СВАРКА СТАЛЕЙ
В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная, в состав которой входят легирующие элементы (хром, никель, вольфрам, ванадий и др.).
По назначению стали бывают строительными, машиностроительными (конструкционными, инструментальными и стали с особыми физическими свойствами.
Наиболее хорошая свариваемость у низкоугле-родистых сталей. При выборе типа и марки электрода для сварки низкоутлеродистых сталей рекомендуется обращать внимание на следующее:
♦ обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом;
♦ получение сварных швов без дефектов;
♦ обеспечение требуемого химического состава металла шва;
♦ получение стойкости сварных соединений в условиях вибрационных и ударных нагрузок, а также при повышенных или пониженных нагрузках.
Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются электроды марок ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, КПЗ-32Р, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11и др.
Среднеуглеродистые стали имеют повышенное содержание углерода, который является причиной образования кристаллизационных трещин при сварке, а также малопластичных закалочных структур в околошовной зоне. Поэтому для повышения стойкости металла шва против образования трещин следует понизить количество углерода в металле шва. Это достигается применением электродов с пониженным содержанием углерода, а также уменьшением доли участия основного металла в металле шва.
Чтобы снизить вероятность появления закалочных структур, следует применить предварительный и сопутствующий подогрев изделия.
Один из лучших способов получения равнопроч-ности сварного соединения при низком процентном содержании углерода является дополнительное легирование металла шва марганцем и кремнием.
Сваривать среднеуглеродистые стали рекомендуется электродами УОНИ-13/45, УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2, УОНИ-13/55, К-5А, УОНИ-13/65 и др.
Технология сварки легированных сталей
Свариваемость легированных сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов. Стали кремнемарганцоевой группы 15ГС, 18Г2С и 25Г2С сваривают электродами типа Э60А марки УОНИ-13/65. Перед сваркой кромки тщательно зачищают от грязи, ржавчины и окалины. Сварку следует выполнять предельно короткой дугой. Изделие перед сваркой необходимо подогреть до температуры 200 "С, электроды перед сваркой следует прокалить в течение часа при температуре 400 °С.
Кремнемаргенцемедистые стали 10Г2СД, 10ХГСНД, 15ХСНД и 12ХГ свариваются электродами типа Э50А марки УОНИ-13/85.
Хромистая сталь 15Х сваривается электродами УОНИ-13/85 предельно короткой дугой без подогрева и последующей термической обработки.
Хромомолибденовая сталь 15ХМ сваривается электродами ЦЛ-14 с предварительным подогревом до 250-300 °С и последующим высоким отпуском при 710 °С. Сталь маркиЗОХМ сваривается электродами ЦЛ-30-63 с предварительным подогревом изделия до 350 "С и последующим отпуском при 600 °С.
Хромокремнемарганцевые стали 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА, 30 ГСНА свариваются электродами ЦЛ-18-63 или НИАТ-ЗМ предельно короткой дугой. После сварки сварные соединения подвергаются термической обработке на высокую прочность: закалка с температуры 880 °С и низкий отпуск.
Сварка теплоустойчивых сталей. К теплоустойчивым сталям относятся 12МХ, 20МХЛ, ЗОХЗМВФ, 20 ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, 15ХМФКР, 12Х2МВФ, 20ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, 15ХМФКР, 12Х2МФБ, Х5М, 15Х5М, Х5ВФ, О6Х13, Х17, 1X13 и др.
Изделия из сталей 12МХ и 20МХЛ, работающие при температуре до 550 °С, свариваются электродами ЦЛ-15. Сварку выполняют с предварительным подогревом изделия до 250-300 °С для стали 20МХЛ и до 200 °С - для стали 12МХ. После сварки рекомендуется высокий отпуск при температуре 710 "С. Сталь 12МХ можно сваривать также электродами ГЛ-14, если изделие работает при температуре до 520 °С. Подогрев и отпуск такие же, что и при применении электродов ЦЛ-14.
Изделия из сталей 34ХМ и 20ХЗМВФ, работающие при температуре до 470 °С, сваривают электродами ЦЛ-30-63. Сварку выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом изделия до 350 °С для стали 34ХМ и до 400-450 °С - для стали 20ХЗМВФ. Сварные соединения подвергаются отпуску: сталь 34ХМ - при температуре 600 "С, сталь 20ХЗМВФ -при температуре 680°С.
Изделия из сталей 20ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, работающие при температуре до 570 °C, сваривают электродами ЦЛ-20-63. Сварка выполняет-! ся короткой дугой с предварительным и сопутствую-1 щим подогревом изделия до 300-350 °С, а после свар-; ки выполняют высокий отпуск при 740-760 "С в тече-1 ние трех часов.
Изделия из сталей 15МХФКР и 12Х2МФБ, pa- | ботающие при температуре до 600 "С. сваривают; электродами ЦЛ-26М-63. Сварку выполняют короткой дугой с предварительным и сопутствующим подогре-вом до температуры 350-400 °С, а после сварки вы-' полняют высокий отпуск при температуре 740-760 °С.
Изделия из сталей Х5М и 15Х5МФА, работающие в агрессивных средах при температуре до 450 °С, сваривают электродами ЦЛ-17-63 с предварительным и сопутствующим подогревом до 300-450 "С и с последующим высоким отпуском после сварки при температуре 760 °С в течение трех часов. Изделия из сталей Х5ВФ, О6Х13 и Х17 сваривают электродами СЛ-16.
Сварка высоколегированных коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов
К сварным соединениям высоколегированных сталей и сплавов кроме требований по пределу прочности, а также пластичности предъявляются и другие требования, которые определяются назначением конструкции и свойствами свариваемого металла. Эти требования таковы:
=> для коррозионностойких (нержавеющих) сталей - способность противостоять межкристал-литной, общей жидкостной, ножевой коррозии под напряжением;
=> для окалиностойких сталей и сплавов - способность противостоять окалинообразованию и межкристаллитной газовой коррозии;
=> для жаропрочных сталей и сплавов - обеспечение длительной прочности, сопротивляемости, ползучести, стабильности микроструктуры, стойкости против хрупкости при длительном воздействии высоких температур и нагрузок и малой чувствительности к надрезу и окалиностойкости.
Основными трудностями при сварке высоколегированных сталей и сплавов являются: обеспечение стойкости сварных соединений против образования кристаллизационных трещин, коррозионной стойкости, а также сохранение свойств соединений под действием рабочих температур и напряжений.
Сварка коррозионностойких сталей
К коррозионностойким сталям относятся ОХ18Н10, ОХ18Н10Т, Х18Н10Т, Х18Н9, Х18Н9Т, ОХ18Н12Т, ОХ18Н12Б, 1Х21Н5Т, 1Х16Н13Б, Х18Н12Т и др.
Стали ОХ18Н10, ОХ18Н10Т, Х18Н10Т сваривают электродами ОЗЛ-14, если к металлу шва предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии. Сварка этими электродами обеспечивает на сварном шве содержание ферритной фазы 6-10 %.
Стали Х18Н9, Х18Н9Т сваривают электродами ОЗЛ-8, если к металлу шва не предъявляются требования стойкости против межкристаллитной коррозии или если сварное соединение будет эксплуатироваться при температуре до 350 °С (при отсутствии агрессивных сред - при температуре от 253 до 800 "С). Со-; держание ферритной фазы в сварных швах колеблет-ся от 3,5 до 8,5 %.
Стали Х18Н10Т, Х18Н9Т, ОХ18Н12Т, ОХ18Н12Б, 1Х21Н5Т, 1Х16Н13Б свариваются электродами ЦЛ-11, если к сварному шву предъявляются жесткие требования стойкости против межкристаллитной коррозии. Содержание ферритной фазы в сварных швах обеспечивается от 2,5 до 7 %.
Сталь Х18Н12Т сваривают электродами ЦТ-15-1 (корневой шов), сварное соединение будет эксплуатироваться при температуре 600-650 °С и высоком давлении. Содержание ферритной фазы в сварных швах колеблется от 5,5 до 9 %.
Стали Х18Н10Т, Х18Н9Т сваривают электродами ЗИО-3, если сварные швы будут эксплуатироваться при температуре до 560 °С или если к металлу шва будут предъявлены требования стойкости против межкристаллитной коррозии. Содержание ферритной фазы в сварном шве регламентируется от 2,5 до 5 %.
Сварка жаростойких сталей
К ним относятся Х25Т, Х28, Х23Н18, Х23Н13, Х20Н14С2, Х25Н20С2 и др.
Стали Х25Т и Х28 сваривают электродами ОЗЛ-6, если сварные изделия будут эксплуатироваться при температуре 1150 °С (без циклических резких изменений в средах, не содержащих сернистый газ). Сварку выполняют короткой дугой. Кромки подготавливают под сварку только механическим способом. Содержание ферритной фазы регламентируется от 2,5 до 10 %.
Стали Х25Т, Х28, Х23Н18 сваривают электродами ЦЛ-25, если сварные изделия будут использоваться при температуре выше 850 °С. Сварку выполняют валиками, имеющими ширину не более трех диаметров электрода. Кратеры заполняют частыми короткими замыканиями. Содержание ферритной фазы регламентируется от 3 до 9 %.
Стали Х25Т, Х28, Х23Н13, Х23Н18, находящиеся в эксплуатации при температуре 900—1000 "С, сваривают электродами ОЗЛ-4. Сварку выполняют предельно короткой дугой. Кромки обрабатывают под сварку только механическим способом. Содержание ферритной фазы регламентируется от 2,5 до 8 %.
Стали Х23Н18 и Х23Н13, находящиеся в эксплуатации в окислительных и науглероживающих средах при температуре 900—1050 "С, сваривают электродами ОЗЛ-9А. При сварке этих сталей особенно необходимо следить за недопустимостью появления трещин в кратерах. Ферритная фаза отсутствует. Сварные швы недостаточно стойки против межкристаллитной коррозии.
Стали Х20Н14С2, Х25Н20С2, работающие при температуре до 1050 °С, сваривают электродами ГС-1 (первый слой). Жаростойкость наплавленного металла до 150 "С.
Стали Х25Н14С2, Х25Н20С2, работающие при температуре 900-1100 °С, сваривают электродами ОЗЛ-5. Кромки подготавливают под сварку только механическим способом. Сварные швы устойчивы против образования горячих трещин. Сталь Х25Н14С2, находящуюся в эксплуатации при температуре 900-1100 °С, можно также сваривать электродами ЦТ-17 при наложении швов небольшой ширины - не более трех диаметров электрода.
Сварка жаропрочных сталей и сплавов
К сталям этой группы относятся 1Х16Ш4В2БР, 1Х16Н16В2МБР, 1Х14Н14В2М, 4Х14Н14В2М,' 1Х16Н13М2Б, 1Х14Н14В2М, Х18Н12Т, Х23Н13, Х23Н18, ХН35ВТ и др.
Стали 1Х16Ш4В2БР, 1Х16Н16В2МБР сваривают электродами ЦТ-16-1. Кратеры заваривают короткими замыканиями электродов. Эти же стали сваривают электродами ЦТ-16, если изделия эксплуатируются при температуре до 700 °С.
Стали 1Х14Н14В2М, 4Х14Н14В2М, работающие в условиях температуры до 600 °С, сваривают электродами ЦТ-1. Сварные швы устойчивы против образования горячих трещин.
Стали 1Х16Н13М2Б, 1Х14Н14В2М, Х18Н12Т, работающие в условиях температуры до 620 °С, сваривают электродами ЦТ-7. Горячие трещины в сварных швах устраняются достижением ферритной фазы от 2 до 5 %. После сварки применяют отжиг при 750-800 °С в течение 10 часов.
Стали Х23Н13, Х23Н18, работающие в условиях температуры до 1050 °С, сваривают электродами ОЗЛ-9 через слой, направленный электродами ОЗЛ-4, ОЗЛ-5, ОЗЛ-6 и ГС-1.
Сплавы на железоникелевой основе ХН35ВТ свариваются электродами КТИ-7-62.