№98 Сварка низколегированных сталей

Сварка низколегированных сталей.

Легированные стали подразделяются на низколегированные (легирующих элементов в сумме менее 2,5%), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (более 10%).

Низколегированные стали делят на низколегированные низкоуглеродистые, низколегированные теплоустойчивые и низколегированные среднеуглеродистые.

Содержание углерода в низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталях не превышает 0,22%. В зависимости от легирования стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемарганцовистые (14ХГС и др.), марганцовоазотнованадиевые (14Г2ЛФ, 18Г2АФ и др.), хромокремненикельмедистые (10ХСНД, 15ХСНД) и др. Временное сопротивление разрыву низколегированные низкоуглеродистые стали, горячекатаные имеют в пределах (48÷90)*107Па.

Низколегированные теплоустойчивые стали обладают повышенной прочностью при высоких температурах эксплуатации. Они наиболее широко применяются при изготовлении паровых энергетических установок.

Низколегированные среднеуглеродистые (более 0,22% углерода) конструкционные стали (17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и др.) применяют обычно в термообработанном состоянии. Технология сварки этих сталей подобна технологии сварки среднелегированных сталей (см. ур. 99).

Особенности сварки низколегированной стали.

Низколегированные стали сваривать труднее, чем низкоуглеродистые конструкционные.

Низколегированная сталь более чувствительна к тепловым воздействиям при сварке. В зависимости от марки низколегированной стали при сварке могу образоваться закалочные структуры или перегрев в зоне термического влияния сварного соединения.

Структура металла в зоне термического влияния зависит от его химического состава, скорости охлаждения и длительности пребывания металла при соответствующих температурах, при которых происходит изменение микроструктуры и размера зерен. Если в доэвтектоидной стали получить нагревом аустенит (рис. 1), а затем сталь охлаждать с различной скоростью, то критические точки стали снижаются.

Р ис. 1. Диаграмма изотермического (при постоянной температуре) распада аустенита низкоуглеродистой стали:

А - начало распада, Б - конец распада, А₁, - критическая точка стали, М_н и М_к — начало и конец превращения аустенита в мартенсит;

v₁, v₂, v₃, v₄ — скорости охлаждения с образованием различных типов структур.

При малой скорости охлаждения получают структуру перлит (механическая смесь феррита и цементита). При большей скорости охлаждения аустенит распадается на составляющие структуры при относительно низких температурах, и образуются структуры — сорбит, тростит, бейнит и при очень высокой скорости охлаждения — мартенсит. Наиболее хрупкой структурой является мартенситная, поэтому не следует при охлаждении допускать превращения аустенита в мартенсит при сварке низколегированных сталей.

Скорость охлаждения металла (особенно большой толщины) при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения металла отливки на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита.

Для предупреждения образования при сварке закалочной мартенситной структуры необходимо применять меры, замедляющие охлаждение зоны термического влияния (нужно применять подогрев изделия, многослойную сварку с малым интервалом времени между наложениями слоев металла в шов и др.). Оказывается, что при высоких температурах эксплуатации изделий для повышения сопротивления ползучести (деформирование металла изделия при высоких температурах с течением времени) можно иметь в металле крупнозернистую структуру. Но металл с очень крупным зерном обладает пониженной пластичностью и поэтому размер зерен в таких случаях ограничивают.

При эксплуатации изделий в условиях низких температур ползучесть исключается и необходима мелкозернистая структура металла, обеспечивающая увеличенную прочность и пластичность.

Покрытые электроды и другие сварочные материалы при сварке низколегированных сталей подбираются такими, чтобы содержание углерода, серы, фосфора и вредных элементов в них было ниже по сравнению с материалами, предназначенными для сварки низкоуглеродистых конструкционных сталей. Этим самым удается увеличить стойкость металла шва против кристаллизационных трещин, так как низколегированные стали в значительной степени склонны к их образованию.

Основы технологии сварки низколегированной стали.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке покрытыми электродами не закаливаются и мало склонны к перегреву. Сварку этих сталей производят по технологии аналогичной технологии сварки низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности соединения ручную сварку выполняют электродами типов Э46А и Э50А. Твердость и прочность околошовной зоны практически не отличаются от основного металла.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и в зоне термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается, если сварка выполняется с относительно большой погонной тепловой энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения. Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен (перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Это особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали.

Режим сварки необходимо подбирать гак, чтобы не было большого количества закалочных микроструктур и сильного (очень крупных в большом количестве зерен) перегрева металла. Тогда можно будет производить сварку стали любой толщины без ограничений при окружающей температуре не ниже минус 10°С. При более низкой температуре окружающего воздуха необходим предварительный подогрев до 120 —150°С. При температуре ниже минус 25°С сварка изделий из закаливающихся сталей запрещается.

Для предупреждения большого перегрева сварку сталей 15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пониженной погонной тепловой энергии (при пониженных значениях тока электродами меньшего диаметра) по сравнению со сваркой низкоуглеродистой стали.

Для обеспечения равнопрочности основного металла и сварного соединения при сварке сталей 15ХСНД и 14ХГС надо применять электроды типа Э50А или Э55.

Технология сварки низколегированных среднеуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и других подобна технологии сварки среднелегированных сталей.