Глава 10 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ ДЛЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

 

Назад: 10.1 Общая характеристика сталей.

 

10.2 Особенности сварки

 

Современные способы сварки и сварочные материалы обеспечивают получение металла шва, не уступающего по хладостойкости основному металлу, а в некоторых случаях даже превосходящего его. Однако условия производства сварочных работ (в помещении, на воздухе, в при­способлении или на монтаже и т.д.), качество и состав основных ( кипящая или спокойная сталь, низ­ко- или среднелегированная, горяче- или холоднокатаная) и сва­рочных материалов (электроды, флюсы, газы, их влажность и степень загрязне­ния), условия защиты расплавленного металла, термомеханическое воздействие процесса сварки на металл (структура шва и ширина ЗТВ), геометрическая форма шва и конструкция соединения в целом могут привести к снижению хладостойкости сварных конструкций. Практически все случаи хрупких разрушений сварных соединений и конструкций, имевших место при низких температурах (сосуды, отвалы бульдозеров, балки мостов, стрелы экскаваторов, корпуса судов и т.д.) связаны либо с низким качеством исходного основного металла шва, либо с нарушением технологии производства и конструктивного оформления узлов.

Основными требованиями, предъявляемыми к выбору сварочных материалов для хладостойких сварных швов являются:

1. Использование присадочных материалов (электродов, про­волок, пластин), обеспечивающих высокую пластичность и вяз­кость металла швов при низких температурах. Это достигается использованием типов и марок элек­тродов и проволок, состав которых в основном соответствует со­ставам сталей и обеспечивает ферритно-перлитную или сорбитную структуру швов. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, работающих при Т  –40 0С и не испытывающих динамических и переменных нагрузок (ВстЗсп, 10Г2, Ст20, 17ГС, 14ХГС), рекомендуется применение эко­номичных электродов типа Э42 и Э46 с рутиловым (ОЗС-4), рутилово-основным покрытием (МР-3, АНО-4). Для ответственных сварных конструкций из сталей 09Г2С, 10Г2СД, 10ХСНД, применяют электроды с основным покрытием типа Э46А, Э50, Э50А, марок УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, ДСК-50, ОЗС-18, а также ЕВ50 «Велер Фокс» и «Гарант». Для материалов, работающих при Т  –60 0С, можно использовать элек­троды АНО-9, ЗТМ-2У, ВП-4 и др. Более конкретные рекоменда­ции по выбору электродов можно получить в литературе [7,8]. Для механизированной сварки под флюсом используются сварочные проволоки Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ГМ, Св-08ХМА в сочетаниях с флюсами АН-348А, АН-22, АН-43 и АН-47. Для сварки в углекислом газе сталей 09Г2Д, 09Г2С, 10Г2С1 и 10ХСНД рекомендуются проволоки Св-08Г2С, Св-10Г2С и Св-12ГС. При выборе и заказе электродов и проволок необходимо ограничивать в них содержание серы  0,02 % и фосфора < 0,02 %.

2. Обеспечение пониженного содержания влаги в покрыти­ях, флюсах и газах, ведущее к снижению пор в металле шва. Это осу­ществляется за счет операций прокалки и просушки сварочных материалов. В зависимости от требований к изготовлению сварных узлов эти операции могут проводиться 1-2 раза в рабочую смену, еженедельно и т.д.

При сварке ответственных конструкций, проволоку необходимо очищать от окалины, ржавчины и удалять технологическую смазку.

3. Специальное легирование металла шва элементами, обеспечивающими необходимый запас пластичности швов и способствующими повышению стойкости швов к горячим тре­щинам. Эти характеристики указываются в справочных данных или стандартах на электроды и проволоки.

Режимы сварки должны обеспечивать минимальные значе­ния погонной энергии для получения требуемых стандартами размеров и формы швов. Указанные стали несколько склонны к подкалке, особенно при повышенных толщинах, поэто­му выбранные режимы сварки должны обеспечивать скорости охлаждения сварных соединений меньше критических. В то же вре­мя чрезмерно высокие значения погонной энергии (низкие скорости сварки) могут вызвать появление разупрочненных зон в участках рекристаллизации, что особенно сказывается на снижении свойств сталей с карбонитридным упрочнением. Во всех случаях сварки необходимо выбирать наименьший возможный диаметр электрода (проволоки), чтобы уменьшить долю наплавленного металла в шве.

Сварку предпочтительнее осуществлять многослойную. Режимы сварки и техника вы­полнения швов не должны допускать непроваров, несплавлений, подрезов, трещин, а форма швов должна исключать появление резких концентраторов напряжений. Рекомендуется, по возможности, не применять угловых и тавровых соединений. Если это невозможно, то следует после сварки устранять (сглаживать) резкие переходы от шва к основному металлу.

Эффективным путем устранения охрупчивания и повыше­ния хладостойкости сварных соединений является послесварочная закалка с высоким отпуском(улучшение). Высокий отпуск сварных соединений, кроме восстановления пластичности и устранения деформационного ста­рения, снижает остаточные напряжения и накопленную металлом потенциальную энергию.

Нормируемыми, т.е. оговоренными в технической докумен­тации, дефектами являются непровары и шлаковые включения» цепочки пор, трещины. Их размеры и общая протяженность регу­лируются технической документацией на сварную продукцию. Возможны и другие приемы повышения хладостойкости швов и сварных соединений (предварительное нагружение сварной конструкции, наложение поля остаточных напряжений, «сглаживающее» величину концентраторов, магнитно-импульсное ведение процесса сварки и т.д.). Наиболее простым приемом, по­вышающим пластичность и вязкость, является использование по­догрева до и в процессе сварки. Температура подогрева зависит от содержания углерода и легирующих и, как правило, находится в пределах 80...200 0С. Этот прием существенно снижает трещинообразование в сварных соединениях.

Об особенностях поведения высоколегированных сталей, используемых при криогенных температурах и специфики техноло­гии их сварки будет сказано в главе 15, ч.1.

Далее: Глава 11 ЛЕГИРОВАННЫЕ ТЕПЛОСТОЙКИЕ СТАЛИ