Юрий Подольский - Сварочные работы. Практическое пособие

2. Сварка крупных изделий из стали 12ГН2МФАЮ выполняется проволокой сварочной марки Св08ХН2ГМТА ∅ 1,2 мм в защитной среде смеси газов: аргон – 88 % + углекислый газ – 12 %, с предварительным местным подогревом зоны сварки до 200 °C, ширина околошовной зоны ~80 мм, толщина листов 8 мм, швы в 2 слоя: один на другой – ступенькой (не во всю ширину). Указанная газовая смесь смягчает процесс сварки, уменьшает количество и размер брызг, повышает глубину провара, уменьшает вероятность появления горячих трещин и пор.

Опасной вредной примесью в околошовной зоне является водород, который диффундирует в околошовную зону, скапливается в микропустотах и несовершенствах кристаллической решетки и, переходя в молекулярную форму, создает громадное давление, что приводит к образованию трещин.

Для сваривания низколегированных и среднелегированных сталей используются ручная сварка электродами, автоматическая под флюсом, полуавтоматическая и автоматическая в защитных газах и их смесях. Оптимальная скорость охлаждения для сталей типа 30ХГСА составляет 6,3 °C в секунду.

Вариант технологического процесса. C точки зрения протекания процесса сварки, сталь низколегированную высокопрочную марки 14Х2ГМР не отличить от низкоуглеродистой, но для получения надежного качества после сварки необходимо выполнить комплекс технологических мер и правильно выбрать сварочные материалы. Варианты сварки этой стали следующие: полуавтоматическая сварка сварочной проволокой марки Св10ХГ2СМА, защитный газ СО 2или Аr + СО 2, либо порошковой проволокой ПП-АН54 по ВТУ ИЭС № 90–73. Диаметр сварочной проволоки 1,0–1,6 мм. При ручной сварке сталей 14Х2ГМР + 09Г2С, 10ХСНД сталь 3 применяются электроды АНП-2 по ТУ 14–4-468–73 или УОНИИ-13/45.

При автоматической сварке под флюсом – проволока сварочная Св-08ХН2ГМЮ, флюс АН-17М или проволока Св-10ГА, Св-08ГС, Св-10Г2, флюс тот же. Сварка должна выполняться при отсутствии сквозняков и при окружающей температуре не ниже –10 °C. Местный подогрев до 150–200 °C применяют для больших толщин (более 8 мм) и для узлов со сложными сопряжениями деталей. Время нагрева примерно 1,5–2,0 мин на 1 мм толщины соединения нормальным пламенем газового резака. Начало и окончание сварного шва должны быть выведены на технологические пластины. Сварочный ток немного ниже обычного (до 10 %), протяженность сварки одного участка шва – до 250 мм. Рекомендуется сварка многослойным швом.

Газовая сварка. Среднелегированные и высоколегированные хромистые стали (1X13, 2X13 и др.) склонны к образованию закалочных структур на воздухе и трещин в области шва и в околошовной зоне.

Вид пламени – нормальное; расход ацетилена 70 дм 3/ч на 1 мм толщины металла.

В качестве присадочного материала используют сварочную проволоку марок Св-02Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-06Х19Н9Т. Сварку проводят с применением флюса следующего состава (%): борная кислота – 55, оксид кремния – 10, ферромарганец – 10, феррохром – 10, ферротитан – 5, титановая руда – 5, плавиковый шпат – 5.

Сварку выполняют в один слой с предварительным подогревом до температуры 200–250 °C и максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева. При толщине металла до 3 мм применяют левый способ сварки, при толщине свыше 3 мм – правый.

Высоколегированными называют стали на основе железа, легированные одним или несколькими элементами в количестве 5–55 %. Эти стали имеют высокие прочность, вязкость, пластичность и широко применяются в промышленности. Но далеко не все из них по свариваемости пригодны для сварных конструкций и изделий. По содержанию никеля эти стали делят на 3 группы.

1. Безникелевые.

2. Никельсодержащие – до 8 % Ni.

3. Никельсодержащие – 8–30 % Ni.

По назначению они образуют 8 групп.

1. Инструментальные высококачественные.

2. Шарикоподшипниковые.

3. Магнитные.

4. Нержавеющие.

5. Жаростойкие.

6. Маломагнитные и немагнитные.

7. Жаропрочные.

8. С высоким омическим сопротивлением (например, нихром Х20Н80).

В сварных конструкциях применяются лишь стали 4-й, 5-й и 7-й групп.

Высоколегированные стали имеют ряд свойств, которые сказываются на технологии сварки.

1. Теплопроводность по сравнению с низкоуглеродистыми сталями понижена в 1,5–2 раза, а коэффициент линейного расширения увеличен в 1,5 раза. Это приводит при сварке к концентрации теплоты и к увеличению проплавления металла изделия, поэтому силу тока нужно уменьшать на 15–20 %. Большой коэффициент линейного расширения порождает значительные деформации в процессе и после сварки, а при отсутствии зазоров в сварном соединении и большой жесткости узла или больших толщинах свариваемого изделия – даже трещины, к которым эти стали более склонны.

2. Высокое электрическое сопротивление приводит к сильному нагреву электродного стержня. Поэтому при сварке электроды с хромоникелевыми стержнями выпускают длиной не более 350 миллиметров.

3. Сравнительно большая литейная усадка увеличивает деформацию и склонность к образованию трещин.

Хромистые стали 40Х9С2, 15Х5М, 10Х5МФ, 12X13, 15X28, 15Х18С10 хорошо сопротивляются окислению при высоких температурах и стойки к агрессивной среде, но склонны к закалке на воздухе и росту зерен в ЗТВ. Их сварку необходимо выполнять с предварительным подогревом до 200–400 °C. После сварки изделие охлаждают на воздухе до 150–200 °C, а затем подвергают высокому отпуску: нагрев в печи до 720–750 °C с выдержкой в течение 5 мин на 1 мм толщины металла, но не менее 1 ч, с последующим медленным охлаждением на спокойном воздухе. Закалку проверяют с помощью магнита (закаленная сталь немагнитна).

Коррозионно-стойкие высокохромистые стали способны утрачивать антикоррозионные свойства при неправильном термическом цикле сварки. Это явление называется межкристаллитной (ножевой) коррозией. Если сталь не содержит до 1 % титана или ниобия, но содержит бор и ванадий, которые снижают жаростойкость, то при нагревании выше 500 °C происходит выпадение из твердого раствора карбидов хрома и железа по границам зерен (кристаллов). Границы зерен обедняются хромом, и карбиды хрома и железа становятся центрами коррозии и коррозионного растрескивания. Поэтому коррозия называется межкристаллитной (ножевой), так как нет химической однородности кристалла.

Последующая термообработка (чаще – закалка) позволяет восстановить антикоррозионные свойства. Нагревом до 850 °C ранее выпавшие из раствора карбиды хрома вновь растворяются в аустените, а при быстром охлаждении они не выделяются в отдельную фазу. Быстрым охлаждением фиксируется строение металла.

Такой вид термообработки называется стабилизацией. Стабилизация несколько снижает пластичность и вязкость металла, но зачастую эти свойства у коррозионно-стойких сталей не являются главенствующими, и таким эффектом можно пренебречь.