Методы сварки легированных сталей

Сварка легированных сталей – просто и понятно об особенностях процесса

Свариваемость легированных сплавов оценивается возможностью сохранения их особых характеристик, а не только требованиями к выполнению соединения с заранее заданными механическими свойствами.

Легирование сталей различными химическими элементами (кремний, молибден, хром, ванадий и другие) выполняется с целью улучшения их антикоррозионных свойств, теплоустойчивости, различных механических характеристик, жаропрочности, а также в целом качества сплавов. По уровню легирования «улучшенные» материалы делят на:

  • обычные легированные (в них имеется от 2,5 до 10 % специальных добавок);
  • низколегированные (не более 2,5 % легирующих компонентов);
  • высоколегированные (более 10 % добавок).

Строительные стали с малым уровнем легирования включают в свой состав до 0,22 % углерода. По данной причине их часто именуют низколегированными низкоуглеродистыми. Подобные сплавы свариваются по тем же методикам, что и обычные низкоуглеродистые стали.

Общей и основной характеристикой сплавов со средним уровнем легирования считаются их механические показатели.

Во-первых, они описываются повышенной стойкостью к охрупчиванию, что позволяет использовать их в агрессивных атмосферах, при пониженных и высоких температурах, при серьезных перегрузках, включая и ударные.

Обратите внимание

Во-вторых, величина их предела прочности находится в пределах от 588 до 1960 МПа. Сварка таких сталей имеет определенные трудности, о которых будет рассказано ниже.

Сварка высоколегированных сплавов также затруднена. Причем металлургические композиции с высокой степенью легирования имеют собственные особенности в зависимости от того, к какому подвиду высоколегированных сталей они относятся:

  • стойкие против негативного химического воздействия в газовых средах при температурах свыше 550 °С (жаростойкие);
  • нержавеющие (способны противостоять межкристаллитному, электрическому и сугубо химическому ржавлению);
  • стойкие против высоких температур (от 1000 °С) – жаростойкие.

Далее мы подробно опишем, какими способами в настоящее время производится сварка высоколегированных и иных легированных сталей.

Как было отмечено, сварка конструкционных низколегированных сплавов с содержанием углерода не выше 0,22 % осуществляется такими же способами, как и стандартная углеродистая сталь. Разница в данном случае является несущественной.

Обуславливается она тем, что в полученных швах легированных изделий могут образовываться (при сравнительно высоких темпах охлаждения) особые закалочные структуры. Бороться с ними несложно.

Достаточно обеспечить меньшие пределы погонной энергии при сварке, чтобы не беспокоиться об указанных структурах.

Равной прочности соединения добиваются путем привнесения из основного металла в металл шва специальных добавок. А защитить шов от хрупкости можно посредством применения сварочной проволоки, через которую производится дополнительное его легирование.

Чтобы получить качественный шов, для сварки углеродистых и низколегированных сталей следует использовать электроды Э50А и Э42А.

На такие стержни наносится фтористо-кальциевый слой, гарантирующий высокие пластические характеристики и эффективное противодействие возникновению кристаллизационных трещин.

Важно

Газопламенная сварка легированных и конструкционных углеродистых сталей выполняется правым либо левым способом. В первом случае расход ацетилена составляет не более 130 кубических дециметров в час, во втором – от 75 до 100.

После завершения сварочной операции выполняют проковку металла шва (температура данной процедуры – около 850 градусов), после чего изделие подвергается нормализации.

Описанные виды дополнительной обработки обеспечивают увеличение (весьма, кстати, ощутимое) механических показателей соединения.

Полуавтоматическая сварка в газовой атмосфере, а также сварка (ручная) стержнями покрытого типа обычно рекомендуется для работы с теплоустойчивыми низколегированными материалами.

Для хромомолибденованадиевых сплавов идеальными являются электроды марок ЭМХФ, для хромомолибденовых – марок ЭМХ. Другие электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей лучше не применять.

Желательно выполнять подогрев свариваемой конструкции до 350 градусов (нередко после этого назначается и 2–3-часовой отпуск металла при температуре около 720 градусов).

Газовая сварка теплоустойчивых сплавов демонстрирует хорошую результативность. Важно лишь соблюдать следующие условия:

  • необходим подогрев (предварительный) до 300 градусов (либо немного меньше);
  • металл в ванне должен иметь густую консистенцию (за счет такого его состояния молибден и хром не выгорают);
  • ацетилена расходуется из расчета на один миллиметр свариваемого изделия не более 100 дм3/ч.

При многослойном процессе нужно добиваться того, чтобы количество перерывов было минимальным. Еще один нюанс – после газопламенной сварки легированных и конструкционных углеродистых сталей горелку подают (медленно) вверх. За счет этого нехитрого приема из расплава газы удаляются в полном объеме. Сплавы с молибденовым и хромомолибденовым составом обязательно подвергают термообработке.

При работе с такими сталями нужно подбирать сварочный режим, который способен гарантировать очень малую степень нагрева металла. Связано это с большим коэффициентом расширения и малой теплопроводности высоколегированных сплавов. Из-за указанных особенностей шов и деталь могут подвергнуться короблению.

Электродуговая сварка сталей с высоким содержанием добавочных компонентов выполняется короткой дугой (это значительно снижает явление угара). Причем конец сварочного стержня колебать запрещается. Соединение аустенитных высоколегированных композиций рекомендуется производить электродами укороченного вида, что позволяет уменьшить наплавочный коэффициент.

В целом же допускается использовать любые варианты сварки плавлением. Если выполняется ручная дуговая сварка при помощи покрытых стержней, берут фтористо-кальциевые изделия. Процесс при этом идет на обратнополярном постоянном токе. Профессионалы сварочного дела советуют:

  • выбирать на один миллиметр сечения стержня ток не более 30 ампер;
  • осуществлять в течение 60–90 минут прокаливание электродов перед началом сварочной операции (температура – от 250 до 400 градусов);
  • при «нижней» сварке сила тока должна быть на 15–30 процентов выше, чем при «потолочной» и «вертикальной».

Отметим, что при использовании вольфрамовых электродов применяется прямой по полярности ток (постоянный).

Максимальную эффективность соединения высоколегированных аустенитных сталей демонстрирует плазменная сварка.

Впрочем, если процесс ведется в атмосфере гелия либо аргона, сварочный шов также отличается приемлемым качеством, так как сварочный участок защищен от воздействия воздуха.

Совет

Важен и такой момент: когда проходит сварка высоколегированных сплавов с большим количеством алюминия, необходимо позаботиться о том, чтобы оксидная пленка на их поверхности была разрушена. Добиваются этого путем применения переменного тока.

Хромистые стальные композиции хорошо свариваются по газовой технологии. Здесь важно выбрать малую мощность пламени (ацетилена нельзя расходовать более 70 дециметров кубических) и правильно подобрать флюсы (часто применяется состав «НЖ-8»). Флюсы нужны для того, чтобы из ванны удалялись оксиды хрома, а сам хром не выгорал.

При обработке металлов толщиной свыше трех миллиметров нужно применять правый способ сварки, толщиной менее трех миллиметров – левый. При этом запрещается несколько раз нагревать одну и ту же сварочную зону, делать перерывы в процессе. Желательно, кроме того, задавать наибольшую допустимую скорость сварки высоколегированных хромистых сталей.

Хромистые и аустенитные стали нередко подвергаются межкристаллитной коррозии, которая оказывает крайне негативное влияние на качество сварочной операции. Избавиться от подобного явления можно посредством уменьшения объема (примерно до 0,03 процента) в металле углерода. Для этого следует:

  • выполнять закалку металла (температура – около 1100 °С);
  • легировать (добавочно) шов и основной металл ванадием, ниобием, цирконием, титаном;
  • легировать околошовный металл алюминием, ванадием, кремнием;
  • подвергать соединение 2–3-часовому стабилизационному отжигу.

Свариваемость среднелегированных сплавов может сопровождаться образованием холодных и кристаллизационных дефектов (трещин) в шве.

Также нередко отмечается трудность в получении желаемых пластических и прочностных характеристик области оплавления и околошовной зоны, не всегда удается добиться и равнозначности механических показателей основного металла и металла шва. Борьба со всеми означенными проблемами выполняется разными способами:

  • изменением цикла термообработки стальных кромок (их подогрев – во время сварочного мероприятия либо предварительный до определенной температуры);
  • выбором оптимально сварочного режима;
  • снижением в шве и металле изделия количества водорода;
  • использованием особых проволок для сварки, которые характеризуются минимальной температурой плавления;
  • наплавкой (предварительной) кромок.

Кроме всего прочего, технология сварки среднелегированных сплавов использует специальные методы улучшения качества соединения – обработку ультразвуком, резкое снижение температуры по окончанию процесса сварки (вплоть до 0 °С), проковку.

Большая часть конструкций из сталей со средним уровнем легирования в наши дни сваривается фтористо-кальциевыми маловодородистыми стержнями по ручной технологии (обратная полярность тока). Когда требуется сделать швы сравнительного крупного сечения, используется блочный либо каскадный метод сварки, причем нужно обязательно подогревать металл до 180–200 градусов.

Подбор того или иного сварочного режима производят с учетом вида применяемого сварочного стержня. Например, для ферритного электрода требуется выбирать режимы, которые назначаются для сварки низкоуглеродистых сплавов. В остальном же соединение среднелегированных композиций ничем не отличается от сварки высоколегированных сплавов.

Источник: http://tutmet.ru/gazoplamennaja-svarka-konstrukcionnyh-uglerodistyh-legirovannyh-stalej.html

Сварка легированной стали

ПодробностиОпубликовано 03.08.2013 11:15Просмотров: 16047

Что такое легированная сталь?

Сталь представляет собой металлический сплав, состоящий главным образом из железа, в дополнении с небольшим количеством углерода, в зависимости от сорта и качества стали.

  Легированная сталь это любой тип стали, на которой один или более элементов, кроме углерода были преднамеренно добавлены, для получения желаемого физического свойства или характеристики.

Элементы, которые добавляют чтобы сделать сплав стали это: молибден, марганец, никель, кремний, бор, хром и ванадий.

Легированная сталь часто подразделяют на две группы: высоколегированных сталей и низколегированных сталей.  Разница между этими двумя определена несколько произвольно.

  Тем не менее, большинство согласны, что любая сталь, которая сплавляется с более чем восьми процентов своего веса быть рядом с другими элементами железа и углерода, является высоколегированной стали.  Низколегированные стали немного более распространены.

  Физические свойства этих сталей модифицированы другими элементами, чтобы дать им большую твердость, прочность, коррозионную сопротивление, или ударной вязкости по сравнению с углеродистой стали.  Для достижения таких свойств, эти сплавы часто требуют термической обработки.

Если уровень углерода в низколегированной стали высокого диапазона, она может быть трудно свариваемой.  Если содержание углерода снижается до диапазона от 0,1% до 0,3%, а в некоторых легирующих элементов уменьшается, сталь может достичь большей свариваемости и формуемости при сохранении прочности.  Такие металлы, классифицируются как высокая прочность, низколегированных сталей.

Пожалуй, самая известная легированная сталь это  нержавеющая сталь.  Это легированная сталь с минимальным 10% содержанием хрома.  Нержавеющая сталь более устойчива к образованию пятен и коррозии, чем обычная сталь.

  Она была обнаружена в 1913 году Гарри Шеффилдом,  но открытие не было объявлено всему миру до 1915 года.  Нержавеющая сталь широко используется в Столовых приборах, ювелирных изделиях, браслетах для часов, хирургических инструментах, а также в авиационной промышленности.

  Ее применяли также в известных архитектурных проектах, таких, как Gateway Arch в Сент-Луисе, штат Миссури, и вершина Крайслер-билдинг в Нью-Йорке.

Обратите внимание

Во всех типах легированной стали, легирующие элементы, как правило, либо образуют карбиды или соединения, а не просто равномерно смешаны железо и углерод.  Никель, алюминий и кремний являются примерами элементов, которые образуют соединения в стали.  Вольфрам и ванадий образует карбиды, оба из которых повышают жесткость и стабильность готового продукта.

Сварка легированной стали

Легированная сталь наиболее подходящий выбор для таких объектов как, мосты, высокие башни и подъемное оборудование.

Как написано выше, манипуляции с химическим составом, дает легированные стали универсальными и способными отображать специфические характеристики, подвергаясь подходящей термической обработки.

Используя максимальную отдачу от повышенной прочности, твердости, пластичности и ударной прочности через инновационный дизайн, можно построить более легкие конструкции со значительной экономической выгодой.

Сварка легированной стали, является одной из сложнейших операций, и нуждается в понимании и подготовке.

Причина в том, что термообработка, закаленных и отпущенных сталей склонна к растрескиванию, если соответствующие меры предосторожности не будут приняты.

Читайте также:  Как проводят орбитальную сварку

Легированных стали, в просторечии, имеют 0,25 до 0,5% С, то есть средним содержанием углерода, и обычно до 5% общего содержания сплава.

Это означает, что арифметическое подведения числа, выражающие процент содержания легирующих элементов в химическом составе, то есть элементов (хром, никель, молибден и др.), каждый получает около 5%.

В чем состоит опасность?

Важно

Механические свойства, которые могут быть разработаны (прочность, твердость и пластичность), обеспечиваются влиянием определенной температуры.

Эти называют закалкой и отпуском.

Первая часть (закалка) состоит в постепенном нагревании сталей в печи до температуры превращения, держа их при этой температуре некоторое время, а затем резкое охлаждение до комнатной температуры.

Закаленные стали являются несколько хрупкими.  Чтобы восстановить пластичность, выполняется вторая часть (закалки) цикла, заключающаяся в нагревании при промежуточной температуре в течение необходимого времени, а затем охлаждается.

Описанные процессы изменяют микроструктуру стали для придания требуемых механических свойств.

Тем не менее, всякий раз, при сварке легированной стали, материал подвергается неконтролируемому циклу нагрева и охлаждения.

В процессе закалки, как и при сварке, сталь становится твердой, хрупкой и склонной к холодному растрескиванию под действием внутренних напряжений.

Поэтому те же самые благоприятные качества, которые делают эти материалы, пригодные для сложных конструкций, делают их более восприимчивыми к образованию холодных трещин при сварке сплава стали.

Наиболее важные параметры: ввод тепла, скорость охлаждения, «содержание легирующих элементов» (то есть сумма процентов из наиболее важных легирующих элементов) имеют большое влияние на поведение материала при термических циклах, связанных со сваркой.

Совет

Отдельные условия предпочтительны для сварки легированной стали, в то время как полное развертывание свойств получается выполнением термообработки как отдельного процесса, после того как все сварочные работы будут завершены.

Обозначения легированных сталей

Некоторые из них стали известны под обозначением AISI-SAE, 13xx, 40XX, 41xx, 43XX, 46XX, 51XX, 61XX, 86XX, где последние XX две цифры указывают содержание углерода, выраженное в сотых процента, может быть что угодно от 18 до 50.

Некоторые основные факты металлургии стали следует помнить при сварке сплава стали.  Устанавливает уровень углерода твердость и хрупкость, которая будет показана в мартенситной структуре.

Это получается путем быстрого охлаждения после аустенизации (то есть после того, как нагрев стали выше температуры превращения где доля  феррита в аустенит изменена).

Проблема усугубляется еще и более высокой прокаливаемости из-за высокого содержания сплава стали, то есть, их тенденцию затвердевать, путем формирования мартенсита, даже при больших размерах и медленнее скорость охлаждения, которая не будет влиять на другие, менее легированные стали.

Большая прокаливаемость, это то, что отличает легированные стали от углеродистых с тем же содержанием углерода и представляет также наиболее важной проблемой для сварки легированной стали.  Это означает, что, как показано выше, что жесткая мартенситная структура достигается даже при медленном охлаждении после сварки.

Свариваемость, понимаемая как простота сварки без трещин, уменьшает в сталях как прокаливаемость увеличивается.  Это означает, что чем выше содержание углерода и легирующих элементов, тем выше риск образования трещин, если соответствующие меры предосторожности не реализованы.

Полезный инструмент.

Концепция углеродного эквивалента была разработана в целях сокращения влияние вклада различных легирующих элементов на трудности, возникающие при сварке легированной стали.

Одина из принятых эмпирических формул соответствует углеродный эквивалент на сумму процентного содержания каждого элемента деленное на определенный коэффициент следующим образом:

Углеродного эквивалента

 CE =% C +% Mn / 6 +% + Ni/15% Cr / 5% Mo + / 4 +% V / 5.

Использование этой формулы предназначено для обеспечения правила для принятия решения, если и то, что специальные положения должны быть реализованы по сварке легированных сталей:

СЕ равна или меньше 0,40, никаких условий не требуется.

Обратите внимание

Для CE более 0,40, но меньше, чем 0,60 должна быть предварительно нагрета до сварки.

Для CE более 0,60 должен быть применен предварительный нагрев и последующий подогрев.

Очевидно, что такой подход к оценке свариваемости упрощает вопрос с видом других факторов, таких как дополнительные элементы, толщины, сдержанность сустава, природа наполнителя, температурные градиенты, все из которых способствуют и даже могут решить результат сварки сплавов стали процедуры.

Для любого реального применения комплекса все условия участия должны быть оценены.  Не менее важно тщательно очистить все материалы, недрагоценные металлы, расходные материалы, оборудование и аксессуары, от жира, краски, влаги, ржавчины, грязи и других загрязнений.

Риски водорода

Для сварки легированных сталей, водород является наиболее опасным из всех газов, поскольку он может вызвать образование трещин. Обычно он поступает в следствии влажных электродов или других условий, связанных с плохой подготовкой шва и плохой обработки.

Он может быть поглощен в расплаве в атомарной форме, при повышенной температуре, а затем быть отклонен, если растворимость падает при более низкой температуре, со значительным повышением давления в канале для молекулярной формы.

Хотя привлекательно своей простотой, эта теория была недавно подвергнута сомнению, в рамках гипотезы о наличии уже существующих  дефектов в материале.

Под напряжением, водород диффундирует, снижает местную когезионную прочность.  Отказ будет происходить, когда эта сила падает ниже уровня.  Водород развивается во вновь образованной полости, и процесс повторяется.

Важно

Из-за тенденции холодного растрескивания, проявляемой при сварки легированной стали, он имеет первостепенное значение, чтобы минимизировать возможность водородного охрупчивания, используя только низкий расходный водород.

Низко-водородные электроды применяется для сварки сплавов стали в очень ограниченных местах, они должны быть сохранены и храниться в сухом месте, чтобы минимизировать поглощение влаги.

Процессы, происходящие при сварке легированных сталей

Все общие процессы применимы при сварке сплава стали, выбор определяется главным образом экономическими и практическими соображениями.

Однако некоторые меры предосторожности должны всегда рассматриваться: низкий расход водорода, нагрев деталей, чтобы избежать холодных трещин, кроме контроля микроструктуры.

По этим причинам, экранированная сварка металла легированной стали выполняется с низко-водородными электродами.

  Целью выбор присадочного металла, чтобы соответствовать в металле сварного шва не столько химии и состава, а механические свойства получаемых после соответствующей термической обработке.

  Некоторые электроды не распространяют принятые стандарты специального назначения производителями.

Газ вольфрама дуговой сварки считается лучшим, способным контролировать содержание водорода до минимума и, следовательно, процесс выбора для критических приложений сварки легированной стали.

Совет

Оба защитных газа ручные процессы (пруток и полуавтоматической сварки) обеспечивают хороший контроль химии и чистоты.

  При более высокой производительности они необходимы, механизированных процессов выше, или FCAW и пила может быть реализована по сварке легированных сталей, как правило, с более стабильным качеством.

  Некоторые эксперты не рекомендуют FCAW в критически важных приложениях, однако вопрос возможности контроля содержания влаги в потоке зависит от производителей.

Наполнитель металлов

Наполнители металлов должны быть приобретены у известных производителей, которые знакомы с требованиями сварки и заботиться не только о композиции, но и о качестве поверхности и чистоте их материалов.

Порошковые проволоки могут поставляться с композициями для получения в сварном свойстве, аналогичные материально-технической базы, после закалки и отпуска.  Производители должны быть поставлены под сомнение, чтобы удовлетворить особые требования.

Некоторые из этих электродов обеспечивают сварную твердость, близкую к полной обработке цветных металлов даже с более низким содержанием углерода.

Когда, в отдельных случаях, развертывание полной закалкой и отпуском свойств в металле шва не является необходимостью, сборку можно поставить на вооружении и только после снятия стресса.

Электрод должен быть специально подобран для сварки-легированной стали, например, аустенитный нержавеющий или никелевый сплав имеет меньшую прочность и высокую пластичность и способствует образованию трещин сварных швов.

С этой экспозиции получается, что выбор надлежащего электрод присадочного металла регулируется уровнем проектной прочности сварного шва.  Это требование должно быть предметом заботы, другая необходимость это сведения к минимуму растрескивание шва, для этого должен быть выбор расходных материалов обеспечивающих максимальную пластичность.

Химия сварного шва

В общем случае следует иметь в виду тот факт, что наплавленный материал при сварке сплава стали может отличаться от состава присадочного металла, из-за разбавления основного металла и из-за дуги, которое зависит от того, как элементы переносят сварочную дугу.

Поэтому не все расходуемые элементы электродов присутствуют в сварном шве в их первоначальном процентном содержание, в то время как наполнитель проводов, используемых с неплавящимся электродами, подают непосредственно в сварочную ванну, более вероятно, проходит неизменным в сварном шве.

Обратите внимание

Свобода выбора зачастую отдается профессиональному сварщику, который может выбрать наполнитель для обеспечения этих характеристик, который даст лучшую общую производительность, даже с композицией, отличающейся от основного металла.

В частности лучше свариваемость иногда достигается за счет использования наполнителя композиции, которая уменьшает прокаливаемость шва.

Коэффициент теплового расширения.

Другой фактор, который следует учитывать это коэффициент теплового расширения, особенно для разнородных соединений, где подходящий металла, наполнитель должен быть выбран для размещения различных термических свойств и поглощать трещины внутренних напряжений.

Может возникнуть истощение углерода в основном металле, вызванное некоторыми металлами наполнителя.  Следует рассматривать другой наполнитель, имеющий меньшую тенденцию к разрушению углерода, если совместные механические свойства, должна быть проверены на растяжение и изгиб поперек сварного шва, являются важными для приложения.

Другие вредные элементы

Повышенное содержание серы или фосфора, которые не включены в формулу углеродного эквивалента, могут привести к появлению «горячей слезы» в сварном шве. «Горячие слезы» появляются из за трещин и внутренних напряжений, в конце процесса кристаллизации, в то время когда материал остается еще горячим и слабым.

Иногда негативному влиянию серы можно противодействовать путем предоставления наполнителя с повышенным содержанием марганца, что способствует производству сульфидов безвредного марганца, таким образом, решение проблемы горячей серы будет решено.

Газы, в сварном шве обнаруживаются при наличии пористость, которая усиливается, когда растворимость при низкой температуре ниже, чем в жидком металле или при повышенной температуре.

Контроль микроструктуры

Сварка легированной стали обеспечивает интенсивное местное тепло, которое влияет на структуры, присутствующие вблизи сустава и вызывает те структурные изменения, которые должны быть предусмотрены, зная химический состав основного металла, форму и размеры структурных элементов и скорости охлаждения.

Как уже отмечалось, твердость и хрупкость идут вместе.

Важно

  Поэтому, если условия (углеродистое и низколегированное содержание) таковы, что можно ожидать твердость и хрупкость мартенситной микроструктуры при охлаждении температуры после сварки-легированной стали, риск развития трещин, то изменение скорости охлаждения должна быть реализована, главным образом путем предварительного нагрева, чтобы предотвратить структуру из формовки, или закалить их и снизить твердость с повышенной пластичностью.

Читайте также:  Припои для пайки медных изделий

Поступление тепла является одним из основных факторов, участвующих в успехе сварки легированной стали.  Хотя точное значение не может быть доступно из-за потери тепла, которое трудно объяснить, общая оценка его последствий может помочь в оценке возможных результатов процедуры изменения.

Источник: http://electrowelder.ru/index.php/news/33-methods-of-welding/378-welding-of-stainless-steel.html

Сварка углеродистых и легированных сталей

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

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

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

Особенности сварки высоколегированных сталей

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%.

В основном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором.

Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.

Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает свариваемость, способствуя созданию тугоплавких окислов.

Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей.

Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

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

Содержание тех или иных легирующих элементов определяют по маркировке стали.

Первые две цифры в маркировке означают содержание углерода в сотых долях процента; легирующие элементы обозначают буквенными символами, а стоящие за ними цифры указывают на примерное содержание этих элементов, при этом единицу и меньше не ставят.

Совет

Символ «А», установленный в конце маркировки, указывает, что сталь высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Наиболее широкое применение получили коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 10Х23Н18 и некоторые другие).

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода.

Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки.

В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации.

Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла.

Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей.

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

Обратите внимание

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

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

Введение легирующих элементов меняет и технологические особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое сопротивление.

Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

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

Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее свариваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной температуры.

К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин.

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

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

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

Источник: http://build.novosibdom.ru/book/export/html/296

Сварка сталей разного типа, таких как легированные, аустенитные и жаропрочные

В целях придания металлу определенных физико-механических свойств и изменения его строения проводится легирование металла.

В результате данного процесса удается повысить твердость, износостойкость, а также придать металлу высокую стойкость к коррозии.

В качестве основных легирующих элементов выступают никель, хром, марганец, молибден, вольфрам, кремний. В зависимости от количества легированных элементов стали делятся на:

  • — низколегированные (содержание легирующего элемента составляет менее 5%);
  • — среднелегированные (5-10%);
  • — высоколегированные (более 10%).

Соответственно, сварка легированных сталей проводится с учетом их состава.

Технология сварки низколегированных сталей

Основными критериями свариваемости низколегированных сталей является сопротивляемость сварных соединений хрупкому разрушению и холодным трещинам. Как правило, в таких металлах в ограниченном количестве содержаться C, Ni, Si, S и P, поэтому их сварка требует соблюдения особых режимов и использования присадочных материалов, которые позволяют избежать появления трещин.

В зависимости от максимальной и минимальной скоростей охлаждения металла околошовной зоны определяются необходимая температура предварительного подогрева и диапазон режимов сварки. Учитывать максимальную скорость охлаждения низколегированных металлов надо для того, чтобы не допустить образования в околошовной зоне холодных трещин.

Важно

При ручной электродуговой сварке низколегированных сталей используются электроды с низко-водородным фторо-кальциевом покрытии. Наиболее широко применяются электроды типа Э 70, соответствующие ГОСТу 9467-75.

Сварка должна выполняться постоянным током при обратной полярности. При этом необходимо следить, чтобы наплавленный электродами металл соответствовал следующему химическому составу (в процентах):

  • — Ni – 1,3…1,8;
  • — Mo – 0,2…0.4;
  • — Cr – 0,6…1,0;
  • — Mn – 0.8…1,2;
  • — S – до 0,03;
  • — Si – 0,2…0.4;
  • — Р – до 0,03;
  • — С – до 0,10.

Выбор сварочного тока осуществляется в соответствии с диаметром и маркой электрода. Также необходимо учитывать расположение шва в пространстве, толщину свариваемого металла и вид соединения.

Сварка технологических участков должна проводиться без перерывов, при этом температура сварного соединения не должна опуститься ниже температуры предварительного подогрева.

Кроме того, не допускается его нагрев выше 200 градусов перед выполнением следующего прохода.

к меню ↑

Сварка под флюсом низколегированных сталей

Технология данного способа сварки предполагает использование постоянного тока обратной полярности. Также нужно соблюдать следующие условия:

  • — максимальная сила тока не должна превышать 800 А;
  • — максимальное напряжение дуги – не более 40 В;
  • — скорость сварки – 13-30 м/ч.

При соединении низколегированных металлов толщиной до 8 мм применяется односторонняя однопроходная сварка, которая выполняется на флюсовой подушке или на остающейся стальной подкладке.

Для швов таких сталей, сваренных под флюсом, характерна высокая стойкость к коррозии в морской воде, что обеспечивается за счет активного участия в процессе основного металла, а также высокого содержания легирующих элементов.

к меню ↑

Газовая сварка

При газовой сварке низколегированных металлов стоит учитывать, что она характеризуется повышенным выгоранием легирующих примесей и разогревом свариваемых кромок, а также пониженной стойкостью к коррозии. В результате полученные сварные соединения обладают более низкими качествами по сравнению с другими способами сварки легированных сталей.

Поэтому для повышения механических свойств шва целесообразно применять проковку при температуре 800-850 градусов, после чего проводится нормализация.

В качестве присадочных материалов для низколегированных сталей при газовой сварке применяется проволока марок Св-08, Св-08А, СВ-10Г2, для ответственных швов – и Св-18ХМА и Св-18ХГС.

В то же время одним из эффективных способов соединения низколегированных сталей считается их сварка в углекислом газе с одновременным применением порошковой проволоки.

к меню ↑

Многослойная и электрошлаковая

Для качественного соединения толстых низколегированных металлов часто используется многослойная сварка, которая проводится с небольшими отрезками времени между слоями. При необходимости соединения кромок разной толщины выбор сварочного тока подбирается по кромке большей толщины. Соответственно, большая часть зоны дуги должна быть направлена на эту кромку.

Затем металл нагревается до 650-680 градусов, что позволяет повысить твердость шва и всей околошовной зоны. Время выдержки при данной температуры рассчитывается исходя из толщины легированных сталей (на каждые 25 мм приходится 1 час), после чего металл охлаждается на воздухе или горячей воде.

Для изготовления крупногабаритных изделий из легированных металлов используется электрошлаковая сварка. В этом случае толщина стали может составлять 30-160 мм. Соединение производится с помощью флюса АН-8 и проволоками Св-10Г2 и Св-08ГС.

Преимуществом такого метода является возможность отказаться от дальнейшей термообработки готовых конструкций. Сварка ведется при более быстром режиме подачи сварочной проволоки, также увеличивается скорость поперечных движений электрода. При этом возрастает и время выдержки у ползунов.

к меню ↑

Технология сварки высоколегированных металлов

В зависимости от состава легирования выделяют жаропрочные, жаростойкие и коррозионностойкие стали. Основными легирующими элементами являются хром (не менее 16%) и никель (не менее 7%), однако на структуру также влияет содержание аустенизаторов (C, B, Co, Cu) и других элементов-ферритизаторов (Si, Al, W, Mo, Ti, V) .

Жаропрочной считается сталь, если она способна в течение длительного времени выдерживать нагрузки при нагреве. Для этого в ее состав легируется молибден (до 7%). Жаростойкая сталь эффективно противостоит химическому разрушению в газовых средах, где температура достигает 1100-1150 градусов.

С учетом данных особенностей к сварным соединениям в каждом случае предъявляются свои требования.

к меню ↑

Сварка аустенитных сталей

Основная особенность сварки аустенитных легированных сталей заключается в том, что они имеют склонность к образованию горячих трещин в шве и околошовной зоне.

Читайте также:  Схемы регуляторов мощности паяльников

Кроме того, по причине больших коэффициентов линейного расширения и усадки происходит пластическая деформация металла, что может привести к упрочнению первых слоев металла и околошовной зоны, т.н. явлению самонаклепа.

Поэтому при сварке выбираются такие режимы термической обработки, которые обеспечивают снятие самонаклепа, а также гомогенизацию структуры сварного соединения.

При соединении данных легированных сталей металл необходимо защищать от попадания него брызг самого металла и шлака, иначе они повреждают поверхность, что приводит к ослаблению конструкции и появлению коррозии. Для этого околошовная зона покрывается специальным защитным покрытием (кремнийорганический лак или грунт ВЛ-02, ВЛ-023).

к меню ↑

Особенности различных методов сварки высоколегированных сталей

Дуговая сварка данных легированных сталей, чаще всего, предполагает использованием электродов с фтористокальциевым покрытием, что обеспечивает образования шва с оптимальным химическим составом. Этот вид электродов обязывает применение тока обратной полярности. В целях снижения вероятности образования трещин технология сварки требует тщательной прокалки электродов.

Высоколегированные стали подвержены существенной межкристаллической коррозии, поэтому газовое соединение не рекомендуется. Исключение составляют жаростойкие и жаропрочные варианты с толщиной 1-2 мм.

В этом случае сварка легированных металлов осуществляется нормальным пламенем с мощностью 70-75 л/ч на 1 мм толщины. Стоит учитывать, что в сварных соединениях могут появиться значительные коробления.

Для соединения высоколегированных сталей толщиной 3-50 мм оптимальным вариантом считается использование сварки под флюсом, так как она обеспечивает высокую стабильность свойств и состава металла всей длины шва. Данное свойство достигается за счет отсутствия частых кластеров, которые обычно образуются при смене электродов, а также равномерным плавлением электродной проволоки.

Кроме того, сварка сталей под флюсом снижает трудоемкость подготовительных работ, ведь разделка кромок происходит на металле с толщиной более 12 мм.

Технология и режимы соединения высоколегированных сталей по сравнению со сваркой низколегированных сталей имеет ряд дополнительных особенностей.

Для недопущения перегрева металла, соответственно, укрупнения структуры и возможности образования трещин сварка выполняется швами небольшого сечения.

Поэтому используются сварочные проволоки с диаметром 2-3 мм, а по причине высокого электросопротивления аустенитных сталей вылет электрода уменьшается в 1,5-2 раза.

к меню ↑

Сварка жаропрочных сталей

Для этого вида легированных сталей в основном используется дуговая сварка вольфрамовым электродом, которая проходит в среде защитных газов (аргон или гелий). Также широко применяется механизированная аргонодуговая сварка неплавящимися и плавящимися электродами и автоматическая сварка под флюсом.

По сравнению со сваркой в гелиевой защитной среде сварка в аргоновой среде отличается меньшим расходом газа, меньшим напряжением дуги и большим сварочным током.

Технология сварки легированных жаропрочных сталей требует их соединения в состоянии после закалки. Для этого металл нагревается до температуры 1050-1100 градусов, а затем резко охлаждается.

Может также применяться плазменная сварка, которая отличается малым расходом защитного газа и возможностью получения плазменных струй разнообразного сечения. Такой метод подходит как для тонколистовых материалов, так для металла с толщиной до 12 мм.

Источник: http://GoodSvarka.ru/metalov/osobennosti-texnologij-svarki-legirovannyx-stalej/

Газовая сварка легированных сталей

Свариваемость легированных сталей определяется их составом. Большинство легирующих добавок понижает теплопроводность стали, вследствие чего увеличивается склонность к короблению. При газовой сварке легированных сталей происходит также частичное выгорание легирующих примесей, поэтому металл шва по своим свойствам отличается от основного металла.

Для предупреждения перегрева наплавленного металла и появления деформаций легированные стали сваривают горелками меньшей мощности. Для уменьшения выгорания легирующих элементов пламя выбирают нормальное или с небольшим избытком ацетилена.

Некоторые легированные стали закаливаются на воздухе, поэтому при сварке таких сталей применяют предварительный подогрев и последующую термообработку.

Низколегированные стали содержат легирующих элементов до 2,5%. Для строительных конструкций применяют низколегированные стали 10ХСНД и 15ХСНД, которые хорошо свариваются газовой сваркой. При сварке применяется нормальное пламя.

Совет

Мощность сварочного пламени выбирается из расчета расхода ацетилена 75-100 дм3/ч при левом способе и 100-130 дм3/ч при правом способе на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадки используется сварочная проволока Св-08, Св-08А, Св-10Г2. Сварка осуществляется без применения флюса.

Для повышения механических свойств металла шов проковывают при светлокрасном калении (800-850°С) с последующей нормализацией.

Низколегированные теплоустойчивые молибденовые (12М, 15М, 20М и 25МЛ) и хромомолибденовые (12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 30ХМ) стали применяют для изготовления паровых котлов и труб высокого давления. Газовую сварку этих сталей выполняют нормальным ацетиленокислородным пламенем.

Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 100 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. В качестве присадочной используют сварочную проволоку марок Св-08ХНМ, Св-10ХНМА, Св-18ХМА, Св-08ХМ, Св-10ХМ. Сварку этих сталей ведут обратноступенчатым способом небольшими участками длиной 16-25 мм.

В связи с тем что эти стали способны к закалке на воздухе, рекомендуется сваривать их с предварительным подогревом до 250-300°С. При сварке применяют как левый, так и правый способы сварки. Кромки свариваемого металла перед сваркой зачищают до металлического блеска. При толщине металла до 5 мм сварку проводят за один проход, при большей толщине применяют многослойную сварку.

Сварку рекомендуется вести с наименьшим числом перерывов. При возобновлении сварки после перерыва необходимо подогреть весь стык до 250-300°С. После окончания сварки пламя горелки медленно отводят вверх, что способствует более полному выделению газов из расплавленного металла.

При сварке необходимо следить за тем, чтобы переход от усиления шва к основному металлу был плавным по всей длине шва. Хромомолибденовые стали свариваются хуже, чем молибденовые, что обусловливается наличием хрома, который образует тугоплавкие оксиды. Сварные изделия из хромомолибденовой и молибденовой стали после сварки подвергают термообработке.

Сварные изделия из молибденовой стали нагревают горелкой до 900-930°С, изделия из хромомолибденовой стали — до 930-950°С. Ширина нагрева должна в пять раз превышать ширину шва. После нагрева до указанных температур изделия охлаждают на воздухе. Указанные мероприятия обеспечивают получение сварного соединения, близкого по прочности к основному металлу.

Низколегированные хромокремнемарганцовистые стали марок 20ХГС, 25ХГС, 30XГC, 30ХГСА и 35ХГС обладают хорошей прочностью, упругостью, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки, но менее теплоустойчивы, чем хромомолибденовые стали. Эти стали содержат 0,17-0,4% С, 0,9-1,2% Si, 0,8-1,1% Mn и Si.

При газовой сварке этих сталей хром и кремний частично выгорают, что может привести к появлению в сварном шве оксидов, шлаков и непроваров. Для предупреждения окисления легирующих добавок сварку проводят нормальным пламенем. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 75-100 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла.

Обратите внимание

В качестве присадочного металла для неответственные конструкций применяют низкоуглеродистую сварочную проволоку Св-08 и Св-08А, а для ответственных конструкций- сварочную проволоку, Св-18ХГСА, Св-10ХГС, Св-13ХМА и Св-19ХМА. Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки.

Кромки свариваемых деталей должны быть тщательно очищены от загрязнений и подогнаны под сварку так, чтобы зазор по всей длине шва был одинаковым.

Перед газовой сваркой свариваемые детали скрепляют прихватками через 20-30 мм при толщине металла -0,5-1,5 мм, через 40-60 мм при большей толщине металла. Сварку подготовленных деталей необходимо вести без перерывов, не задерживая пламя горелки на одном месте, чтобы не перегревать металл сварочной ванны.

Для уменьшения коробления сварку проводят от середины шва к краям и обратноступенчатым способом в зависимости от длины свариваемых швов. Учитывая склонность этих сталей к закалке, для устранения образования трещин в металле шва и околошовной зоне после сварки проводят медленное охлаждение свариваемой детали.

После сварки ответственных деталей из этих сталей их подвергают закалке и отпуску. Закалку проводят при температуре 500-650°С с выдержкой при этой температуре и последующим нагревом до температуры 880°С и охлаждением в масле.

Отпуск состоит в нагреве до температуры 400-600° и последующем охлаждении в горячей воде.

Хромистые стали обладают повышенной кислото- и жаростойкостью и применяются для изготовления деталей и оборудования, работающего в агрессивных средах при высоких температурах. Хромистые стали содержат 0,13-0,9% С и 4-30% Сr.

Хромистые стали склонны к образованию закалочных структур при охлаждении на воздухе, и результате чего после сварки могут образоваться трещины в сварном шве и околошовной зоне. Чем выше содержание углерода в хромистых сталях, тем хуже они свариваются и тем выше склонность их к короблению при остывании шва. При сварке хромистых сталей применяют нормальное пламя.

С целью предупреждения коробления свариваемых деталей газовую сварку ведут на пониженной мощности пламени из расчета расхода ацетилена 70 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Для уменьшения коробления сварку хромистых сталей, содержащих до 14% Сr, выполняют с предварительным подогревом до 150-200°С, содержащих свыше 14% Сr — до 200-250°С.

Важно

В качестве присадочной применяют сварочную проволоку Св-02Х19Н9, Св-04ХН19Н9, Св-06Х19Н9Т. Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа газовой сварки. Газовая сварка должна выполняться с максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева одного и того же места шва.

Газовую сварку выполняют в один слой, при сварке деталей толщиной до 3 мм применяют левый способ, толщиной более 3 мм — правый способ. Для предохранения выгорания хрома и удаления из сварочной ванны оксидов хрома применяют флюс следующего состава:

  • борной кислоты — 55%
  • оксида кремния -10%
  • ферромарганца — 10%
  • феррохрома — 10%
  • ферротитана — 5%
  • титановой руды 5%
  • плавикового шпата — 5%

После сварки проводится термообработка по режиму, предусмотренному для данной марки стали.

Хромоникелевые аустенитные стали обладают высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, они нашли широкое применение в химической промышленности и других отраслях народного хозяйства. Газовой сваркой сваривают сталь толщиной не более 3 мм.

Сварка выполняется строго нормальным пламенем. Мощность сварочного пламени выбирают из расчета расхода ацетилена 75 дм3/ч на 1 мм толщины свариваемого металла. Для сварки применяют присадочную проволоку марок Св-0Х18Н9, Св-0Х18Н9С2, Св-1Х18Н9Т, Св-Х18Н9Б, Св-1Х18Н11М.

Основная трудность при сварке этих сталей состоит в том, что при нагревании до 400- 900°С происходит выпадение карбидов хрома, из-за чего сталь теряет устойчивость против коррозии. Сварку нержавеющих хромоникелевых сталей ведут с максимальной скоростью, конец присадочной проволоки все время должен находиться в сварочной ванне.

Диаметр присадочной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. Сварку можно выполнять как левым, так и правым способами, а при наложении длинных швов — обратноступенчатым способом.

Для удаления оксидов при сварке применяют флюс НЖ-8, который содержит 28% мрамора, 30 фарфора, 10 ферромарганца, 6 ферросилиция, 6 ферротитана и 20% двуоксида титана. Флюс применяют в виде пасты, которую наносят на свариваемые кромки за 15-20 мин до начала сварки.

Остатки флюса после сварки удаляют тщательной промывкой швов горячей водой. Для улучшения механических свойств, устранения межкристаллитной коррозии и деформаций рекомендуется сваренные детали подвергать термообработке с нагревом до температуры 1050-1100°С с последующим охлаждением в воде.

Источник: http://weldering.com/gazovaya-svarka-legirovannyh-staley

Ссылка на основную публикацию