Сварка высоколегированных сталей и сплавов

Высоколегированными называют стали на основе железа, легированные одним или несколькими элементами в количестве 5-55%.

Высоколегированные сплавы подразделяют на две большие группы: а) сплавы на железоникелевой основе (сумма содержаний никеля и железа более 65% при отношении никеля к железу 1 : 1,5) и б) сплавы на никелевой основе. Основным легирующим элементом в данных сплавах является хром.

В группу высоколегированных сталей и сплавов входит более 1500 марок. Их классифицируют в зависимости от системы легирования, структуры, свойств и назначения. В зависимости от свойств высоколегированные стали и сплавы делят на коррозионностойкие, жаропрочные и жаростойкие.

В зависимости от структуры высоколегированные стали делят на следующие классы: 1) мартенситные: 20X13, 12Х17Н2; 2) мартенситно-ферритные: 10Х12В2МФ, 10Х13Н, 10Х13Н3Б; 3) ферритные: 06X13; 08Х25Т; 4) аустенитно-мартенситные: 08Х16Н6, 08Х15Н9Ю; 5) аустенитно-ферритные: 08Х20Н14С2; 08Х21Н5Т; 6) аустенитные:0X18H10Т; 10Х15Н25АМ6. Сплавы на железоникелевой и никелевой основах являются стабильно аустенитными: ХН35ВТ; ХН35ВТЮ; ХН77ТЮР; Х20Н80.

Высоколегированные стали и сплавы обладают комплексом положительных свойств. Одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения в связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут различными. Поэтому весьма важно уметь распознавать, к какому структурному классу относится сталь или сплав, это позволит более правильно назначать технологию сварки и термообработки узлов и конструкций.

Структура хромоникелевых сталей, сплавов и сварных швов определяется соотношением эквивалентного содержания ферритизирующих (Cr, Si, Mo, Ti, Al, Nb, W, V) и аустенитизи-рующих (Ni, Co, C, N, Сu, Мn, В) элементов. Для определения структуры хромоникелевых швов пользуются диаграммой Шеффлера.

Если принять эффективность действия хрома и никеля в сварном шве за единицу, экви-валентная концентрация хрома [Сr] и никеля [Ni] может быть подсчитана по формулам

Особенности технологии высоколегированных сталей

Характерные для высоколегированных сталей теплофизические свойства определяют не-которые особенности их сварки. Пониженный коэффициент теплопроводности по сравнению с углеродистыми сталями, увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий. Поэтому для уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии.

Примерно в 5 раз более высокое, чем у углеродистых сталей, удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для РДС. При полу- и автоматической сварке следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При РДС уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Одна из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей и сплавов – предупреждение образования в швах и околошовной зоне горячих трещин. Предупреждение образования этих дефектов достигается:

1) ограничением (особенно при сварке глубоко аустенитных сталей) в основном и наплавлен-ном металлах содержания вредных (серы, фосфора), а также газов – кислорода и водорода. Использовать сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. При ручной сварке покрытыми электродами следует поддерживать короткую дугу и сварку вести без поперечных колебаний. При сварке в защитных газах, предупреждая подсос воздуха, следует поддерживать коротким вылет электрода и выбирать оптимальными скорость сварки и расход защитных газов. Необходимо также принимать меры к удалению влаги из флюса и покрытия электродов, обеспечивая их необходимую прокалку. Для сварки рекомендуется использовать неокислительные флюсы (фторидные) и основные покрытия электродов (фтористокальциевые).

2) получением такого химического состава металла шва, который обеспечил бы в нем двух-фазную структуру, а также аустенитной структуры с мелкодисперсными карбидами и интерметаллидами. Благоприятно и легирование швов повышенным количеством молибдена, марганца и вольфрама, подавляющих процесс образования горячих трещин. Азот – сильный аустенитизатор, способствует измельчению структуры за счет увеличения центров кристаллизации в виде тугоплавких нитридов. Поэтому азотизация металла шва способствует повышению их стойкости против горячих трещин.

3) применением технологических приемов, направленных на изменение формы сварочной ванны и направления роста кристаллов аустенита. Действие растягивающих сил, перпендикулярное направлению роста столбчатых кристаллов, увеличивает вероятность образования горячих трещин. При механизированных способах сварки тонкими электродными проволоками применение поперечные колебания электрода позволяет уменьшить его склонность к горячим трещинам.

Влияние направления роста кристаллитов на вероятность образования в швах горячих трещин

4) уменьшением силового фактора, возникающего в результате термического цикла сварки, усадочных деформаций в жесткости закрепления свариваемых кромок. Снижение его действия достигается ограничением силы сварочного тока, заполнением разделки швами не-большого сечения и применением соответствующих конструкций разделок.

Кроме перечисленных общих особенностей сварки высоколегированных сталей и сплавов, есть специфические особенности, определяемые их служебным назначением. Так при сварке жаропрочных и жаростойких сталей обеспечение требуемых свойств во многих случаях достигается термообработкой при температуре 1050-1110° С, снимающей остаточные сварочные напряжения, с последующим стабилизирующим отпуском при температуре 750-800° С. При невозможности термообработки сварку иногда выполняют с предварительным или сопутствующим подогревом до температуры 350-400° С. Обеспечение необходимой окалино-стойкости достигается получением металла шва, по составу идентичного основному металлу. Это же требуется и для получения швов, стойких к общей жидкостной коррозии.

При сварке коррозионностойких сталей различными способами для предупреждения межкристаллитной коррозии не следует допускать повышения в металле шва содержания углерода за счет загрязнения им сварочных материалов, длительного и многократного пребывания металла сварного соединения в интервале критических температур. В связи с этим сварку необходимо выполнять при наименьшей погонной энергии, используя механизированные способы сварки, обеспечивающие непрерывность получения шва. Повторные возбуждения дуги при РДС, вызывая нежелательное тепловое действие на металл, могут вызвать появление склонности его к коррозии.

Шов, обращенный к агрессивной среде, по возможности следует сваривать в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев, последующие швы в многослойных швах – после полного охлаждения предыдущих. Следует принимать меры к ускоренному охлаждению швов. Брызги, попадающие на поверхность основного металла, могут быть впоследствии очагами коррозии. Следует тщательно удалять с поверхности швов остатка шлака и флюса, так как взаимодействие их в процессе эксплуатации с металлом может повести к коррозии или снижению местной жаростойкости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *