технологии сварки

Из предыдущего параграфа следует, что технология сварки' пер­литных сталей различного легирования должна быть такой, чтобы в сварном соединении исключалось образование околошовных тре­щин и структурной неоднородности, характерной для нестабильной зоны сплавления разнородных сталей.

Возможные меры предотвращения околошовных трещин при сварке закаливающихся сталей изложены в гл. I. Наиболее распро­страненными из них являются предварительный подогрев свари­ваемого металла или использование сварочных материалов, обеспе­чивающих получение в металле шва сплава аустенитного класса. В конструкциях, изготовляемых из перлитных сталей, закаливаю­щиеся стали могут свариваться со сталями, не склонными к закал­ке. В этом случае подогрев можно применять только для той части конструкции, которая изготовляется из закаливающейся стали.

В случае изготовления массивных конструкций, когда подогрев трудно или вовсе нельзя осуществить, сварку можно производить аустенитными электродами, а в конструкциях, предназначенных для длительной работы в условиях повышенных температур, элект­родами, обеспечивающими получение в металле шва сплава на же­лезо-никелевой и даже никелевой основе. При затруднениях в ис­пользовании аустенитного шва сварку можно выполнять с предва­рительной облицовкой кромки закаливающейся стали, применение которой, как это следует из гл. I, позволяет снизить температуру подогрева свариваемой стали и даже исключить его полностью. Об­лицовка должна выполняться металлом, не склонным к закалке, и на толщину, превышающую ширину закаливающегося участка в зоне термического влияния, для режима, на котором осуществля­ется последующая сварка.

Конструкции, свариваемые из закаливающихся сталей и не до­пускающие наличия хрупких участков, должны подвергаться от­пуску при температуре, позволяющей восстановить пластические свойства в закалившемся участке зоны термического влияния. В случае сварки с предварительной облицовкой отпуску могут подвергаться только облицованные элементы конструкции, что су­щественно облегчает его выполнение. і

Наиболее эффективным методом предотвращения образования в зоне сплавления перлитных сталей указанной неоднородности, как и при сварке разнородных сталей, является применение соот­ветствующих сварочных материалов.

Общим принципом выбора сварочных материалов для сварки перлитных сталей является, как известно, применение тех из них, которые рекомендуются для сварки менее легированной стали, ис­пользуемой в данном соединении. В этом случае создается наимень­шая вероятность появления в металле шва, особенно в слоях, при­мыкающих к более легированной стали, малопластичных структур, которые снижают пластические свойства и даже могут привести к образованию трещин. Однако при использовании этого принципа при сварке сталей, существенно отличающихся содержанием угле­рода и карбидообразующих элементов, например углеродистых сталей с среднелегированными в сварных соединениях, подвергае­мых термообработке или длительно эксплуатируемых в условиях повышенных температур, в зоне сплавления возможно образование структурной и механической неоднородностей, которые снижают работоспособность конструкции. Чтобы предотвратить образование этой неоднородности, или снизить вероятность ее появления, свар-

Ку перлитных сталей, существенно отличающихся по содержанию углерода и карбидообразующих элементов, в конструкциях, под­вергаемых термообработке или предназначенных для работы в усло­виях повышенных температур, следует производить материалами, обеспечивающими получение металла шва химического состава, являющегося промежуточным между составом свариваемых сталей. В табл. 19 приведен один из вариантов материалов для сварки рас­сматриваемых сталей.

В связи с ограниченным выбором сварочных материалов, кото­рые обеспечивают получение металла шва промежуточного хими­ческого состава, возможен и другой вариант сварки перлитных ста­лей, существенно отличающихся по химическому составу. Сущ­ность его состоит в использовании переходных элементов из сталей промежуточного состава. Например, при сварке углеродистых сталей со среднелегированными можно использовать переходники из низколегированной стали. В этом случае рекомендуется снача­ла приварить переходной элемент к части'конструкции, изготов­ленной из среднелегированной стали, произвести отпуск сварного соединения или полученной при этом заготовки в целом, а затем к переходному элементу приварить элемент конструкции, изготов­ленной из углеродистой стали. Использование переходных элемен­тов также нельзя признать способом, позволяющим полностью решить задачу сварки углеродистых сталей со среднелегирован­ными. Выбор сталей, пригодных для изготовления таких элемен­тов, ограничен.

Более приемлемым способом является облицовка свариваемых кромок, которая давно применяется в сварочном производстве. Ее практическое использование не вызывает особых затруднений. Облицовка позволяет довольно легко получить свариваемый металл любой степени легированное™ за счет изменения состава обмазки электродов при выполнении ее вручную или керамического флюса в случае автоматической сварки под флюсом. Особенно большие возможности в этом отношении обеспечивает облицовка порошко­вой проволокой. К сожалению, предварительная облицовка сва­риваемых кромок оправдывает себя только при изготовлении кон­струкций из металла толщиной более 10 мм. Поэтому в случае изготовления тонкостенных конструкций из перлитных сталей, су­щественно отличающихся по химическому составу, наиболее при­емлемым является использование переходных элементов.

[1] Под зоной сплавления разнородных сталей следует понимать участок сварного соединения, включающий границу сплавления и непосредственно примыкающие к ней микроскопической толщины слои металла шва и около - шовной зоны свариваемой стали, в которых в процессе кристаллизации сва­рочной ванны и последующего нагрева (многослойная сварка, термообработка, эксплуатация при высоких температурах) происходит изменение химического состава, структуры и свойств.

[2] Термин «сплавляемые металлы» здесь и далее применяется для сокра­щения выражения «основной металл и металл шва».

[3] Исследования выполнены совместно с А. Г. Миколайчуком и В. П. Ко - вич — сотрудниками кафедры рентгенометаллофизики Львовского университета им. И. Франко.

[4] Здесь и далее под соединениями однородных металлов подразумеваются соединения металлов (сталей) одного класса.

t. Особенности сварки

Основной особенностью сварки разнородных сталей является не­обходимость исключить образование в зоне сплавления особой структурной неоднородности, которая приводит к настолько силь­ному изменению структуры и следовательно, свойств сплавляемых металлов, что в процессе эксплуатации сварного соединения проис­ходит преждевременное его разрушение. Образование этой неод­нородности обусловлено существенным различием химического состава сплавляемых металлов. Подобная структурная неоднород­ность обнаруживается также в соединениях сталей, относящихся к одному классу (однородных сталей), но существенно отличающих­ся по химическому составу. На этом основании некоторые специа­листы соединения таких сталей также относят к соединениям раз­нородных сталей.

Из сказанного следует, что при сварке сталей одного класса, но существенно отличающихся по химическому составу, необхо­димо принимать меры, чтобы исключить образование в зоне сплав­ления структурной неоднородности, приводящей к преждевремен­ному разрушению сварного соединения. Как показал опыт, при сварке сталей одного структурного класса различие химического состава их наиболее существенно влияет на образование в зоне сплавления структурной неоднородности в соединениях перлитных сталей. Поэтому в настоящей главе рассматриваются особенности сварки только этих сталей и только применительно к ним изла­гается сущность мер, необходимых для предотвращения образова­ния в зоне сплавления характерной структурной неоднородности.

По степени легированное™, механическим свойствам и эксплу­атационным характеристикам современные перлитные стали, ко-

торые наиболее широко используются в различных отраслях промышленности для изготовления сварных конструкций, можно разделить на пять групп: углеродистые обыкновенного качества (БСт.1, БСт. З, БСт.4, БСт5, ВСтІ, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5, 15Л, 20Л, 25Л, ЗОЛ), углеродистые качественные (10,15, 20, 25, 35, 40, 45, 15Г, 25Г, 12К, 15К, 20К, 22К, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л), обык­новенные низколегированные (14Г, 09Г2, 14Г2, 12ГС, 17ГС, 09Г2С, 10Г2С1, 18Г2С, 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД, 15ГФ, 20ГЛ, 27ГЛ, 20ГСЛ, ЗОГСЛ, 08ГДНФЛ, 13ХНД4ТЛ), низколегированные по­вышенной прочности (15Г2СФ, 15Г2АФ, 18Г2АФ, 10Г2Б, 15ХА, 20Х, 38ХА, 18ХГТ, 16ХСН, 10Г2, 32Г2, 38ХС, 27СГ, 36Г2С, 30ХГТ, 38ХВА, 15ХФ, 20ХН, 20ХФ, 15НМ, 20НМ, 13Н2ХА, 12ХН2, 15ХГНТА, 18ХГН, ЗОХНВА, 40ХНМА, 15ХМ, ЗОХМА, 35ХМ, 38ХМА, 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 15Х1М1Ф, 35ГЛ, 40ГЛ, 40ХЛ, 35ХГЛ, 35ГНМЛ, 40ГФЛ, 40ХНЛ, 20ХМЛ, ЗОХНМЛ, 40ХНТЛ, 12ХНІМФДЛ) и среднелегированные (20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА, ЗОХГСНА, 06НЗ, 30ХН2СФА, 20Х2МА, 12Х5МА,

ЗОХНЗА, 25Х2ГНТА, 30Х2ГН2, 30Х2НВФА, 38X3HBA, 25Х2Н4ВА, 30ХН2ВФА, 38ХНЗМФА, 38XH3BA, 38ХНЗВФА, 20ХМФЛ, 25Х2МФЛ).

Значительная часть используемых в настоящее время перлитных сталей склонны к закалке. Следовательно, при их сварке могут образовываться околошовные трещины. Поэтому первой особен­ностью сварки сталей рассматриваемого класса является необхо­димость принимать меры, исключающие образование околошовных трещин.

При изготовлении конструкций из перлитных сталей могут сва­риваться стали, существенно отличающиеся по химическому со­ставу, особенно по содержанию углерода и карбидообразующих эле­ментов. Следовательно, в сварном соединении таких сталей в зоне сплавления может образоваться структурная и механическая неод­нородность, снижающая работоспособность конструкции, особенно при эксплуатации ее в условиях повышенных температур. Поэтому в некоторых случаях сварки перлитных сталей необходимо при­нять меры, исключающие образование указанной неоднородности сварного соединения. Необходимость таких мер является второй особенностью сварки сталей рассматриваемого класса.