Высоколегированные аустенитные стали и сплавы обладают ком­плексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий раз­личного назначения, например коррозионно-стойких, хладостой-

Рис. 143. Температурные ноля при одинаковой погонной энергии и толщине металла при сварке углеродистой (а) и высоколегированной (б) сталей

ких, жаропрочных и т. д. В связи с этим и требования к свойст­вам сварных соединений будут различными. Это определит и раз­личную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки и т. д.), направлен­ную иа получение сварного соединения с необходимыми свойст­вами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Характерные для высоколегированных сталей теплофизиче­ские свойства определяют некоторые особенности их сварки. По­ниженный коэффициент теплопроводности, равный примерно 0,4 кал/см-с (для углеродистых сталей 0,096 кал/см-с) при рав­ных остальных условиях, значительно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне (рис. 143). В результате одинаковые изотермы в высоколегированных сталях более раз­виты, чем в углеродистых. Это 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. Примерпо в 5 раз более высокое, чем у углеродистых сталей, удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. При автоматиче­ской и полуавтоматической дуговой сварке следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке 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:

а) ограничением (особенно при сварке глубоко аустенитных сталей) в основном и наплавленном металлах содержания вредных (серы, фосфора) и ликвирующих (свинца, олова, висмута) приме­сей, а также газов — кислорода и водорода. Для этого следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. Техника сварки должна обес - почивать мшшмальпое насыщение металла шва газами. Этому способствует применение для сварки постоянного тока обратной полярности. При ручной сварке покрытыми электродами следует поддерживать короткую дугу п СЕарку вести без поперечных коле­баний. При сварке в защитных газах, предупреждая подсос воз­духа, следует поддерживать коротким вылет электрода и выби­рать оптимальными скорость сварив и расход защитных газов. Необходимо также припинать меры к удалению влаги из флюса и покрытия электродов, обеспечивая их необходимую прокалку. Это уменьшит также вероятность образования пор, вызываемых водородом;

б) получением такого химического состава металла шва, кото­рый обеспечил бы в нем двухфазную структуру. Для жаропрочных и жаростойких сталей с малым запасом аустенитности и содержа­нием никеля до 15% это достигается получением аустенитно-фер­ритной структуры с 3—5% феррита. Большее количество феррита может привести к значительному высокотемпературному охруп­чиванию швов ввиду их сигматизации. Стремление получить аустсннтпо-ферритпую структуру швов на глубокоаустепитных сталях, содержащих более 15% Ni, потребует повышенного их легирования ферритообразующими элементами, что приведет к снижению пластических свойств шва и охрупчиванию ввиду появления хрупких эвтектик, а иногда и сг-фазы.

Поэтому в швах стремятся получить аустенитную структуру с мелкодисперсными карбидами и интерметаллидами. Благо­приятно и легирование швов повышенным количеством молиб­дена, марганца и вольфрама, подавляющих процесс образования горячих трещин. Количество феррита в структуре швов на корро­зионно-стойких сталях может быть повышено до 15—25%. Высо­колегированные стали содержат в качестве легирующих присадок алюминий, кремний, титап, ниобий, хром и другие элементы, об­ладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому при наличии в зоне сварки окислительной атмосферы возможен их значительный угар, что может привести к уменьшению содер­жания или к полному исчезновению в структуре шва ферритной и карбидной фаз, особенно в металле с небольшим избытком фер - рнтизаторов.

Для сварки рекомендуется использовать неокислителыше низкокремпистые, высокоосновиые флюсы (фторидиые) и покрытия электродов (фторнстокальциевые). Сварка короткой дугой и пре­дупреждение подсоса воздуха служат этой же цели. 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.

Высокоосновные флюсы и шлаки, рафинируя металл шва и иногда модифицируя его структуру, повышают стойкость против горячих трещин. Механизированные способы сварки, обеспечи-

Рис. 144. Влияние направления ро­ста кристаллитов на вероятность об­разования в швах горячих трещин:

а — направление роста кристаллитов и растягивающих напряжений совпадает (трещина возможна по оси встречи криста л - лов); б - направление растягивающих уси­лий под углом и направлению роста кри­сталлов (трещины между осями кристал­лов более вероятны, а но оси их встречи менее вероятны); виг — наличие зазора н угловом соединении [дезориентируя струк­туру шва за счет уменьшения интенсивно­сти теплоотвода, уменьшает вероятность образования горячей трещины; этому спо­собствует и отсутствие концентратора на­пряжений в соединении с зазором (г)]

вая равномерное проплавление основного металла по длине шва и постоянство термического цикла сварки, позволяют получить и более стабильные структуры на всей длине сварного соединения;

в) 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 (рис. 144). При механизиро­ванных способах сварки тонкими электродными проволоками поперечные колебания электрода, изменяя схему кристаллизации металла шва, позволяет уменьшить его склонность к горячим трещинам;

г) уменьшением силового фактора, возникающего в резуль­тате термического цикла сварки, усадочных деформаций и жест­кости закрепления свариваемых кромок. Снижение его действия достигается ограничением силы сварочного тока, заполнением разделки швами небольшого сечения и применением соответст­вующих конструкций разделок. Этому же способствует хорошая заделка кратера при обрыве дуги.

Кроме перечисленных общих особенностей сварки высоколе­гированных сталей и сплавов, есть специфические особенности, определяемые их служебным назначением» При сварке жаропроч­ных и жаростойких сталей обеспечение требуемых свойств во многих случаях достигается термообработкой (аустенитизацией) 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—400е С. Чрезмерное охрупчи­вание швов за счет образования карбидов предупреждается сни­жением содержания в шве углерода. Обеспечение необходимой окалиностойкости достигается получением металла шва, по со­ставу идентичного основному металлу. Это же требуется и для получения швов, стойких к общей жидкостной коррозии.

I [рн сварке коррозионно-стойких сталей различными способами дли предупреждения межкрнсталлитной коррозии не следует до­пускать повышения в металле шва содержания углерода за счет ніи'рязнешія им сварочных материалов (графитовой смазки проволоки и т. д.), 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 «•парки, обеспечивающие непрерывность получения шва. Повтор­ные возбуждения дуги при ручной сварке, 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 остатки шлака и флюса, так как взаимодействие их в процессе эксплуатации с металлом может повести к коррозии или снижению местной жаростойкости.

Для повышения стойкости швов к межкрнсталлитной корро­зии и создания в их металле аустенитно-ферритной структуры при сварке их обычно легируют титаном или ниобием. Однако титан обладает высоким сродством к кислороду и поэтому при способах сварки, создающих в зоне сварки окислительную атмос­феру (ручная дуговая сварка, сварка под окислительными флю­сами), выгорает в количестве 70—90%. Легирование швов ти­таном возможно при сварке в инертных защитных газах, при ду­говой и электрошлаковой сварке с использованием фторидных флюсов. В металле швов содержание титана должно соответство­вать соотношению Ті/С>5. Ниобий при сварке окисляется значительно меньше и его чаще используют для легирования шва цри ручной дуговой сварке. Его содержание в металле шва должно соответствовать NL/C > 10. Однако он может вызвать появление в швах горячих трещин.

Ручная дуговая сварка. Это — высокоманевренный способ. При сварке высоколегированных сталей сварочные проволоки одной по ГОСТу марки имеют достаточно широкий допуск по химиче­скому составу. Различие типов сварных соединений, простран­ственного положения сварки и т. и. способствует изменению глубины проплавления основного металла, а также химического состава металла шва. Все это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и предупреждения, таким образом, образования в шве горячих трещин. Этим же достигаются и необходимая жаропроч­ность и коррозионная стойкость швов.

Применением электродов с фтористокальцпевьш покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получе­ние металла шва с необходимым химическим составом и струк­

да. Эго снижает вероятность появления дефектов па поверхности основного металла в результате попадания на него брызг.

Тип покрытия электрода диктует необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменном или постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива). Тщатель­ная прокалка электродов, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и вызываемых водородом трещин. Некоторые данные о режимах и выборе электродов для ручной дуговой сварки приведены в табл. 74 и 75, а о свойствах сварных соединений — в табл. 76 и на рис. 145.

Таблица 74. Ориентировочные режимы ручкой дугоьой сварки аустенитных сталей Толщина материала, мм Электрод Сила сварочного тока (А) при положении сварки Диаметр, мм Длина, мм нижнем вертикальном ПОТОЛОЧНОМ До 2,0 2 150—200 30—50 2,5—3,0 3 225—250 70—100 50—80 45—75 3,0—8,0 3-4 250—300 85-140 75—130 65—120 8,0—12,0 4-5 300—400 85—100 75—150 65—130

Сварка иод флюсом. Этот один из основных способов сварки высоколегированных сталей толщиной 3—50 мм имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой покрытыми элек­тродами ввиду стабильности состава и свойств металла по всей длине шва при сварке с разделкой и без разделки кромок. Это достигается отсутствием частых кратеров, образующихся при смене электродов, равномерностью плавления электродной про­волоки и основного металла по длине шва (при ручной сварке меньшая скорость плавления электрода вначале его использо­вания и большая в конце изменяет долю основного металла в шве, а значит, и его состав), более надежной защитой зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха и др.

Гаґілица По. Некоторые марки электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов Марка стали Марка электро­ дов Тип электродов по ГОСТ 10052—75 Наплавленный металл, структура Кор ШІІ18Н10, 0Х18Ш0Т, 12Х18И10Т, 08Х18Ш2Т, 08Х18Н12Б. 08X22 !-[0Т и подобные, работающие в аг­рессивных средах: к металлу шва предъ­являются требования по стойкости к м. к. к. розишшо- ЦЛ-11 стойкие стали Э-04Х20Н9 Э-07Х20Н9 Э-08Х19НЮГ2Б Аустепнтпо-фер- ритпая с 2,5—7% а-фазы к металлу шва предъ­являются жесткие тре­бования ПО СТОЙКОСТИ к м. к. к. ОЗЛ-7 Э-02Х19Н9П Аустенптно-фер- ритная с 5,0—10% а-фазы Те же стали, работающие при температурах до 600 °С н жидких агрессивных сре­дах; к металлу шва предъ­являются требования по стойкости к м. к. к. Л-38М Э-02Х19Н9Б Аустешино - фер­ритная с 3,0—5,0% а-фазы 10Х17И13М2Т, 10Х17ШЗМЗТ, 08Х18Ш2Б, 08X21НСМ2Т и подобные, работающие при температу­рах до 700сС: к металлу шва предъ­являются требования по стойкости к м. к. к. СЛ-28 Э-08Х19Н10Г2МБ Э-09Х19Н10Г2М2Б Аустенитно-фер- рптная с 4,0—5,0% а-фазы к металлу шва предъ­являются жесткие тре­бования по стойкости к м. к. к. НЖ-13 Э-09Х19И10Г2М2Б Аустенитпо-фер- рнтпая с 4,0—8,0% а-фазы

Жаропрочные стали 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, работающие при температурах до 800 °С ЦТ-26 ЭА-1М2 Э-08Х16Н8М2 Э-08Н17Н8М2 Аустенитно-фер­ритная с 2,0—4% феррита 10Х23Н18 и подобные, ра- ОЗЛ-4 Э-10Х25Н13Г2 Аусгеш ітно-фср- ботающне при температурах пыше 850 °С ОЗЛ-6 ритная с содержа­нием феррита не менее 2,5%

	Марка	Тип электродов	II ап лавленный
Марна стали	электро­ дов	по ГОСТ і 005 2—75	металл, структура

Жаростойкие стали Х20Н14С2, ОХ20Ш4С2, 20Х25Н20С2, работающие при температурах 900—1100 °С ОЗЛ Э-12Х24Н14С2 Аустенитно-фер- ритная с 3—10% а-фазы 20Х25Н20С2,4Х18Н25С2, ра­ботающие при температурах до 1050 СС; к металлу шва предъявляются требования жаростойкости и жаропроч­ности 03 Л-9-1 Э-28Х24Н16Г6 Аустошпно-кар- бидная

Таблица 76. Типичные механические свойстна металла шва при комнатной температуре Марка элект­ рода 0Т’ кгс/мм2 °в- кгс/мм* 6, О/ /0 °н> К ГС - м/см2 Марка элект­ рода кгс/мм2 кгс/мм2 е, % °н- кгс-м/см* Коррозионно-стойкие стали Жаростойкие слали цл И 30 60 24 7 ОЗЛ-5 35 60 25 6 ОЗЛ-7 40 04 25 10 Л-38М 30 60 30 9 ОЗЛ-6 35 57 33 10 Л-40М 35 60 24 7 СЛ-28 — 60 38 12 ОЗЛ-9-1 50 65 12 5 НЖ-13 45 60 26 10

Хорошее формирование поверхности швов с мелкой чешуйча- тостью и плавным переходом к основному металлу, отсутствие брызг на поверхности изделия заметно повышают коррозионную стойкость сварных соединений. При этом способе уменьшается трудоемкость подготовительных работ, так как разделку кромок выполняют на металле толщиной свыше 12 мм (при ручной сварке свыше 3—5 млі). Возможна сварка с повышенным зазоролі и без раз­делки кромок стали толщиной до 30—40 мм. Уменьшение потерь на угар, разбрызгивание и огарки электродов па 10—20% снижает расход дорогостоящей сварочной проволоки.

Однако при сварке под флюсом некоторых марок жаропроч­ных сталей требование обеспечения в металле шва регламентиро­ванного количества ферритной фазы не всегда может быть достиг­нуто. Это объясняется трудностью получения необходимого со­става металла шва за счет выбора только сварочных флюсов и про­волок (последние имеют значительные колебания химического состава в пределах стали одной марки) при сварке металла различ-
їїoii толщины (различная форма разделки п, значит, доля участия основного металла в формировании шва).

Отличие техники сварки высоколегированных сталей и спла­вов от техники сварки обычных низколегированных сталей заклю­чается в уменьшении вылета электрода в 1,5—2 раза ввиду повы­шенного электросопротивления сварочных проволок. Для преду­преждения перегрева металла и связанного с этим огрубления структуры, возможности появления трещин и снижения эксплуата­ционных свойств сварного соединения многослойные швы повышен­ного сечения рекомендуется сваривать швами небольшого сечения. ;>го предопределяет использование сварочных проволок диа­метром 2—3 мм. Аустенитные сварочные проволоки в процессе изготовления сильно наклепываются и имеют высокую жесткость, что затрудняет работу правильных, подающих и токоподводящих узлов сварочных установок, снижая срок их службы. Легировать шов можно через флюс (табл. 77) или проволоку (табл. 78).

глубина проплавления. Некоторые данные о механических свой­ствах металла сварных швов и соединений приведены в табл. 79, 80.

Таблица 78. Некоторые марки сварочных проволок для электродуговой сварки под флюсом н электрошлакояой сварки высоколегированных сталей Марка стали Марка проволоки (ГОСТ У24С—70) Коррозионно-стойкие стали 12X18119, 08X181110. 12Х18Ш0Т, 12Х18Н9Т п по­добные; к металлу шва предъявляются требования стойкости к м. к. к. Св-01 X19119 CB-04X191I9 Св-0()Х19Н9Т СВ-07Х18Н9ТЮ CB-04X19I19C2 Св-05Х19Н9ФЗС2 12Х18Ш0Т, 0X18II10T, 08Х18Ш2Т, 08Х18Н12Б и подобные, работающие ирп температурах выше 350 С или в условиях, KOI да к металлу шва предъявляются требования стойкости к м. к. к. СВ-07Х19Ш0Б Св-05Х20Н9ФБС 10Х17ШЗМЗТ, 08ХІ8Н12Б и подобные; к металлу шва предъявляются жесткие требования стойкости к м. к. к. СВ-08Х19Н10МЗБ Св-00Х20Н 11МЗТБ 08Х18Н10, 12Х181110Т, 12XI8II9T и подобные, сва­риваемые в углекислом газе; к металлу шва предъ­является требование стойкости к м. к. к. СВ-08Х25ШЗЕТЮ Жаропрочные стали 12X18Н9 с аустенитно-ферритными швами СВ-04Х19Ш9 12Х18Н9Б, 08Х18Н12Т и др. с аустсшгшо-фер рит - пыми швами Св-08Х18Н8Г2Б Х15Н35В4Т Св-00 X19111ОМЗТ Жаростойкие стали 20Х23Н13, 08Х20Н14С2 п подобные СВ-07Х25Н13 20Х23Н18 п подобные, работающие ирп температурах 900—110041 Св-07Х25Н12Г2Т СВ-00Х25Н12ТЮ СВ-08Х25Н13БТЮ ХІІ35ВЮ, 20Х25Н20С2 н подобные, работающие при температурах до 1200ЬС Св-08ХН50

Элсктрошлаковая сварка. Важнейшая особенность способа — пониженная чувствительность к образованию горячих трещин, что позволяет получать чисто аустенитные швы без трещин. Это объясняется специфическими особенностями электрошлаковой сварки: малой скоростью перемещения источника нагрева и ха-

рактером кристаллизации металла сварочной ванны, отсутствием в стыковых соединениях угловых деформаций. Однако малая кон­центрация нагрева и скорость сварки, повышая длительность пребывания металла шва и околошовиой зоны при повышенных температурах, увеличивают его перегрев и ширину околошовиой зоны.

Гчплица 79. Кратковременные механические свойства при температуре +20 °С металла шва и сварного соединения высоколегированных сталей и сплавов Марка металла (ГОСТ (>32-72) «б S 3 о g Н g Марка проволоки Сварка Испытуемый обрааец я Ъ S - С; СО Сн ю К «О 20Х23Н8 X1135 ВТ 12 СВ-13Х25Н8 СВ-ЗОХ15Н35ВЗБЗТ Элсктро- дуговая под флюсом АИФ-5 Металл шва * 66,5 70,7 5,9 То же, под флю­сом АНФ-17 Металл шпа Металл шва** 46.3 47.4 65.4 78.4 24.7 15.8 ХН77ТЮР 100 Си 081150 Элсктро- шлаковая, пластинча­тым элек­тродом, флюс АНФ-7 Металл шва* 58,7 76.2 18,0 ХН78Т 125 Св-081150 То же, под флюсом АНФ-1 Металл шва 28,8 63,8 17,4 * Термообработка: аустенитизация при 1080 °С 2 ч на воздухе и старение при 700 'С 16 ч. ** Термообработка: старение при 800 °С 10 ч.

Длительное пребывание металла при температурах 1200— 1250° С, приводя к необратимым изменениям в его структуре, снижает прочностные и пластические свойства. Это повышает склонность сварных соединений теплоустойчивых сталей к ло­кальным (околошовным) разрушениям в процессе термообработки или эксплуатации при повышенных температурах. При сварке коррозионно-стойких сталей перегрев стали в околошовиой зоне может привести к образованию в ней ножевой коррозии. Для и ре - дупрежденгтя этих дефектов необходима термообработка сварных изделий (закалка или стабилизирующий отжиг). Применение иео - кислителышх флюсов, особенно при сварке жаропрочных сталей и сплавов, не исключает угара легкоокисляющихся легирующих элементов (титана, марганца и др.) за счет пршшкиовения кисло­рода воздуха через поверхность шлаковой ванны. Это вызывает необходимость в ряде случаев защищать поверхность шлаковой ванпы путем обдува ее аргоном.

Таблица 80. Длительная прочность егшрных соединений высоколегированных сталей и сплавов Условия испытания Марка Сварка Марка Тем- Постоя п- Бремя металла проволоки пера- нос на- до раз- тура, рушения, °С вне, кге/мм* ч 12Х18Н9Т Под флюсом Св-01Х19Н9 000 30 1.5 В аргоне 3.0 В углекислом газе 4.0 12Х18Н9Т Под флюсом Св-06Х19И9Т 000 30 35.0 В аргоне 21,0 В углекислом газе 218.0 12Х1Ш9Т Под флюсом В аргоне Св-07Х19Н10Гі ООО 30 33 80 В углекислом газе 320 12Х18Н9Т Электрошлаковая пла­стинчатым электродом СВ-06Х19П9Т 700 18 42.0 XH77TIOP* То же Св-08Н50 700 40 110,0 20Х23Н8 Под флюсом Св-13Х25Н8 700 40 46-79 ХН78Т** Аргонодуговая воль­фрамовым электродом — 700 21 125 - 1Є1 Примечание. Термообработка сварного соединения: * Аустенитизация при 1080° С 8 ч и старение при 7U0 °С 16 ч. ** Аустенитизация при 1050 °С 15 мин и старение при 700 °С 16 ч

Электрошлаковую сварку можно выполнять проволочным или пластинчатыми электродами (табл. 81). Изделия большой толщины со швами небольшой протяженности целесообразнее сваривать пластинчатым электродом. Изготовление пластинчатого электрода более простое. Но сварка проволокой позволяет в более широких пределах, варьируя режим, изменять форму металлической ванны

и характер кристаллизации металла шва, а это один из действен­ных факторов, обеспечивающих получение швов, свободных от юрячих трещин. Однако жесткость сварочной нроволоки затруд­няет длительную и надежную работу токоподводящих и подающих узлов сварочной аппаратуры.

Таблица 81. Типовой режим электрошлаковой сварки высоколегированных сталей и сплавов Тол­ щина ме­ талла, мм Электрод, мм Марка флюса Глубина шлаковой ванны, мм Скорость подачи электрода, м/ч Сила тока, А Напря­ же­ ние, В Зазор, мм юо Проволока ©3 Пластлиа 10x100 АНФ-7 25—35 330 600-800 40- 42 28- 32 100 АИФ-7 15-20 2,4 1200—1300 24—26 28-32 200 Пластина 12x200 АНФ-1 15-20 1,0 3500—4000 22—24 38-40 200 Пластина 12x200 АНФ-6 15—20 1,9 1800-2000 26—28 38-40

Сварка в защитных газах. В качестве защитных используют инертные (аргон, гелий) н активные (углекислый газ) газы, а также различные смеси инертных или активных газов и инертных с активными. Этот способ сварки по сравнению с рассмотренными выше имеет ряд существенных преимуществ. Его можно исполь­зовать для соединения металлов широкого диапазона толщин — от десятых долей до десятков миллиметров. При сварке толстых металлов в некоторых случаях этот способ сварки может кон­курировать с электрошлаковой сваркой.

Применение инертных газов существенно повышает стабиль­ность дуги. Значительное различие теплофизических свойств защитных газов и применение их смесей, изменяя тепловую эффек­тивность дуги и условия ввода теплоты в свариваемые кромки, значительно расширяют технологические возможности дуги. При сварке к инертных газах наблюдается минимальный угар леги­рующих элементов, что важно ври сварке высоколегированных сталей. При сварке в защитных газах возможности изменения химического состава металла шва более ограничены по сравне­нию с другими способами сварки и возможны за счет изменения состава сварочной (присадочной) проволоки или изменения доли участия основного металла в образовании металла шва (режим сварки), когда составы основного и электродного металлов зна­чительно различаются.

При сварке плавящимся электродеш появляется возможность изменения характера металлургических взаимодействий за счет значительного изменения состава защитной атмосферы, например

создания окислительных условии в дуге, путем применения сме­си газов, содержащих кислород, углекислый газ и др. Этим спосо­бом можно выполнять сварку в различных пространственных по­ложениях, что делает ее целесообразной в монтажных условиях по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся вольф­рамовым или плавящимся электродом.

Вольфрамовым электродом сваривают в инертных газах или их смесях. Для сварки высоколегированных сталей используют аргон высшего или 1-го сорта по ГОСТ 10157—73. Обычно сварку вольфрамовым электродом технически и экономически целесооб­разно использовать при сварке для металлов толщиной до 7 мм (при толщине до 1,5 мм применение других способов дуговой сварки практически невозможно из-за образования прожогов). Однако в некоторых случаях, например при сварке неповоротных стыков труб, сварку вольфрамовым электродом применяют на сталях и больших толщин.

Высокое качество формирования обратного валика вызывает необходимость применения этого способа и при сварке корневых швов в разделках при изготовлении ответственных толстостенных изделий. В зависимости от толщины стали и конструкции сварно­го соединения сварку выполняют с присадочным материалом или без него вручную с использованием специальных горелок или автоматически. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Исключение составляют стали и сплавы с повышенным содержанием алюминия, когда для разрушения поверхностной пленки окислов, богатой алюминием, следует применять пере­менный ток.

Сварку можно выполнять непрерывно горящей иля импульсной дугой. Импульсная дуга благодаря особенностям ее теплового воздействия позволяет уменьшить протяженность околошовной зоны и коробление свариваемых кромок, а также сваривать ме­талл малой толщины при хорошем формировании шва. Особенно­сти кристаллизации металла сварочной ванны при этом способе сварки способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероят­ность образования горячих трещин. Однако эта же особенность может способствовать образованию онолошовных надрывов при сварке высоколегированных сталей. Для улучшения формирования корня пгва используют поддув газа, а при сварке корневых швов на металле повышенных толщин — специальные расплавляющиеся вставки.

При сварке погруженной дугой особенности процесса, опре­деляющие увеличение доли теплоты, идущей на расплавление основного металла, позволяют без разделки кромок за один проход сваривать металл повышенной толщины. Однако умень­шение концентрации нагрева приводит к термическому циклу сварки, сходному с термическим циклом при электрошлаковой сверке. В результате расширяется зона термического влияния и

mt, шикает опасность перегрева в ней основного металла, т. е. и пей возможны те же дефекты, что и при электрошлаковой с на рко.

Для высоколегированных сталей начинает применяться и плазменная сварка. Большое ее преимущество — малый расход защитного газа. Получение плазменных струй различного сечения (круглого, прямоугольного и т. д.) и значительное изменение расстояния от плазменной горелки до изделия значительно рас­ширяют технологические возможности этого способа. Плазмен­ную сварку можно использовать для весьма тонких металлов и для металла толщиной до 12 мм. Применение ее для соединения сталей большой толщины затрудняется возможностью образова­ния в швах подрезов.

Сварку плавящимся электродом выполняют в инертных, ак­тивных газах или их смесях. При сварке высоколегированных сталей, содержащих легкоокисляющвеся элементы (алюминий, титан и др.), следует использовать инертные газы, преимуществен - ио аргон. При сварке в инертных газах возможен капельный и струйный перепое электродного металла. При струйном переносе дуга имеет наиболее высокую стабильность и значительно улуч­шается перенос электродного металла в сварочную ванну; практически исключается разбрызгивание металла. Это особенно важно при сварке швов в вертикальном и потолочном поло­жениях.

Отсутствие разбрызгивания и связанных с этим очагов кор­розии благоприятно при сварке коррозионно-стойких и жаро­стойких сталей. Однако струйный перенос возможен на токах выше критического, при которых возможно образование прожо­гов при сварке тонколистового металла. Добавка в аргон до 2—5% кислорода уменьшает величину критического тока. Кроме того, создание при этом окислительной атмосферы в зоне дуги умень­шает и вероятность образования пор, вызванных водородом. Последнее достигается и применением смеси аргона с 15—20% углекислого газа. Это позволяет уменьшить и расход дорогого и дефицитного аргона. Однако при указанных добавках газов увеличивается угар легирующих элементов, а при добавке угле­кислого газа возможно и науглероживание металла шва. До­бавкой к аргону Г)—10% азота может быть повышено его содер­жание в металле шва. Азот, являясь сильным аустенитизатором, позволяет изменять структуру металла шва.

При сварке в углекислом газе низкоуглеродистых высоко­легированных сталей с использованием низкоуглеродистых сва­рочных проволок, если исходная концентрация углерода в сва­рочной ванне менее 0,10%, происходит науглероживание металла на 0,02—0,01%. Этого достаточно для резкого снижения стойкости металла шва к межкристаллитной коррозии. Одновременно окис­лительная атмосфера, создаваемая в дуге за счет диссоциации углекислого газа, способствует угару до 50% титатна и алюминия.

Несколько меньше выгорают марганец, кремний и др. Поэтому при сварке коррозионно-стойких сталей в углекислом газе при­меняют сварочные проволоки, содержащие раскиляющие и кар - бидообразующпе элементы (алюминий, титан и ниобий).

Науглероживание металла шва в некоторых случаях может оказать благоприятное действие при сварке жаропрочных сталей. При наличии в металле шва энергичных карбидообразователей (титана и ниобия) его науглероживание при увеличении в струк­туре количества карбидиой фазы повышает жаропрочность. Не­достатком сварки в углекислом газе является большое разбрыз- гивапие металла (потери достигают 10—12%) и образование на поверхности шва плотных пленок окислов, прочно сцепленных с металлом. Это может резко снизить коррозионную стойкость и жаростойкость сварного соединения.

Таблица 82. Примерные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом высоколегированных сталей Толщина металла, мм Тип соединения Сила тока, А Расход аргона, л/мин Скорость сварки, м/ч Ручна; і сварка і С отбортовкой 33- 60 3,5-4 _ 2 75-120 5-6 — 3 Ю0_140 6—7 — 1 Встык без разделки кромок 40—70 3,5-4 2 с присадкой 80—130 5-6 — 3 120—160 6-7 —

Автоматическая сварка і Встык с присадкой 80—140 4 30—60 2 140-240 6-7 20—30 4 200-280 7 -8 15-30 1 Встык без присадки 60—120 4 35—60 2,5 110-200 6—7 25-30 4 130- 250 7-8 25-30 Примечание. Диаметр присадочной проволоки 1,6—2 мм; ток постоянный прямой полярности.

Для уменьшения возможности налипания на основной металл брызг следует применять специальные эмульсии, наносимые на кромки перед сваркой. Применение импульсной сварки также позволяет несколько снизить разбрызгивание. Наличие на по­верхности швов трудноудаляемои пленки окислов делает прак­тически невозможной сварку в углекислом газе многопроходных

шпон. Сварку плавящимся электродом в защитных газах выпол­ни ют полуавтоматически или автоматически на постоянном токе обратной полярности (табл. 82—84).

Таблица S3. Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки встык плавящимся электродом высоколегированных сталей в шикнем положении

		Диаметр
		свароч-		Скоропъ
Подготовка кромок	слоев	ной про-	тока, А	сварки,
		ъолсш и,		М 'Ч
		мм

Тол­ щина мс- ■киїла, мм

Расход арго­ на, л/мин

Автоматическая сварка 2 Без разделки..................... 1 1 200—21U 70 8—9 5 V - образная разделка под углом 50°........................... 1 1 260—275 44 8-9 10 То же.................................. 2 2 330—440 15 -30 12—17 Полуавтоматическая сварка 4 Без разделкп..................... і 1.0-1.0 160- 300 — 6—8 8 V-образная разделка 2 1.6—2,0 240—360 11 15

Таблица 84. Ориентировочные режимы дуговой сварки высоколегированных сталей без разделки кромок плавящимся электродом в углекислом газе Тол- ноша ме­ талла, мм Шов Диаметр свароч­ной про­волоки, мм Вылет элек­ трода, мм Сила тока, А Напря­жение Дуги, В Ско­ рость свар­ ки, М;Ч Расход углекис­лого газа, л/мин 1 Одной о- 1 _ 80 16 80 10—12 роншш 3 То же 2 15 230—240 24—28 45 50 12—15 6 Двусто- 2 15 250—260 28- 30 30 12—15 рошшй 3 15 350—360 30—32 — — 8 То же 2 15-20 380—400 30—32 30 12-15 3 20-25 430—450 33—35 — ___ 10 ь 2 15-20 420-440 30—32 30 12—12 3 25-30 530—560 34—36 — —

Другие способы сварки. Сварку угольным электродом приме­няют очень редко — при изготовлении тонкостенных неответствен­ных конструкций. Это объясняется опасностью науглероживания шва и повышенным короблением изделий ввиду малой концентри­рованности угольной дуги как источника теплоты.

Перспективно для сварки высоколегированных сталей исполь­зование электронного луча. Возможность за один проход сварить

без разделки кромок металл большой толщины с минимальной протяженностью околошовной зоны — важное технологическое преимущество этого способа. Однако и при этом способе возможно образование в шве и околошовной зоне горячих трещин и локаль­ных разрушений. Наличие вакуума, способствуя удалению вред­ных примесей и газов, увеличивает испареппе и полезных легирую­щих элементов. При глубоком и узком проваре часть газов может задержаться растущими кристаллами в шве и образовать поры. Сварка металла большой толщины затруднена из-за непостоян­ства глубины проплавления. Сложность и дороговизна аппаратуры и процесса определяют возможность применения электронно-лу­чевой сварки только при изготовлении ответственных конструкций.