Сварка специальных (легированных) сталей

Подробности

Опубликовано 27.05.2012 13:38

Просмотров: 13901

В зависимости от химического состава специальных сталей процесс сварки протекает по-разному. При сварке этих сталей происходит частичное выгорание легирующих примесей, вследствие чего металл шва по своим свойствам отличается от основного металла. Легированные стали хуже проводят тепло, чем малоуглеродистые стали. Малая теплопроводность легированных сталей способствует, во-первых, перегреву свариваемого металла, а во-вторых, появлению больших деформаций. Появление деформаций объясняется также большим, чем у малоуглеродистой стали коэффициентом линейного расширения.

С целью предупреждения перегрева металла и появления больших деформаций легированные стали сваривают горелкой меньшей мощности, чем это требуется для малоуглеродистой стали. Для уменьшения выгорания специальных примесей пламя горелки должно быть нормальным или с небольшим избытком ацетилена. Некоторые сорта специальных сталей могут закаливаться на воздухе, особенно в зоне термического влияния. Во избежание этого применяется перед сваркой подогрев изделия. Ряд сталей после сварки проходит термическую обработку.

Низколегированные хромокремненикелемедистые стали для строительных конструкций марок 15ХСНД (СХЛ-1, HJ1-2) и 10ХСНД (CXJ1-4). Эти стали хорошо свариваются ввиду небольшого количества углерода (соответственно до 0,18 и 0,12%) и малого содержания легирующих примесей (марганца 0,4—0,8%, никеля — 0,3— 0,6%, хрома 0,6—0,9%, меди —0,2—0,4%, кремния — 0,7—1,1 %).

Наконечник выбирается из расчета 100—130 л ацетилена в час при левой и 120—150 л/ч при правой сварке на 1 мм толщины металла. Пламя — нормальное. Присадочная проволока берется малоуглеродистая или того же сорта стали, что и свариваемый металл. Для получения большей плотности шва применяется проковка при светло-красном калении (800—850° С). Для улучшения пластических свойств соединения после проковки его подвергают нормализации с нагревом в лечи или горелкой и последующим охлаждением на воздухе.

Низколегированные молибденовые и хромомолибденовые стали. Стали этого типа применяются для изготовления труб в котлах высокого давления. Молибденовые стали — 15М, 20М и ЗОМ содержат 0,4—0,55% молибдена и до 0,3% хрома. Хромомолибденовые стали 20ХМ и ЗОХМ содержат 0,15—0,25% молибдена и 0,8—1,1% хрома. При сварке этих сталей мощность наконечника составляет 100— 130 л ацетилена в час на 1 мм толщины металла. Пламя горелки должно (быть нормальным. Иногда, чтобы предотвратить образование окислительного пламени в процессе сварки, начальную регулировку его производят с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадочного металла применяют проволоку ,марок Св-18ХМА, Св-ЮХМ, Св-ЮМХ и Св-10Х5М по ГОСТ 2246-60, химический состав которых приведен в табл. 1. Хромомолибденовую сталь лучше сваривать проволокой марки Св-18ХМА. Диаметр проволоки в зависимости от толщины металла берется равным:

Толщина металла в мм. до 3 4—6 7—10 Диаметр присадочной

проволоки в мм . . . 3—4 4—5 4—6

Кромки металла перед сваркой должны быть зачищены до металлического блеска. При температуре окружающей среды ниже нуля должен проводиться предварительный подогрев изделия до 250—300° С. Если толщина свариваемого металла больше 16 мм, то вне зависимости от температуры окружающей среды изделие предварительно подогревают до той «же температуры, причем она должна сохраняться во время сварки примерно постоянной.

При толщине металла до 5 мм сварка ведется в один слой, а при большей толщине — в два и больше слоев. При двухслойной сварке первый слой накладывается на всю толщину металла, а вторым слоем усиливают шов. Сварка должна проводиться без перерыва. После окончания сварки пламя горелки должно медленно отводиться вверх, что способствует более .полному выделению газов из расплавленного металла; шов при этом получается плотным. При возобновлении сварки следует равномерно прогреть весь шов до 250— 300° С.

Сварные изделия из хромомолибденовой и молибденовой стали после сварки подвергаются термообработке. Стали 15М и 20М подвергаются нормализации путем нагрева горелкой до 900—930° и охлаждения на воздухе. Такая термообработка уменьшает внутренние напряжения и улучшает механические свойства сварного соединения.

Низколегированные хромокремнемарганцовистые стали (хромансиль). К этим сталям относятся следующие наиболее распространенные марки: 20ХГС, 25ХГС, ЗОХГС и 35ХГС. Они содержат от 0,17 до 0,40% углерода; 0,9—1,2% кремния; 0,8—1,1% марганца; 0,8—1,1% хрома. Эти стали после термической обработки обладают высокой прочностью. Мощность пламени наконечника выбирают из расчета 75 л ацетилена в час на 1 мм свариваемой толщины металла. Пламя должно быть нормальным. Окислительное пламя способствует усиленному выгоранию хрома, кремния и марганца, что приводит к появлению в сварочной ванне окислов и шлаков.

В качестве присадочного металла используется малоуглеродистая проволока марки Св-08 и Св08А, а когда от шва требуется повышенная прочность, то применяется проволока Св-18ХГСА или Св-18ХМА.

Кромки деталей должны быть очищены и хорошо подогнаны; зазор по всей длине шва должен быть строго одинаковым.

Прихватка листов производится через каждые 20—30 мм при толщине металла до 1,5 мм, а при большей толщине — через 40— 60 мм. От края листа прихватка должна отстоять на 10—15 мм.

Сварка должна проводиться в один слой от середины длины шва к его краям. Для уменьшения выгорания легирующих добавок сварку надо производить быстро, без перерывов и задержки пламени горелки на одном месте. Так как хромокремнемарганцовистые стали при резком охлаждении легко закаливаются, то при быстром отводе горелки от сварочной ванны возможно появление трещин в шве и в зоне термического влияния. Поэтому горелку нужно отводить медленно вверх, одновременно прогревая факелом пламени металл вокруг места окончания сварки.

Сваренные узлы иногда подвергаются термической обработке (закалке с отпуском). Закалку производят нагреванием до 500— 650° С, выдерживают при этой температуре 5 мин и дольше (из расчета 1,5 мин на 1 мм толщины), затем изделие нагревают до 880° С при той же продолжительности выдержки. После этого деталь охлаждают в масле. Отпуск заключается в нагреве стали до 400—600° С с последующим охлаждением в горячей воде.

Хромистые стали. Стали с содержанием хрома больше 12— 14% хорошо сопротивляются действию кислот и высоких температур. В промышленности применяются хромистые стали с содержанием хрома до 30% и углерода — от 0,13 до 0,9%.

Хромистые стали легко закаливаются на воздухе и поэтому в швах после сварки могут образоваться трещины, причем чем больше в стали углерода, тем чаще образуются трещины. Предварительный подогрев до 150—200° уменьшает опасность появления трещин. Такой подогрев обязателен для сталей с содержанием хрома более 14%. Большой коэффициент линейного расширения и малая теплопроводность этих сталей способствуют значительному короблению. Для уменьшения коробления и предупреждения перегрева хромистые стали варят пламенем пониженной мощности из расчета 70 л ацетилена в час на 1 мм толщины свариваемого металла.

Пламя горелки должно быть строго нормальным; избыток кислорода приводит к окислению хрома, а избыток ацетилена — к образованию так называемых карбидов хрома, что нежелательно, так как металл перестает быть стойким против кислот.

Присадочная проволока может быть из стали той же марки, что и основной материал, или же марки Св-04Х19Н9.

Для предупреждения выгорания хрома и выпадения карбидов хрома сварку необходимо производить быстро, избегая перерывов и повторных нагревов. Сварка должна быть односторонней и в один слой. Выгорание хрома предупреждается также нанесением на проволоку и свариваемые кромки флюса, причем флюс должен покрывать как лицевую, так и обратную стороны шва. Флюс не только предохраняет хром от выгорания, но и удаляет из ванны в шлак образовавшиеся окислы хрома. Состав флюса следующий (в %):

Борная кислота ..............55

Окись кремния..................10

Ферромарганец........ 10

Феррохром .................10

Ферротитан .................5

Титановая руда (концентрат) . 5

Плавиковый шпат...... 5

После сварки детали проходят термическую обработку, соответствующую данной марке стали.

Из-за длительного нагрева, имеющего место при газовой сварке в зоне нагрева у сталей марок XI7, Х28, получается крупнозернистая структура. Поэтому для таких сталей применение газовой сварки нежелательно.

Хромоникелевые нержавеющие стали. Наиболее распространенными марками этих сталей являются 1Х18Н9Т, Х18Н12М2Т и др. Они обладают высокой прочностью и вязкостью и хорошо сопротивляются действию высоких температур, щелочей, кислот и прочих, хорошо выдерживают холодную штамповку. Указанные свойства получаются благодаря определенному содержанию легирующих элементов: хрома 17—19%, никеля 8—11%.

Эти стали свариваются хорошо, но при сварке встречаются следующие затруднения.

1.            При нагреве стали происходит выделение карбидов хрома, благодаря чему уменьшается устойчивость стали против действия кислот и щелочей. Титан и ниобий, введенные в сталь, уменьшают в ней склонность к выпаданию карбидов.

2.            Хром при сварке легко окисляется и дает тугоплавкие окислы хрома, которые остаются в шве в виде шлаковых включений.

3.            Так как хромоникелевые стали плохо проводят тепло и имеют большой коэффициент линейного расширения, то при сварке получаются значительные напряжения и коробления.

Мощность пламени горелки берут из "расчета 75 л/ч ацетилена на 1 мм толщины металла. Пламя должно быть строго нормальным: избыток кислорода приводит к образованию окислов !хрома и шов становится пористым; при избытке ацетилена образуются карбиды хрома и снижается пластичность металла.

Присадочная проволока может быть того же состава, что и основной металл; лучше брать проволоку с присадкой титана или ниобия, а углерода не должно быть более 0,12%.

Для металла толщиной до 1,5—2 мм делается отбортовка. Высота отбортовки равна толщине листа. При толщине листа 3—4 мм сварка производится без скоса кромок, а при большей толщине делается скос под углом 70—90°.

Для удаления окислов хрома и предупреждения появления их применяется флюс следующего состава: плавиковый шпат 80%; ферротитан 20%. Можно также взять флюс, состоящий из смеси 50% буры и 50% борной кислоты или 80% буры и 20% окиси кремния. Флюс замешивается на воде до консистенции сметаны. На кромки изделия он наносится за 15—20 мин до сварки. Наносить флюс необходимо с лицевой и с обратной сторон кромок. Для уменьшения коробления применяется обратноступенчатый способ сварки, причем начинают сварку на расстоянии 75—100 мм от края изделия. Желательно также сварку вести на медной или стальной подкладке, что усиливает отвод тепла от шва. Сварку следует вести быстро и в один проход, колебаний проволокой не производить. Сварочная ванна должна быть покрыта тонким слоем шлака, а конец проволоки— погружен в ванну. Сварка производится как левым, так и правым способами. Наклон мундштука горелки и проволоки такой же, как и при сварке углеродистой стали.

Для улучшения механических свойств и повышения стойкости против коррозии после сварки рекомендуется термообработка (нагрев до 1100° и быстрое охлаждение при толщине металла 1—2 мм на воздухе, при большей — в воде).

После сварки шлак и оставшийся флюс должны быть удалены промывкой швов в горячей воде.