Легирование сталей проводится для получения особых свойств, которые позволяют применять материал в различных экстремальных для обычных сталей условиях.
Сварка легированных сталей имеет свою специфику, потому что требуется не только получить необходимую физико-механическую надежность соединения шва, но и сохранить в нем характеристики основного сплава.
Режим сварки
Соединение высоколегированных сталей и сплавов требует правильной настройки режима сварки. От этого во многом зависит качество готового шва. Мы рекомендуем устанавливать небольшую величину сварочного тока и формировать узкие швы. Этого можно добиться, используя сварочную проволоку или электроды диаметром 2-3 миллиметра. Также рекомендуем уменьшить вылет электрода в 2 раза больше обычного. Так вы упростите себе сварку. Ведь сварка высоколегированной стали во многом затруднена благодаря большому электросопротивлению и пониженной электропроводностью. А уменьшив вылет электрода вы нивелируете эти недостатки.
Выбор электродов
При сварке высоколегированных сталей рекомендуется использовать электроды с основным покрытием, в составе которого должны быть защитно-легирующие элементы. Сам стержень должен тоже быть высоколегированным. Схожие по составу электроды и металл будут работать в связке друг с другом, формируя качественный шов.
Если вам нужно сварить высоколегированную аустенитную сталь, то рекомендуем использовать электроды марки ЦТ-15. Они отлично подходят для стали марки Э-08Х19Н10Г2Б, поскольку содержат до 5% ферритной фазы. А это очень хорошо.
Высоколегированные стали
Высоколегированные стали применяют в различных сферах промышленности и хозяйства. Чаще всего они используются в нефтяной и химической отрасли, энергетике. Широко используются такие стали в конструкциях, работающих в условиях агрессивной среды и большого перепада температур.
По своим свойствам различают два основных вида высоколегированных сталей:
- коррозионно-стойкие;
- жаропрочные, или жаростойкие.
Наряду с содержанием добавок, высоколегированные стали классифицируются также по типу их внутренней структуры. Структуры их разнообразны и зависят от содержания основных элементов. При этом различают стали:
- мартенситные;
- ферритные;
- аустенитные.
Существуют также высоколегированные стали со смешанной структурой. Например, феррит-аустенитные.
Наиболее распространенный вид высоколегированных сталей — это стали со структурой аустенит. Основными составляющими таких сталей являются никель (до 8%) и хром (≥18%). Изменением состава других добавок получают высоколегированные стали с необходимыми свойствами. При этом хром обеспечивает жаростойкость и устойчивость к коррозии, а никель делает сталь более пластичной и увеличивает жаропрочность.
Кроме того, для повышения жаропрочности в состав вводят вольфрам, ванадий, а для устойчивости к коррозии (нержавейка) в состав стали вводят титан, молибден.
Выбор флюсов
Сварка легированных и углеродистых металлов может выполняться и с помощью флюса. Но здесь, как и в случае с электродами, нужно использовать особые флюсы и правильно сочетать их со сварочной проволокой. Сами флюсы должны быть фторидными, а проволока должна быть высоколегированной, как и металл. Мы рекомендуем флюс АНФ-5, он хорошо справляется со своей защитной функцией и улучшает качество шва, если выполняется сварка высоколегированной стали.
Благодаря использованию флюса АНФ-5 шов не будет подвержен образованию пор, трещин и прочих дефектов сварных швов. По этой причине такой флюс часто используют не только в домашней сварке, но и на крупном сварочном производстве. Кстати, вы можете использовать и другие флюсы на основе оксидов. Их свойства не будут сильно отличаться от АНФ-5.
В качестве альтернативы предлагаем использовать флюс марки АН-26. Он тоже изготовлен на основе оксидов и в его составе мало кремния, так что шов будет формироваться качественно и быстро. Но обратите внимание, что велика вероятность сильного окисления титана и алюминия, и даже хорошо подобранная проволока не поможет, кремний будет активно переходить в шов. Из-за этого наверняка могут появиться горячие трещины и поры, да и в целом шов будет хрупким. Так что используйте данный флюс на менее ответственных объектах.
Также обратите внимание флюс марки АН-292. Он изготовлен на основе высокоустойчивых оксидов и хорошо зарекомендовал себя в работе. Но нужно следить за количеством водорода, если его будет слишком много, шов может оказаться пористым после окончания сварки.
Выбор защитного газа
Также можно использовать защитный газ. Зачастую применяется гелий, аргон и углекислота. А в некоторых случаях применяется смесь из этих газов. Технология сварки высоколегированных сталей с применением защитных газов хорошо зарекомендовала себя. Но помимо газа нужно будет приобрести еще электроды. Мы рекомендуем неплавящиеся вольфрамовые. Сварку нужно проводить на постоянном токе, установив обратную полярность. Если в составе стали много алюминия, то можно варить на прямой полярности, чтобы быстрее разрушить оксидную пленку, мешающую формированию шва.
Иногда при сварке аустенитных сталей с применением защитных газов наблюдается нестабильное горение дуги. Чтобы исправить эту проблему можно смешать аргон и кислород или аргон и углекислоту. Так дуга будет гореть стабильно и шов не будет пористым.
Что касается углекислого газа, то он обладает множеством положительных свойств. Благодаря ему вероятность образования пор минимальна. А в сочетании с аргоном углекислота показывает наилучшие результаты. Так что если у вас есть возможность использовать смесь двух этих газов, то обязательно испробуйте ее в своей практике.
Но есть и недостаток. При сварке в углекислоте металл разбрызгивается намного сильнее, а это ухудшает антикоррозийные свойства стали. Да и технология сварки легированных сталей с применением углекислоты связана еще с одной неприятностью — это активное формирование оксидной пленки на поверхности металла, которую тяжело удалить. И если при однослойной сварке этот недостаток не так существенен, то при сварке многослойной оксидная пленка просто не дает шву сформироваться.
В целом, применение защитных газов при сварке высокоуглеродистых сталей зарекомендовало себя, как вполне эффективное. Не нужно мучиться с подбором электродов и их покрытий, не нужно подбираться состав флюса. Ведь газ отлично защищает сварочную ванну и позволяет сформировать качественный прочный шов. Если вы, конечно, соблюдаете технологию сварки.
Сварка среднелегированных и высоколегированных сталей
Сварка среднелегированных и высоколегированных сталей
Сваривание этих видов сталей затруднено по ряду причин. В процессе сварки происходит частичное выгорание легирующих примесей и углерода. Вследствие малой теплопроводности возможен перегрев свариваемого металла. Эти стали отличает повышенная склонность к образованию закалочных структур, а больший, чем у низкоуглеродистых сталей, коэффициент линейного расширения может вызвать значительные деформации и напряжения, связанные с тепловым влиянием дуги. При этом, чем больше в стали углерода и легирующих примесей, тем сильнее проявляются эти свойства.
Для устранения влияния перечисленных причин на качество сварного соединения рекомендуется:
1. Тщательно подготавливать изделие под сварку.
2. Вести сварку при больших скоростях с малой погонной энергией, чтобы не допускать перегрева металла.
3. Применять термическую обработку для предупреждения образования закалочных структур и снижения внутренних напряжений.
4. Применять легирование металла шва через электродную проволоку и покрытие с целью восполнения выгорающих в процессе сварки примесей.
Изготовление электродов для сварки высоколегированных сталей осуществляется из высоколегированной сварочной проволоки. Для них применяют покрытие типа Б. Обозначения типов электродов состоят из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Две или три цифры, следующие за индексом, указывают на количество углерода в металле шва в сотых долях процента. Следующие затем буквы и цифры указывают примерный химический состав металла. Сварку производят постоянным током обратной полярности, сварочный ток выбирают из расчета 25–40 А на 1 мм диаметра электрода. Длина дуги должна быть возможно короткой. Рекомендуется многослойная сварка малого сечения при малой погонной энергии.
Хромистые стали относятся к группе нержавеющих коррозионно-стойких и кислотостойких сталей. По содержанию хрома они делятся на среднелегированные (до 14 % хрома) и высоколегированные (14–30 % хрома). Во время сварки хромистых сталей возникают следующие затруднения. Хром при температуре 600–900 °C легко вступает во взаимодействие с углеродом, образуя карбиды, которые, располагаясь в толще металла, вызывают межкристаллитную коррозию, снижающую механические свойства стали.
Чем выше содержание углерода в стали, тем активнее образуются карбидные соединения. Кроме того, хромистые стали обладают способностью к самозакаливанию (при охлаждении на воздухе), вследствие чего при сварке металл шва и околошовной зоны получает повышенную твердость и хрупкость. Возникающие при этом внутренние напряжения повышают опасность возникновения трещин в металле шва. Усиленное окисление хрома и образование густых и тугоплавких оксидов также являются серьезными препятствиями при сварке хромистых сталей.
Среднелегированные хромистые стали, содержащие углерода до 2 %, относятся к мартенситному классу. Они свариваются удовлетворительно, но требуют подогрева до 200–300 °C и последующей термической обработки. Высоколегированные хромистые стали ферритного класса сваривают с предварительным подогревом до 300–400 °C.
После сварки для снятия внутренних напряжений и восстановления первоначальных физико-механических свойств изделие подвергают высокому отпуску – нагреву до 650–750 °C и медленному охлаждению.
Электроды изготовляют из сварочной проволоки марок СВ01Х19Н9, СВ–04Х19Н9 и Св–07Х25Н13 с покрытием, содержащим плавиковый шпат и оксид марганца. Это обеспечивает получение жидкого шлака, хорошо растворяющего окислы хрома. Рекомендуются покрытия типов ПЛ–2, ЦТ–2 и УОНИИ–13/НЖ.
Хромистые стали, как и большинство легированных сталей, обладают малой теплопроводностью и легко подвергаются перегреву. Поэтому сварку их производят постоянным током обратной полярности при малых сварочных токах из расчета 25–30 А на 1 мм диаметра электрода.
Высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали обладают рядом важных физико-химических и механических свойств: коррозионной стойкостью, кислотоупорностью, теплостойкостью, вязкостью, стойкостью против образования окалин. Важным качеством этих сталей является хорошая свариваемость.
Хромоникелевые стали марок 08Х18Н10 и 12Х18Н9 при нагреве до температуры 600–800 °C теряют антикоррозионную стойкость. Выделение карбидов хрома по границам зерен приводит к межкристаллитной коррозии стали. Поэтому сварку выполняют постоянным током обратной полярности при малых сварочных токах, сокращая продолжительность нагрева металла. Принимают также меры по отводу тепла при помощи медных подкладок или охлаждения. После сварки рекомендуется подвергнуть изделие нагреву до температуры 850–1100 °C и закалке в воде или на воздухе (для малых толщин металла).
Хромоникелевые стали марок 12Х18Н9Т и 08Х18Н12Б содержат титан и ниобий, которые, являясь более сильными карбидообразователями, связывают углерод стали, предупреждая образование карбидов хрома. Поэтому эти стали после сварки не подвергают термообработке.
Для сварки хромоникелевых сталей применяют электроды типов ОЗЛ–7, ОЗЛ–8, ЦТ–1 и ЦТ–7. Рекомендуются электроды из сварочной проволоки типа Св–01Х19Н9, Св–06Х19Н9Т или Св–04Х19Н9С2 с покрытием ЦЛ–2, ЦЛ–4 (содержат 35,5 % мрамора, 41 % плавикового шпата, 8,5 % ферромарганца и 15 % молибдена), УОНИИ–13/НЖ и др.
Тонколистовую сталь марки 12Х18Н19Т следует сваривать аргонодуговой сваркой, так как при сварке качественными электродами или под флюсом происходит науглероживание металла шва. Это снижает стойкость стали против межкристаллитной коррозии. Хромоникелевые аустенитные стали сваривают газовой сваркой при толщине металла не более 3 мм нормальным пламенем удельной мощности 75 л/(ч?мм). Присадочным материалом служат проволоки марок СВ01Х19Н9, СВ–04Х19Н9С2, Св–06Х19Н9Т и Св–07Х19Н10Б. Сварку следует вести быстро. Флюсом служат смесь буры (50 %) и борной кислоты (50 %) или плавиковый шпат (80 %) и двуоксид кремния (20 %).
Высоколегированная марганцовистая сталь, обладающая большой твердостью и износостойкостью, содержит 13–18 % марганца и 1–1,3 % углерода. Она применяется для изготовления зубьев экскаваторов, шеек камнедробилок и других рабочих органов дорожных и строительных машин, работающих при ударных нагрузках и на истирание. Для сварки применяют электроды со стержнями из углеродистой проволоки марок Св–08А, Св–08ГА, Св–10Г2 с покрытием, которое применяется для наплавочных электродов марки ОМГ, содержащим 23 % мрамора, 15 % плавикового шпата, 60 % феррохрома, 2 % графита, все компоненты замешаны на жидком стекле (30 % к общей массе сухих компонентов).
Рекомендуются покрытия, применяемые для наплавочных электродов типа ОЗН (45–49 % мрамора, 15–18 % плавикового шпата, 26–33 % ферромарганца, 3 % алюминия, 4 % поташа), все компоненты замешаны на жидком стекле.
Применяют также стержни электродов из проволоки марок СВ04Х19Н9 и Св–07Х25Н13 с покрытием ЦЛ–2, состоящим из 44 % мрамора, 51 % плавикового шпата, 5 % ферромарганца, замешанных на жидком стекле (20–22 % к массе сухих компонентов). Хорошие результаты дает также покрытие УОНИИ–13/НЖ. Сварка выполняется постоянным током обратной полярности короткими участками. Сварочный ток определяется из расчета 30–35 А на 1 мм диаметра электрода. Для получения шва повышенной прочности и износостойкости следует проковать сварной шов в горячем состоянии. При этом металл шва нужно интенсивно охлаждать холодной водой.
Молибденовые, хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые стали относятся к теплоустойчивым сталям перлитного класса. Эти стали применяют при изготовлении сварных паровых котлов, турбин, различной аппаратуры в химической и нефтяной промышленности, для работы при высоких температурах и давлениях. Эти стали свариваются удовлетворительно при выполнении установленных технологических приемов: предварительного подогрева до 200–300 °C и последующего отжига при температуре 680–780 °C или отпуска при температуре 650 °C. Температура окружающего воздуха должна быть не ниже 4–5 °C. Сварка выполняется постоянным током обратной полярности. Рекомендуются электроды типов ОЗС–11, ТМЛ–1,ТМЛ–2, ТМЛ–3, ЦЛ–38, ЦЛ–39 и др. Для автоматической и полуавтоматической сварки применяют сварочную проволоку марок Св–08ХМ, Св–10Х5М и Св–18ХМА. При сварке в углекислом газе применяют предварительный и сопутствующий нагрев до температуры 250–300 °C, присадочную проволоку типа Св–10ХГ2СМА. После сварки рекомендуется термообработка.
Газовая сварка выполняется нормальным пламенем при удельной мощности 100 л/(чмм). Присадочный материал – сварочная проволока типов Св–08ХНМ, Св–18ХМА и Св–08ХМ. Рекомендуется предварительный подогрев до 250–300 °C, а после, сварки – термообработка (нормализация от температуры 900–950 °C).
Высоколегированные стали с особыми свойствами успешно сваривают в защитных газах. Режимы сварки подобны тем, которые используются при ручной сварке и под флюсом (ток обратной полярности, малые токи, термообработка). Электродную проволоку и флюсы применяют с учетом повышенного выгорания марганца, титана, ниобия, молибдена, никеля, т. е. элементов, обеспечивающих сохранение свойств свариваемых сталей.
Следующая глава
info.wikireading.ru
