9.2.2 Технология сварки легированных конструкционных сталей

Легированные – стали с одним или несколькими легирующими элементами при суммарном их содержании 2, 5…10%. В основном это конструкционные стали, главными и общими характеристиками которых являются механические свойства. Временное сопротивление сталей составляет 800…2000 МПа за счёт комплексного легирования и надлежащей термической обработки, главным образом, закалки с последующим отпуском. Большинство марок сталей относится к перлитному классу.

Особенности сварки сталей.

Легированные стали принципиально пригодны для ручной дуговой сварки, однако, требуют применения специальных технологических мер, необходимость в которых определяется их химическим составом и структурным состоянием – следствием термического упрочнения.

Значения эквивалентного углерода сталей в среднем составляет 0, 6…0, 7%, что значительно превышает критическую величину – 0, 45%. Образование закалочных участков при наличии сварочных и других растягивающих напряжений приводит к возникновению в сварных соединениях холодных трещин. Этому способствует и повышенное содержание диффузионного водорода в металле шва.

Предотвратить появление малопластичных закалочных структур, и, как следствие, холодных трещин можно, регулируя термический цикл сварки. Это может быть достигнуто путём принудительного нагрева стали в месте сварки и/или посредством повышения эффективной погонной энергии, т. е. сварки на форсированных по току режимах с большим разогревом металла.

Для восстановления прочностных и других характеристик стали в зоне термического влияния осуществляют полную термическую обработку сварных соединений (закалку с последующим отпуском). Только высокий отпуск, который иногда практикуют из-за невозможности полной термической обработки, позволяет снять сварочные напряжения и смягчить возникшие при сварке закалочные структуры, а также удалить из металла шва большую часть диффузионного водорода.

Значительное снижение склонности сварных соединений к образованию холодных трещин при сварке легированных сталей наблюдается при получении, за счёт применения специальных электродов, металла шва с аустенитной структурой, содержащей существенное количество никеля. Аустенитный металл шва, имея более низкую по сравнению с легированной сталью температуру плавления, заполняет образующиеся в зоне сплавления надрывы основного металла, вызванные оплавлением границ зёрен. Однако прочностные характеристики шва с аустенитной структурой заметно уступают аналогичным показателям легированной стали.

Рекомендуемая технология сварки сталей.

В общем случае для сварки конструкций из легированных сталей с последующей термической обработкой следует применять электроды типа Э70, Э85, Э100 по ГОСТ 9467-75. электроды должны быть прокалены при температуре 400…420^оС в течение 2…2, 5 ч. Температура хранения в печах и шкафах 100…150^оС, время не ограничено. На рабочем месте электроды хранят в пеналах-термосах не более 2…4 ч в зависимости от влажности и температуры воздуха или в термопеналах при температуре 70…100^оС в течение смены. При работах в отапливаемом помещении допускается хранение электродов не более 2 ч в закрытой таре.

При сварке конструкций из легированных сталей без последующей термической обработки сварных соединений (и без подогрева металла) используют электроды, обеспечивающие высоколегированный хромоникелевый наплавленный металл и металл шва с высоким содержанием никеля и устойчивой аустенитной структурой, например типа                   Э-11Х15Н25М6АГ2 по ГОСТ 10052-75 (НИАТ-5, ЦТ-10, ЭА-395/9).

Следует отметить, что при сварке легированных сталей недопустимо применение электродов, дающих аустенитно-ферритную структуру наплавленного металла и предназначенных для сварки хромоникелевых коррозионностойких сталей. Это электроды типа Э-07Х20Н9 (ОЗЛ-8), Э-08Х20Н9Г2Б (ЦЛ-11, ОЗЛ-7) и т. п. При сварке подобной группой электродов в зоне сплавления со стороны металла шва появляются мартенситные прослойки, вызывающие охрупчивание сварных соединений.

Таблица 9. 3

Некоторые марки электродов, предназначенных для сварки легированных сталей

В общем случае температура подогрева стали в зависимости от марки и толщины составляет 150…250^оС. Сварку стали толщиной до 2…3 мм выполняют без предварительного подогрева. При необходимости, например при сварке жёстких конструкций, температура подогрева стали может быть увеличена до 300…350^оС.

При температуре окружающего воздуха ниже 0^оС температуру подогрева дополнительно повышают на 50^оС. Сварка при температуре воздуха ниже 15^оС без применения специальных мероприятий недопустима. При сварке конструкций из легированных сталей с использованием электродов, обеспечивающих устойчивую аустенитную структуру металла шва, предварительный подогрев металла не требуется.

При производстве работ с полной термической обработкой сварку выполняют на повышенных по току режимах, при этом температура разогретого дугой металла не должна опускаться ниже температуры предварительного подогрева. Такая температура должна поддерживаться в течение всего процесса сварки. Последнее обеспечивается либо принудительным сопутствующим подогревом, либо, что более рационально, выполнением сварки каскадным способом, а при наличии протяжённых швов – секциями длиной 500…600 мм. Причём сварку каждой секции следует также вести каскадом без перерывов до её полного заполнения.

Термическую обработку выполненных сварных соединений проводят непосредственно после окончания сварки.

Сварку конструкций из легированных сталей с использованием специальных электродов, обеспечивающих получение требуемого металла шва с аустенитной структурой, выполняют без последующей термической обработки.