 |
9.3.2. Сварка низколегированных бейнитно-мартенситных сталей
|
|
|
|
9. 3. 2. Сварка низколегированных бейнитно-мартенситных сталей
Основные марки бейнитно-мартенситных сталей: 13ХГМРБ, 14Х2ГМ, 14ХГН2МДАФБ, 12Г2СМФАЮ, 12ХГЕ2МФБДАЮ, 12ХГН3МАФД-СШ и др.
Основными показателями свариваемости низкоуглеродистых бейнитно-мартенситных сталей являются сопротивляемость сварных соединений холодным трещинам и хрупкому разрушению и механические свойства зоны термического влияния, которые, прежде всего, связаны с фазовыми превращениями и структурными изменениями, происходящими в стали при сварке.
Сварка покрытыми электродами. Электроды для ручной дуговой сварки имеют низководородное фтористо-кальциевое покрытие. Широко применяют электроды типа Э70 по ГОСТ 9467-75. Сварку выполняют постоянным током при обратной полярности. Последовательное наложение швов применяют при сварке металла толщиной до 25 мм. Каскад и горку используют при сварке металла большой толщины. Выбор схемы заполнения разделки кромок определяется необходимостью сохранить температуру подогрева металла в процессе сварки.
Сварку технологических участков следует производить без перерывов, не допуская охлаждения сварного соединения ниже температуры предварительного подогрева и нагрева перед выполнением следующего прохода выше 200оС. При многопроходной сварке предварительный подогрев может использоваться только при выполнении первых проходов.
Сварка в защитных газах. При сварке в углекислом газе применяют проволоку марок Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМВ, Св-08ХН2Г2СМЮ или порошковую проволоку.
Сварку в смесях на основе аргона выполняют проволокой марки Св-08ХН2ГМЮ, при этом практически отсутствует разбрызгивание, швы имеют хороший внешний вид.
|
|
|
Проволока марки Св-10ХГ2СМА обеспечивает прочность металла шва до 680 МПа и ударную вязкость до 25 Дж/см2 при температуре -60оС. Металл шва, выполненный проволокой марки Св-08ХН2Г2СМЮ, имеет показатели прочности до 850 МПа и KCU до 40 Дж/см2 при температуре -70оС. Благоприятное сочетание показателей механических свойств металла швов при сварке сталей с прочностью 580…700 МПа позволяют получать порошковые проволоки с сердечником рутилфлюоритного типа.
Проволоки указанных марок рекомендуются и для сварки угловых швов с катетом свыше 15 мм. Для угловых швов с меньшим катетом в большинстве случаев сварки используют приволоку марки Св-08Г2С. Эту проволоку применяют также при сварке низкоуглеродистых бейнитно-мартенситных сталей с низколегированными сталями повышенной прочности 09Г2, 10Г2С1, 14Г2, 10ХСНД и 15ХСНД.
Проволоками диаметром 1, 0…1, 4 мм сваривают соединения толщиной 3…8 мм, швы в различных пространственных положениях, а также корневые слои многослойных соединений. В остальных случаях используют проволоку диаметром 1, 6 мм.
Сварка под флюсом. Её выполняют на постоянном токе обратной полярности. Сила сварочного тока не превышает 800 А, напряжение дуги до 40 В, скорость сварки изменяют в диапазоне 13…30 м/ч. Одностороннюю однопроходную сварку применяют для соединений толщиной до 8 мм и выполняют на остающейся стальной подкладке или флюсовой подушке.
При автоматической сварке бейнитно-мартенситных сталей применяют низкокремнистые окислительные флюсы. Сварку выполняют проволоками Св-08ХН2ГМЮ или Св-08ХН2Г2СМЮ на постоянном токе обратной или прямой полярности. Это позволяет получить наплавленный металл с достаточно низким содержанием диффузионного водорода, неметаллических включений, серы и фосфора.
Максимальная толщина соединений без разделки кромок, свариваемых двусторонними швами не должны превышать 20 мм. Для стыковых соединений без скоса кромок (односторонних и двусторонних) используют проволоку марки Св-08ХН2М.
|
|
|
Сварку корневых швов стыковых соединений высокопрочных сталей с V- или Х-образной разделкой кромок обычно выполняют проволоками марок Св-08ГА или Св-10Г2. Заполнение разделок кромок осуществляется проволоками марок Св-08ХН2ГМЮ или Св-08ХН2ГСМЮ последовательным наложением слоёв.
Электрошлаковая сварка. При электрошлаковой сварке низкоуглеродистых легированных сталей применяют технологические приёмы, позволяющие повысить скорость охлаждения сварного соединения, например, сопутствующее дополнительное охлаждение зоны сварки.
9. 3. 3. Сварка среднелегированных мартенситно-бейнитных сталей
Среднелегированные мартенситно-бейнитные стали содержат углерод в количестве 0, 4% и более. Они легированы Ni, Cr, W, Mo, V.
Для обеспечения технологической прочности сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами содержание углерода в них не должно превышать 0, 15%, так как дальнейшее увеличение содержания углерода резко повышает склонность металла швов к образованию горячих трещин, а также существенно снижает пластичность и особенно ударную вязкость металла шва в эксплуатационных условиях.
Высокую технологическую прочность и работоспособность можно получить, если содержание легирующих элементов в металле шва не превысит (в %): 0, 15 C; 0, 5 Si; 1, 5 Mn; 1, 5 Cr; 2, 5 Ni; 0, 5 V; 1, 0 Mo; 0, 5 Mb.
Наиболее широко для сварки этих сталей применяют аустенитные сварочные материалы. В большинстве случаев в шве стремятся получить высоколегированную аустенитную хромоникелевую или хромоникелемарганцовистую сталь.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Для сварки среднелегированных высокопрочных сталей используют электроды типов Э-08Х21Н10Г6, Э-13Х25Н18, Э-10Х16Н25АМ6 и др. по ГОСТ 10052-75 и ГОСТ 9467-75.
Для обеспечения свойств сварного соединения, гарантирующих требуемую его работоспособность, критерием для выбора необходимой температуры подогрева является диапазон скоростей охлаждения, обеспечивающих необходимый уровень механических свойств в околошовной зоне. Аустенитными электродами обычно сваривают без предварительного подогрева, но при этом регламентируется время с момента окончания сварки до проведения термообработки изделия. При сварке среднелегированных сталей с невысоким содержанием углерода (0, 12…0, 17%) последующую термообработку проводят в исключительно редких случаях.
|
|
|
Разделку заполняют каскадом или горкой. Температура охлаждения зоны термического влияния в процессе сварки допускается не ниже Тв = 150…200оС. Когда термообработка сварного изделия не может быть выполнена (например, из-за крупных размеров), на кромки детали, подлежащей сварке, наплавляют аустенитными или низкоуглеродистыми (низководородистыми) электродами незакаливающийся слой металла толщины, при которой температура стали под слоем в процессе выполнения сварки не превысит температуру отпуска при термообработке деталей с наплавленными кромками.
Сварка в защитных газах.
Таблица 9. 5
Присадочные материалы и механические свойства сварных соединений при дуговой сварке плавящимся электродом в защитных газах
| Марка стали | Термическая обработка | Марка проволоки при сварке в среде | σ в, МПа | KCU, Дж/см2 | |
| Инертных газов | Углекислого газа | Не менее | |||
| 25ХГСА | Закалка и отпуск после сварки | Св-18ХМА | Св-18ХМА | 0, 9 σ в основного металла | |
| Св-18ХГС | |||||
| 30ХГСА | Св-18ХГС | Св-08ГСМТ | |||
| 12Х2НВФА | Сварка в термически обработанном состоянии без последующей термической обработки | Св-18ХМА | Св-08ГСМТ | 0, 9 σ в основного металла | |
| 23Х2НВФА | Св-18ХМА | Св-08ГСМТ | |||
| 23Х2НВФА | Св-08Х21Н10Г6 | Св-08Х20Н9Г7Т | |||
| Св-08Х20Н9Г7Т | |||||
| Св-10Х16Н25АМ6 | |||||
| 12Х2НВФА | Закалка + отпуск после сварки | Св-18ХМА | Св-08ГСМТ | 0, 9 σ в основного металла | |
| 23Х2НВФА | |||||
| 30Х2ГСНВМА | Закалка + отпуск после сварки: на σ в = 1700 ± 100 МПа | Св-20Х2ГСНВМ | - | 0, 9 σ в основного металла | - |
| 42Х2ГСНМА | на σ в = 2000 ± 100 МПа | Св-20ХСНВФАМД | - | 0, 9 σ в основного металла | - |
Первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка и обратным валиком, второй – поперечными низкочастотными колебаниями электрода и механической подачей присадочной проволоки. Возможен и третий слой – с поперечными колебаниями электрода без присадочной поволоки со стороны обратного формирования шва на небольшом режиме для обеспечения плавного перехода от шва к основному металлу.
|
|
|
Для увеличения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке сталей применяют активирующие флюсы (АФ), представляющие смесь компонентов (SiO2, NaF, NiO2, Ni, Cr2O3).
При сварке среднелегированных высокопрочных сталей в защитных газах (в большинстве случаев инертных или их смесях с активными газами) используют низкоуглеродистые легированные и аустенитные высоколегированные проволоки, например Св-10ХГСН2МТ, Св-03ХГН3МД, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х16Н25АМ6, Св-08Х21Н10Г6.
Отсутствие толстой шлаковой корки на поверхности шва позволяет выполнять полуавтоматическую сварку в защитных газах короткими средней длины участками (каскадом, горкой), сократить до минимума перерыв между наложением слоёв многослойного шва.
Сварка под флюсом. Наряду с затруднениями, связанными с образованием холодных трещин в околошовной зоне, при механизированной сварке под флюсом швы имеют повышенную склонность к образованию холодных трещин. Это связано с тем, что при данном способе сварки доля основного металла в металле шва достаточно велика. В связи с этим в шов с расплавленным основным металлом поступают легирующие элементы, содержащиеся в свариваемой стали, в том числе и углерод, концентрация которого в сталях этой группы достаточно высока.
Флюс выбирают в зависимости от марки электродной проволоки. При использовании низкоуглеродистой проволоки или низколегированной, не содержащей достаточного количества элементов-раскислителей, сварку выполняют под кислыми высоко- или среднемарганцовистыми флюсами (в зависимости от состава свариваемой стали). При использовании низколегированных проволок, содержащих элементы-раскислители в достаточном количестве, лучшие результаты (по механическим свойствам металла шва) обеспечивает применение низкокремнистых, низкомарганцовистых флюсов.
Таблица 9. 6
Сварочные материалы при сварке под флюсом и механические свойства сварных соединений
| Марка стали | Термическая обработка | Марка электродной проволоки | Марка флюса | σ в, МПа | KCU, Дж/см2 | ||
| Не менее | |||||||
| 25ХГСА, 30ХГСА | Закалка + отпуск после свар-ки: на σ в = 1700 ± 100 МПа | Св-18ХГС, Св-18ХМА | АН-15 АН-15М | 0, 9 σ в основного металла | |||
| 25ХГСА, 30ХГСА | Закалка + отпуск после свар-ки: на σ в = 1700 ± 100 МПа | Св-08Х21Н10Г6, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х16Н25АМ6 | АН-22 АН-22М | ||||
| 12Х2НВФА, 23Х2НВФА | Сварка в упрочнённом сос-тоянии при σ в ≤ 1150 МПа без последующей термической обработки | Св-18ХМА | АН-15 | 0, 9 σ в основного металла | |||
| 30ХГСНА
| Закалка + отпуск после свар-ки: на σ в = 1600…1800 МПа | Св-08Х4МА | АН-15 | ||||
| АН-15М | |||||||
| 30ХГСНА | Закалка + отпуск после свар-ки: на σ в = 1600…1800 МПа | Св-18ХМА | АН-15 | ||||
| 30ХГСНА | Закалка + отпуск после свар-ки: на σ в = 1600…1800 МПа | Св-08Х21Н10Г6, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х16Н25АМ6 | АН-22 АН-22М | ||||
Для предотвращения пористости и наводораживания швов флюсы перед сваркой необходимо прокаливать, чтобы их влажность не превышала 0, 1% для стекловидных флюсов и 0, 05% для пемзовидных. Это достигается нагревом стекловидных флюсов до 350…400оС, пемзовидных до 400…500оС с выдержкой 2…3 ч. Максимальная температура нагрева под прокалку применяемых флюсов не должна превышать 650…700оС во избежание окисления компонентов флюса и его спекания.
В случае сварки жёстких узлов большой толщины ферритными проволоками применяют прогрев 150…300оС. Непосредственно после сварки ферритными проволоками во всех случаях необходим общий или местный отпуск при 600…650оС для предупреждения образования холодных трещин.
Сварку аустенитными материалами производят без предварительного подогрева и последующей термообработки соединений.
Электрошлаковая сварка. Флюс практически не влияет на состав металла шва вследствие малого его количества. Поэтому только в случае необходимости легирования шва элементами, обладающими большим сродством к кислороду (например, Ti, Al), следует применять флюсы на основе фторидов или системы CaF2-CaO-Al2O3.
Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жёстко закреплённых элементов необходимо применять предварительный подогрев до температуры 150…200оС.
Низкие скорости охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводят к длительному пребыванию её в области высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. Поэтому после электрошлаковой сварки среднелегированных высокопрочных сталей необходима высокотемпературная термообработка сварных изделий для восстановления механических свойств до необходимого уровня.
|
|
|
