроды при температуре от 250 оС до 400 оС (выполнить это необходимо перед началом сварки). Это препятствует возникновению пор в соединительном шве.

Подходящие электроды используют на постоянном токе и обязательно с обратной полярностью. На максимальном токе сварка выполняется в положении снизу. А если работа необходима в вертикальном или потолочном расположении, нужно брать силу тока на 10-30% меньше.

Электрошлаковая сварка

Технология выполнения работы электрошлаковой сваркой сама по себе минимизирует возможность образования горячих трещин.

Преимущества данной техники сварки:

  1. Отсутствие существенных деформаций в угловой и стыковой областях.
  2. Неспешная скорость движения нагревательного оборудования.
  3. Мягкая кристаллизация сварочной ванны.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного классаСхема электрошлаковой сварки

Для данного типа сварки используют электроды в форме пластин с толщиной от 6 до 20 мм или проволоку с толщиной 3 мм.

Сварка в атмосфере защитных газов

Сварка в атмосфере защитных газов позволяет выполнять работы на изделиях разнообразной толщины. В этой технологии положительно работают активные и инертные газы. Сварщик за счет разнообразия защитных газов самостоятельно выбирает условия ввода в металл необходимого количества тепла и может менять эффективность электродуги.

Данный способ сваривания можно осуществлять в любом положении. Благодаря этому преимуществу такую сварку часто используют вместо дугового процесса, особенно если защитная среда создается с помощью аргона или гелия.

Для этого типа работы характерно использование вольфрамовых или плавящихся электродов. Они отлично подходят для изделий в 5-7 мм.

Сварка выполняется импульсной или горящей дугой. Оптимальнее использование первого вида, т. к. при импульсной работе снижается искажение конфигурации кромок, а также уменьшается длина околошовной зоны.

Вольфрамовые электроды можно использовать как с присадочным материалом, так и без него. Это зависит от толщины соединяемого места и конструкции детали.

Работа происходит на постоянном токе с прямой полярностью (в ручном или автоматическом режиме). Но следует помнить, что автоматическое сваривание нержавеющих сталей с высоким объемом алюминия выполняют, используя только переменный ток.

Для активных газов и смеси из газов применяются плавящиеся электроды. Стержни такого типа способствуют высокому качеству работы при использовании их в импульсно-дуговой сварке. Данная техника выполняется в смеси кислорода, углекислого газа и аргона, а также в чистом виде аргона.

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Для электродов каждого типа согласно государственному стандарту 10052-62 устанавливается химический состав наплавленного металла, а также содержание ферритной фазы, стойкость к межкристаллитной коррозии и его механические свойства.

Условное обозначение, вносимое в его паспорт, включает в себя тип электрода, его марку, диаметр сварочной проволоки, государственные стандарты, по которым они были изготовлены и марку покрытия.

Часто электроды, предназначенные для сваривания высоколегированных сталей имеют фторокальцевое покрытие и могут применяться при сварке постоянным током обратной полярности.

При этом возможно проведение сварочных работ во всех пространственных положениях.

К примеру, сварочные электроды УОНИ-13/НЖ используются для сваривания кислостойких, маломагнитных и жаропрочных сталей, а также нередко используются для наплавки металла на конструкционные стали.

Электроды ЭА-400/10У используются для сварки нержавеющих сталей, которые работают в агрессивных средах при температуре до 350 градусов по Цельсию.

Также они не подвергаются термической обработке после проведения сварочных работ. Электроды УОНИ-13/НЖ2 используются для сварки двухслойных сталей, имеющих защитный слой из стали 1Х18Н9Т.

Сварочные электроды ЭА-606/11 применяются при сваривании сталей марок 45Г17ЮЗ и 40Г17ХН2.

Как видите, для сваривания высоколегированных видов стали существует большое количество разновидностей сварочных электродов. Поэтому при подборе электродов для сваривания высоколегированных сталей у Вас не должно возникнуть проблем.

Однако, если сваривается среднелегированная сталь с повышенным содержанием углерода, то даже при многослойной сварке короткими участками практически не удается избежать закалки металла околошовпой зоны на мартенсит, так как длительность распада аустенита значительно больше, чем время пребывания металла при температурах выше температур мартенситиого превращения в процессе сварки.

После закалки с индукционного нагрева действительное зерно аустенита значительно мельче (балл 10—12), чем при обычной закалке с печным нагревом (балл 7—8). С повышением темш ратуры число зародышей аустенита возрастает более интенсивно, чем ско-

Скорость и верхняя температурная граница промежуточного пре-воашения аустенита значительно понижаются с увеличением содержания С, Мп, Сг и Si. Легирование Mo, W и V не оказывает влияния на скорость промежуточного превращения.

Стойкость к коррозионной кавитации зависит как от коррозионной стойкости, так и прочности металла. Самоупрочняющиеся стали обладают высокой стойкостью к коррозионной кавитации (табл. 8).

Так, у хромомарганцовой стали марки ЗОХ10Г10 в результате механического воздействия происходит распад нестабильного аустенита и превращение его в мартенсит, что способствует высокой стойкости этой стали к коррозионной кавитации, в то время как стойкость хромоникелевой нержавеющей стали марки 1Х18Н9Л со структурой стабильного аустенита значительно меньше.

После закалки с индукционным нагревом действительное зерно аустенита значительно меньше (10—12 баллов), чем при обычной закалке с печным нагревом (7—8 баллов). Мелкое зерно получается вследствие большой скорости нагрева и отсутствия выдержки при нагреве. При этом образуется мелкоигольчатый мартенсит с твердостью на 3—6 ед. HRC выше, чем при печном нагреве.

Для того чтобы при сварке в околошовной зоне получить такие структуры, которые обеспечат деформационную способность металла, достаточную для предотвращения образования трещин при охлаждении и вылеживании изделия до проведения соответствующей термообработки, необходимо, чтобы общее время выдержки в субкритическом интервале температур было бы достаточным для полного распада аустенита. Это время определяют по диаграмме изотермического распада аустенита стали данной марки. Время пребывания металла околошовной зоны при температуре выше температуры Тм должно быть больше, чем время изотермического распада аустенита при этой температуре для стали данной марки. Однако если сваривается среднелегированная сталь с повышенным содержанием углерода, то даже при многослойной сварке короткими участками практически не удается избежать закалки металла околошовной зоны на мартенсит, так как длительность распада аустенита значительно больше, чем время пребывания металла при температурах выше

Положение кривых начала и конца превращения аустенита в перлит на диаграмме изотермического распада аустенита значительно зависит от содержания углерода. При повышении содержания углерода увеличивается устойчивость аустенита, и кривые сдвигаются вправо.

Юнг и Ратенау [293] обнаружили, что трансформационная деформация пропорциональна объемному эффекту AWV превращения и обратно пропорциональна прочностным свойствам материала при температурах фазового превращения. Механические свойства металла являются структурно-чувствительными характеристиками и с изменением упаковки атомов меняются.

Естественно ожидать, что с появлением внутренних напряжений, связанных с изменением объема или формы превращенной области, деформация будет неоднородной: преимущественно должна деформироваться фаза с более низким сопротивлением деформации.

В железе, например, предел текучести аустенита значительно выше, чем у феррита, а скорость ползучести на установившейся стадии при 910° С почти в 200 раз меньше [365]. Поэтому преимущественно при фазовом превращении должен деформироваться феррит.

О развитии пластической деформации в момент полиморфного превращения свидетельствуют приведенные выше данные об изменении структуры, связанном с накоплением дислокаций и развитием субструктуры феррита.

Читайте также:  Фактурная краска для трубы

снижении температуры приблизительно на 150° С ниже критической точки A-L (выступа кривой начала превращения при температуре около 550°); выше и ниже этого выступа устойчивость аустенита значительно выше. У многих легированных сталей наблюдаются два таких выступа, т. е. два интервала температур быстрого превращения аустенита (см., на^ пример фиг. 201 и 202).

Более длительное сохранение метастабильного аустенита в межкритическом интервале температур в компактных объектах по сравнению с порошковыми обусловлено разной устойчивостью дефектов. Справедливость этого утверждения подтверждается быстрым снятием искажений в порошках в процессе их отпуска. Из рис.

24 видно, что уже после часового отпуска при 400°С в порошках а -»• у-превращение развивается в соответствии с диаграммой состояния. Для компактных же образцов даже после двухчасового отпуска при данной температуре количество образовавшегося аустенита значительно больше равновесного (см. рис.

13, кривая 5).

Более длительное сохранение метастабильного аустенита в межкритическом интервале температур в компактных объектах по сравнению с порошковыми обусловлено разной устойчивостью дефектов. Справедливость этого утверждения подтверждается быстрым снятием искажений в порошках в процессе их отпуска. Из рис.

24 видно, что уже после часового отпуска при 400°С в порошках а ->• -у-прев ращение развивается в соответствии с диаграммой состояния. Для компактных же образцов даже после двухчасового отпуска при данной температуре количество образовавшегося аустенита значительно больше равновесного (см. рис.

13, кривая 5).

Аустенит представляет собой твердый раствор углерода в у-жа-лезе, имеющий гранецентрированную кубическую решетку. Кристаллическая решетка аустенита значительно плотнее упакована атомами. При температуре, соответствующей линии GS, происходит распад аустенита с образованием феррита и перлита.

Перлит представляет собой механическую смесь феррита с цементитом. В перлите цементит присутствует либо в виде пластин (пластинчатый перлит), либо в виде глобулей, равномерно распределенных в ферритной массе (сфероидизированный перлит).

Соотношение площадей перлитной составляющей определяется содержанием углерода.

Сварка среднелегированных высокопрочных сталей, применяющихся для изготовления сосудов высокого давления (типа 45ХЗОНВМФА, ЗОХН2МФА, ЗЗХЗНВМФА и др.) осуществляется без предварительного подогрева, который не снижает скорости охлаждения в зоне термовлияния ниже критических, а способствует лишь росту зерна. Распад аустенита происходит в мартенситной области.

Увеличение степени легирования (суммарное содержание легирующих элементов достигает 5 — 9 %, а углерода 0,5 %) повышает устойчивость аустенита при повышенных скоростях охлаждения зоны термического влияния и обеспечивает удовлетворительное формирование шва.

При сварке используют технологические приемы, обеспечивающие увеличение времени пребывания металла шва и околошовной зоны в субкритическом интервале температур: сварка каскадами, блоками, короткими швами. Также используют аустенитные электроды, а при многослойной сварке — отжигающие вштики.

После сварки в большинстве случаев необходима термообработка: закалка низким или высоким отпуском. Электроды для сварки подвергаются прокалке и не должны содержать органических веществ в покрытии.

Сварка ереднелегировэнных высокопрочных сталей, применяющихся для изготовления сосудов высокого давления (типа 45ХЗОНВМФА, ЗОХН2МФА, ЗЗХЗНВМФА и др.) осуществляется без предварительного подогрева, который не снижает скорости охлаждения в зоне термовлияния ниже критических, а способствует лишь росту зерна. Распад аустенита происходит в мартенситной области.

Увеличение степени легирования (суммарное содержание легирующих элементов достигает 5 —9 %, а углерода 0,5 %) повышает устойчивость аустенита при повышенных скоростях охлаждения зоны термического влияния и обеспечивает удовлетворительное формирование шва.

При сварке используют технологические приемы, обеспечивающие увеличение времени пребывания металла шва и околошовной зоны в субкритическом интервале температур: сварка каскадами, блоками, короткими швами. Также используют аустенитные электроды, а при многослойной сварке — отжигающие валики.

После сварки в большинстве случаев необходима термообработка: закалка низким или высоким отпуском. Электроды для сварки подвергаются прокалке и не должны содержать органических веществ в покрытии.

Для сварки аустенитных сталей с перлитными большего предпочтения заслуживают аустенитные электроды, применение которых обеспечивает получение пластичных структур корневых слоев шва при перемешивании с перлитной сталью.

При использовании для данных соединений электродов перлитного класса участки шва, примыкающие к аустенитной стали и обогащенные в первую очередь хромом и никелем, будут хрупкими из-за образования в них мартенситной структуры при сварке.

Получение шва, свободного от трещин, потребует в этих условиях проведения сварки с высоким подогревом и вызовет необходимость отпуска сваренного изделия.

В отличие от этого, при использовании аустенитных электродов подогрев либо вообще не производится, либо его температура выбирается на 100—200° ниже требуемой при сварке данной перлитной стали. Отпуск для улучшения

Крепление лопаток к дискам с помощью сварки имеет определенное распространение в газотурбинных установках небольшой мощности и вспомогательных наддувочных агрегатах. На фиг.

80 приведен ротор турбовоздуходувки для наддува дизелей с диском из аустенитной стали марки ЭИ572 и приваренными к нему лопатками из этой же стали [108]. Сборка и сварка лопаток с диском производятся в приспособлении, обеспечивающем фиксацию диска и лопаток.

В диске прорезан паз, в который устанавливается выступом лопатка. Для сварки использовались аустенитные электроды марки КТИ-6

34. Руссиян А. В. и Шоршоров М. X., Новые аустенитные электроды для сварки •стали типа 1Х13Н18В2БР, «Сварочное производство», 1959, № 6.

Для приварки креплений из любой марки стали к трубам из аустенитной стали должны применяться аустенитные электроды ОЗЛ-6, ЦЛ-25, ЗиО-8 и ЭА-2 или электроды ЭА-400/10у и ЦТ-15. К трубам из стали 12Х11В2МФ (ЭИ756) приварка креплений из любой марки стали должна производиться электродами ЗиО-8 или ЭА-400/10у. Электроды должны обязательно иметь сертификат завода-изготовителя.

единения большинства мартенситных сталей немедленно после сварки подвергают термической обработке (отпуску) для снятия внутренних напряжений и формирования нужных механических свойств. Сваривают мартенситные стали обычно ручной дуговой сваркой.

Применяют электроды КТИ-9, ЦЛ-32, содержащие 10…12 % Сг, 0,8 % Ni, 1 % Mo и 0,02…0,09 % С. Это обеспечивает химический состав сварных швов, близкий к основному материалу, и повышает вязкость металла шва. Применяют также аустенитные электроды ЗИО-8 и ЭА-395/9.

Автоматическую сварку ведут проволокой Св 15Х12НМВФБ и Св 15Х12ГНМБФ под флюсами АН-17 и ОР-б.

Аустенитные электроды марок ОЗЛ-7 и ОЗЛ-8 с наплавленным металлом типа 20Х26Н10Г2МЗ и 15Х27Н8Г2М:

левым мартенситным сталям. Наряду с электродами близкими по составу основному металлу применяют аустенитные электроды.

Для большинства используемых в сварных конструкциях материалов характерно такое решение вопроса о сочетании основного и присадочного металлов, когда химический состав металла шва, хотя и отличается от основного, но не настолько сильно, чтобы эти металлы принадлежали к разным структурным классам. В отдельных случаях используют соединения, в которых шов существенно отличается от основного металла. Например, при сварке ряда среднелегированных сталей используют аустенитные электроды.

28. Р у с с и я н А. В., Шоршоров М. X. Новые аустенитные электроды для сварки стали типа 1Х13Н18В2Б. «Сварочное производство», 1959, № 6.

К недопустимой также относится технология выполнения сварных швов комбинированного состава, при которой корневой слой сваривается аустенитными хромоникелевыми электродами, а последующие — электродами Э-09Х1МФ (или углеродистыми Э50А при сварке стыков трубопроводов из углеродистых сталей 20 и подобных).

Аустенитные электроды в этих случаях применяют как меру борьбы с магнитным дутьем, затрудняющим процесс сварки при использовании низколегированных или углеродистых электродов.

Такая технология обычно применяется при сварке стыков паропроводов в ремонтных условиях и рассматривается как грубое нарушение современных требований [18].

  • Детские доски для рисования мелом: магнитная доска 60х90.
  • Рекомендуем ознакомиться
  • : Аустенитных нержавеющих Аустенитной хромоникелевой Аустенитного превращения Аустенитно ферритные Аустенитно ферритную Аустенитную структуру Аустенито ферритную Аустенито мартенситного Азотирование применяется Азотсодержащие соединения Аэродинамическое демпфирование Адаптивного программного Адгезионной прочностью Адгезионного соединения Адгезионную способность

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Главная » Статьи » Профессионально о сварке » Технологии сварки

  • Рекомендуем приобрести:
  • Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
  • Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.
  • Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!

Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор. Доставка по всей России!

К наиболее распространенным сталям аустенитно ферритного класса относятся стали типа 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 03Х23Н6, 08Х18Г8Н2Т, 08Х21Н6М2Т, 03Х22Н6М2.

Микроструктура хромоникелевой стали 08Х22Н6Т и хромо-никель-молибденовой 08Х21Н6М2Т представлена на рис 18.1.

Количество аустеннтной и ферритной фаз в сталях этого класса колеблется обычно в пределах 40—60 % Химический состав аустеннтно ферритных сталей приведен в табл 18.1, механические свойства — в табл. 18.2.

Аустенитно-ферритные стали имеют относительно высокие пределы те кучести и прочности прн удовлетворительных пластичности и ударной вяз кости, а также высокую коррозионную стойкость и хорошую свариваемость Это позволяет сократить удельный расход металла при изготовлении химической аппаратуры, рассчитываемой на прочность, благодаря уменьшению толщины листа Согласно диаграмме состояний сплавы Fe—Cr—Ni обладают некоторыми характерными особенностями область существования двухфазной аустенитно ферритной структуры в них находится в интервале температур 20—1350 °С, при нагреве стали выше температуры 1100°С аустенит превращается в феррит и тем интенсивнее, чем выше температура и длительность нагрева, при температуре выше 1200 °С происходит полное γ→α превращение, при последующем охлаждении происходит обратное превращение феррита в аустенит. Конечное соотношение количества структурных составляющих зависит от скорости охлаждения стали При изотермической выдержке в области температур 700—800 °С в стали возможно образование хрупкой составляющей σ фазы. Аустенитно-ферритиые стали поставляются в закаленном состоянии с температур 950— 1050 °С. Разница по содержанию Сг и Ni между аустенитной и ферритной фазами составляет 2—5%. Аустенитно-ферритные стали теряют вязкость при нагреве их в интервале температур 450—650 °С Это связано с тем, что хрупкость, обусловленная выделением карбидов, усиливается действием так называемой 475° хрупкости.

Примерное назначение и температура эксплуатации аустенитно-ферритных сталей указаны в таблице 18.3.

Высоколегированные стали

Высоколегированные стали имеют повышенно содержание легирующих элементов – Cr и Ni (обычно не ниже 16% и 7% соответственно). Они придают таким металлам соответствующую структуру и необходимые свойства.

Читайте также:  Nikko grove запорная арматура

Высоколегированные стали по сравнению с менее легированными обладают высокой хладостойкостью, коррозионностойкостью, жаропрочностью и жаростойкостью. Несмотря на высокие свойства этих сталей, их основное служебное назначение определяет соответствующий подбор состава легирования.

В соответствии с этим их можно разделить на три группы: жаростойкие, жаропрочные и коррозионностойкие.

После соответствующей термообработки высоколегированные стали обладают высокими прочностными и пластическими свойствами. В отличие от углеродистых при закалке эти материалы приобретают повышенные пластические свойства.

Структуры высоколегированных сталей очень разнообразны и зависят в основном от их химического состава, то есть от содержания основных элементов: хрома (ферритизатора) и никеля (аустенитизатора). Также на структуру влияет содержание других легирующих элементов-ферритизаторов (Mo, Ti, Si, Al, W, V) и аустенизаторов (Co, Cu, C, B).

Свариваемость сталей

Аустенитно-ферритные стали отличаются повышенной склонностью к росту зерна в зоне термического влияния при воздействии сварочного термического цикла. Наряду с ростом ферритных зерен возрастает общее количество феррита. Последующим быстрым охлаждением фиксируется образовавшаяся структура.

Размеры зерна и количество феррита, а также ширина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки,соотношения структурных составляющих в исходном состоянии и чувствительности стали к перегреву. Соотношение количества структурных составляющих (γ- и α-фаз) в исходном состоянии в значительной степени зависит от содержания в стали Ti.

Количеством титана в стали также определяется устойчивость аустенитной фазы против γ→δ-превращения при сварочном нагреве. Чем выше содержание Ti, тем чувствительнее сталь к перегреву (рис. 18.2).

Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается снижение ударной вязкости металла околошовной зоны и угла загиба сварных соединений аустенитно-ферритных сталей. Менее чувствительными к сварочному нагреву являются стали, не содержащие Ti,— это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2.

Последующая обработка сварных швов

На поверхности сварного соединения образуется пористый оксидный слой, содержащий в основном хром. Этот слой ослабляет стойкость соединения к коррозии.

Хром оксидного слоя в основном материале возникает из стали, вследствие чего под оксидным слоем образуется так называемый слой со сниженным содержанием хрома.

При необходимости, для повышения стойкости сварного соединения к коррозии, как и у основного материала, оксидный слой и зону со сниженным содержанием хрома удаляют, т.е. сварное соединение проходит последующую обработку.

Технология сварки и свойства соединений

Аустенитно-ферритные стали можно сваривать как ручной и механизированной электродуговой сваркой, так и другими способами сварки (электроннолучевой, электрошлаковой), плазменнодуговой и др.). Предпочтительнее способы сварки с невысокими погонными энергиями.

Техника и режимы сварки аустенитно-ферритных сталей не отличаются от общепринятых для всего класса нержавеющих сталей. При выборе видов швов сварных соединений рекомендуется руководствоваться ГОСТ 5264—69, ГОСТ 8713—70, ГОСТ 14771—69, ОСТ 26-291—71 и стандартами предприятий.

Подготовка кромок под все виды сварки производится механическим способом, чтобы исключить возникновение зон термического влияние (ЗТВ), снижающих регламентированные свойства сварных соединений. Сварочные материалы, применяемые для сварки аустенитно-ферритных сталей, приведены в табл. 18.4 и 18.5.

Швы соединений, выполненные указанными сварочными материалами, имеют аустенитно-ферритную структуру. Количество ферритной фазы в швах составляет 15— 60 % и зависит не только от применяемых сварочных материалов, но и от доли участия свариваемого металла в металле шва, от колебаний химического состава в пределах марки.

Самый высокий процент ферритной фазы в швах наблюдается при автоматической сварке под флюсом встык без разделки кромок проволокой Св-06Х21Н7БТ. Благодаря высокому содержанию феррита швы обладают достаточной стойкостью против образования горячих трещин.

Изменение содержания ферритной фазы в шве за счет легирования или термообработки приводит к существенному изменению его механических свойств. Пределы текучести и прочности при достаточно высокой пластичности и вязкости шва достигают максимума при равном процентном содержании в нем аустенитной и ферритной фаз.

Механичекие свойства сварных соединений

Механические свойства швов и соединений, выполненных сварочными материалами, указанными в табл. 18.4 и 18.5, приведены в табл. 18.6.

Анализ механических свойств показывает, что самую высокую прочность швов при автоматической сварке под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей можно получить, применяя проволоку Св-06Х21Н7БТ (ЭП500), а хромоникельмолибденовых — проволоку Св-06Х20Н11МЗТБ (ЭП89).

Сочетание достаточно высокой прочности и пластичности достигается при применении для автоматической сварки под флюсом хромоникелевых аустенитно-ферритных сталей проволоки Св-03Х21Н10АГ5 (ЭК-91), а для хромоникельмолибденовых — проволоки Св-03Х19Н15Г6М2АВ2 (ЧС-39).

Эти проволоки предпочтительнее применять при сварке стали значительных (>10 мм) толщин встык, без разделки кромок. Для улучшения пластичности сварных соединений аустенитно-ферритных сталей, если позволяют габариты изделий, можно проводить термообработку — закалку от 1000 °С с охлаждением в воде.

Травление

Травление это наиболее эффективный метод обработки сварных. При правильном выполнении травление позволяет устранить вредный оксидный слой, а так же зону со сниженным содержанием хрома. Травление выполняется погружение, поверхностного нанесения или покрытия пастой в зависимости от условий.

Чаще при травлении используется смешащая кислота: азотная кислота/фтористоводородная кислота (плавиковая кислота) в следующих пропорциях: 8 – 20 % HNO3 (азотная кислота) 0,5 – 5 % HF (фтористоводородная кислота) остальные компоненты Н2О (вода) Время травления аустенитного нержавеющего проката зависит:

— от температуры, концентрации кислот,

— толщины окалины и сорта проката (т.н. кислотоупорный прокат требует более продолжительного времени обработки по сравнению с нержавеющим прокатом).

  1. Доведение степени шероховатости сварного шва до показателя основного листа путем шлифования или полирования после травления еще более увеличивает стойкость конструкции к коррозии.
  2. Сварка это комплекс одновременно протекающих процессов , основными из которых являются:
  3. — тепловое воздействие на металл в зоне термического влияния ,
  4. — термодеформационные плавления,
  5. — металлургической обработки

— кристаллизации металла в объёме сварочной ванны в зоне сплавления . Физическая свариваемость характеризует возможность получения монолитных сварных соединений. В процессе сварки имеет место непрерывное охлаждение. Характер структурных превращений при этом отличается от случая распада аустенита при изотермической выдержке . При непрерывном охлаждении значение инкубационного периода в 1.

5 раза больше , чем при изотермическом . С увеличением скорости охлаждения получаемая структура в зоне изотермического влияния измельчается , твёрдость её повышается . Если скорость охлаждения превышает критическую скорость , образование структур закалки неизбежно.

Закалённые структуры в аппаратостроении являются крайне нежелательными : отличаются высокой твёрдостью , хрупкостью , плохо обрабатываются , склонны к образованию трещин. Если скорость охлаждения ниже критической скорости , образование закалочных структур исключается .

В зоне термического влияния наиболее желательными являются пластичные , хорошо обрабатываемые структуры типа перлита или сорбита . Поэтому получение качественных соединений непременно связано с достижением желаемых структур в основном регулированием скорости охлаждения . Подогрев способствует перлитному превращению и является действенным средством исключения закалочных структур .

Поэтому он служит в качестве предварительной термической обработки сварных соединений (нагрев до сварки и в процессе её ) . Меняя скорость охлаждения , можно получить желаемую твёрдость в зоне термического влияния . В некоторых случаях появляется необходимость увеличения скорости охлаждения .

Путём ускоренного охлаждения удаётся измельчить зерно , повысить прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического влияния . С этой целью находит применение метод сопутствующего охлаждения . Сварное соединение в процессе сварки с обратной стороны дуги охлаждается водой или воздушной смесью , что способствует получению крутой ветви скорости охлаждения.

Аустенитные коррозионностойкие стали

Аустенитные стали содержат в своём составе Cr , Ni , C . По реакции на термический цикл хромоникелевые стали относят к хорошо свариваемым . При охлаждении они претерпевают однофазную аустенитную кристаллизацию неперлитного распада , тем более мартенситного превращения при этом не происходит.

Характерным показателем свариваемости хромоникелевых сталей является межкристаллитная коррозия (МКК) . МКК развивается в зоне термического влияния , нагретой до температур 500-800 С ( критический интервал температур ).

При пребывании металла в опасном (критическом) интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома Cr(4)C , что приводит к обеднению приграничных участков зерен аустенита хромом .хром определяет коррозионную стойкость стали . В обеднённых хромом межкристаллитных участках развивается коррозия , которая называется межкристаллитной.

Межкристаллитная коррозия имеет опасные последствия — может вызвать хрупкие разрушения конструкций в процессе эксплуатации. Чтобы добиться стойкости стали против межкристаллитной коррозии , нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов . т. е. стабилизировать свойства стали.

Технологическая прочность сварного шва

“Технологическая прочность” этот термин применяется для характеристики прочности конструкции в процессе её изготовления . В сварных конструкциях технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных швов . Это один из важных показателей свариваемости стали. Технологическая прочность оценивается образованием горячих и холодных трещин .

1. Горячие трещины. Это хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния . Возникают в твёрдо-жидком состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации , а так же в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзернистой деформации .

Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой причиной образования горячих трещин . Температурно-временной интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек , нарушающих металлическую сплошность сварного шва .

Эти прослойки образуются при наличии легкоплавких , сернистых соединений (сульфидов ) FeS с температурой плавления 1189 С и NiS с температурой плавления 810 С . В пиковый момент развития сварочных напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла , перерастающего в хрупкие трещины .

Вторая причина образования горячих трещин — высокотемпературные деформации . Они развиваются вследствие затруднённой усадки металла шва , формоизменения свариваемых заготовок , а так же при релаксации сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при послесварочной термообработке , структурной и механической концентрации деформации. 2.

Холодные трещины. Холодными считают такие трещины , которые образуются в процессе охлаждения после сварки при температуре 150 С или в течении нескольких последующих суток . Имеют блестящий кристаллический излом без следов высокотемпературного окисления .

Основные факторы , обуславливающие появление холодных трещин следующие: а) Образование структур закалки ( мартенсита и бейнита ) приводит к появлению дополнительных напряжений , обусловленных объёмным эффектом . б) Воздействие сварочных растягивающих напряжений . в) Концентрация диффузионного водорода .

Водород легко перемещается в незакалённых структурах . В мартенсите диффузионная способность водорода снижается : он скапливается в микропустотах мартенсита , переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое давление , способствующее образованию холодных трещин . кроме того , водород , адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах , вызывает охрупчивание металла.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector