Автоматическая сварка под флюсом высокохромистых жаропрочных сталей применяется при изготовлении в заводских условиях отдельных секций паропроводов паротурбинных уста­новок. При этом приходится сваривать стыки толстостенных труб с глубокой рюмко-образной разделкой кромок.

При разработке технологии автоматической сварки [102] ис­пользовали опытные проволоки ЭП249 и ЭП390 сплошного сече­ния. Необходимо было выбрать флюс, который бы в сочетании с этими проволоками обеспечивал бы получение металла швов оптимального химического состава с удовлетворительными меха­ническими свойствами и хорошей отделимостью шлаковой корки. Были опробованы флюсы восьми марок: АН-26, АН-30, АН-14,

АН-22, АНФ-6, 48-ОФ-6, опытный нейтральный флюс АН-70 и окислительный АН-17 [70]. При сварке стыков из стали ЭИ756 (1Х12В2МФ) толщиной 36 мм и наплавке валиков установили, что при использовании флюса АН-30 плохо формируется шов, отделимость шлаковой корки неудовлетворительная. При сварке под флюсом АН-26 количество кремния в шве увеличивается до

0,7—0,8%, в результате чего повышается склонность шва к обра­зованию трещин. Флюсы АН-14 и АН-22 также оказались непри­годными из-за плохой отделимости шлаковой корки. При сварке пор флюсом АНФ-6 в сочетании с проволоками ЭП249 и ЭП390 металл шва получается высокой прочности ( оя — 90-г 95 кГ/мм2, низкой пластичности (б = II,0-5-13,0%, Ч' = 35-г38%) и ударной вязкости (а„ = 1 - гЗ кГ • м/см2). При этом даже после повторного отпуска при 750° С, 5 ч значение ударной вязкости не повышает­ся. Удовлетворительные механические свойства сварных швов обеспечивают флюсы 48-ОФ-6, АН-70 и АН-17, которые использо­вали в дальнейших опытах. Химический состав опытных швов приведен в табл. 24, а механические свойства — в табл. 25. Как видно из приведенных данных, сварные швы отличаются в основ­ном по содержанию углерода, ниобия и в значительной степе­ни — марганца и хрома.

По кратковременным механическим свойствам эти швы удов­летворяют требованиям, предъявляемым к стали ЭИ756. При этом швы, выполненные под флюсом 48-ОФ-6, обладают более высокой прочностью и меньшей пластичностью по сравнению со швами, сваренными под флюсами АН-17 и АН-70.

На рис. 82 приведен логарифмический график зависимости напряжения от времени до разрушения. Как видно, длительная прочность шва, выполненного проволокой ЭП390 под флюсом

АН-70, за 100 000 ч составляет 8 кГ/мм2 (кривая 3) и несколько уступает свариваемой стали ЭИ756. Шов, выполненный проволо­кой ЭП249 под флюсом 48-ОФ-6, при длительном испытании имеет низкую пластичность. Это может привести к хрупкому разрушению соединений паропроводных труб при продолжи­тельной работе в условиях высоких температур. Длительная

прочность этого шва находится в пределах 9,5—10 кГ/мм2 (кри­вая /). Швы, выполненные под флюсом АН-17, оказались наибо­лее жаропрочными при 600° С, сохраняя, кроме того, достаточно высокую пластичность при испытаниях до 5000 ч. Длительная прочность швов, выполненных под флюсом АН-17 проволоками ЭП249 и ЭП390, за 105 ч составляет соответственно 11 и 10 кГ/мм2 (кривые 2, 4). Так как флюс АН-17 обеспечивает наилучшую отделимость шлаковой корки, его использовали в дальнейших опытах.

Исследовалась стабильность структуры и механических свойств швов, выполненных дуговой сваркой проволоками ЭП249 и ЭП390 под флюсом АН-17, а также кратковременные механи­ческие свойства и длительную прочность сварных соединений. С этой целью сваривали кольцевые заготовки труб из стали ЭИ756 диаметром 273 мм с толщиной стенки 36 мм многослой­ными швами указанными проволоками диаметром 2 мм с подо­гревом до 400°С на режиме: /са = 260v300 a, Ul= 28-=-32 в, ■иса — 16-И8 міч. Затем сварные соединения подвергали отпуску

-Es 0 с при 740—760° С в течение 5 ч. Химиче - *“1» Ь * ский состав металла швов достаточно о'1 8 а равномерный по всему сечению и поч - | §_ £ ти не отличается от ранее получен -

■* S с - ных данных. В отличие от шва без Hilo­'S * 8 бия (рис. 83,а) шов с ниобием имеет

| з е сорбитную структуру и содержит до

'■ § £ „ 10% структурно-свободного феррита

3 о (рис. 83,6). Твердость металла этого

о ё шва составляет 250—260 HV (рис. 84.

'§ я с кривая /), микоотвердость сорбита — “ «о* 248—258 кГ/мм% а феррита 202 кГ/мм2.

0 Щ © Шов без ниобия имеет сорбитную струк - “ і туру с твердостью 245—256 HV (рис. 84,

о 7 кривая 2).

* При кратковременных механических

| і’ испытаниях сварных соединений, вы -

ls * полненных под флюсом АН-17, разрыв, с і как правило, происходил по основному

* "■ металлу вдали от шва или на расстоя - = э g g-j нии 4—5 мм от линии сплавления, где

§..<* основной металл несколько разупроч - g § і « няется в результате воздействия тер - , 5 2 7-і мического цикла сварки. Твердость в

этом месте ниже, чем у стали ЭИ756. я g m * на 8—10 HV (рис. 84).

«"в gg Для оценки стабильности структу - u а ры и свойств металла сварных швов я я 8 6 с ниобием и без него исследовалось % а! а£ изменение состава карбидной фазы и ударной вязкости после длительной вы - - е-и 5| I держки при 600° С. На рнс. 85,а приве - e-и і « дены средние данные химического ана - ё 2 *j лиза карбидного осадка, электролити - чески выделенного из металла швов, й а о а подвергшихся старению различной про - о|-т| должнтельности при 600° С.

Основной составляющей карбидной фазы металла является сложный кар­бид цементитного типа СггзСб. Кроме того, рентгеноструктурным анализом обнаружены карбиды ванадия, железа и молибдена, а в шве с ниобием —также карбид ниобия. В обоих типах швов

а б

Рис 83. Микроструктура металла швов, выполненных дуговой сваркой под флюсом АН-17 проволоками ЭП390 (а) и ЭП249 (б) после отпуска при 750“ С в течение 5 ч, ХІ50.

имеется интерметаллидное соединение Fe2W, содержание которо­го с увеличением длительности выдержки до 4000 ч при 600° С несколько возрастает. При этом у шва с ниобием при выдержке до 1500 ч ударная вязкость постепенно снижается до 3 кГ-м/см2, а затем сохраняется неизменной (рис. 85,в),

Рис. 84. Твердость сварных соединений из стали ЭИ756, вы­полненных под флю­сом АН-17 проволока­ми ЭП249 (7) и ЭП390 (2) после отпуска при 750® С в течение 5 ч.

Как видно из рис. 85,о, при термическом ста - HV рении до 2000 ч общее содержание карбидов 270 несколько увеличивается. При выдержке 2000—4000 ч карбиды перераспределяются, ^ ударная вязкость остается почти неизмен­ной. 7,0

После 4000 ч высокотемпературной вы­держки количество связанных в карбиды элементов, за исключением вольфрама, остается постоянным. Происходит частич­ный распад интерметаллидного соединения Fe2W, вольфрам при этом постепенно пере­ходит в твердый раствор (рис. 85,6). Твер­дость шва несколько снижается: с ниобием до 243—245 HV, без него— до 230 HV, Та­кие небольшие изменения карбидной фазы н механических свойств исследованных свар­ных швов свидетельствуют о достаточной стабильности структу­ры металла, обеспечивающей высокую жаропрочность. Длитель­ная прочность сварных соединений при 600° С за 100 000 ч со­ставляет Ю кГ/мм2 (рис. 86). При этом разрыв происходит по
стали ЭИ756 вдали от линии сплавления или на расстоянии 4— 5 мм от нее, где наблюдается некоторое снижение твердости и прочности стали. С точки зрения равнопрочности в данном

’05--- 1-- 1------ 1-- 1

в

Рис. 85. Изменения содержания элементов после нагрева до 600° С, связан­ных в карбиды (а), содержания вольфрама в ннтерметаллиде (б) и ударной вязкости металла швов (в), выполненных иод флюсом АН-17 сварочными проволоками:

___ ЭП249; ЭПЭ90.

случае более предпочтителен шов без ниобия, у которого предел длительности прочности за 100 ООО ч равен 10 кГ}мм2; кроме того,

он обладает лучшей пластичностью при длительных испытаниях (рис. 82, кривые 2, 4) и ударной вязкостью (рис. 85,в).

Таким образом для автоматической сварки высокохромистых жаропрочных сталей с 12% Сг можно рекомендовать проволоку

ЭП390 15Х12ГНМВФ по цнййчлГ^*—в сочетании с флюсом АН-17. При необходимости получения швов более высокой жаро­прочности можно рекомендовать проволоку ЭП249 (с ниобием) с содержанием углерода не менее 0,15%.