3. Выбор и обоснование способа сварки

Основные сведения о свариваемости

При сварке теплоустойчивых сталей наиболее трудным является предотвращение образования холодных трещин в металле шва и околошовной зоны. Именно для предотвращения образования холодных трещин и производят сварку этих сталей с высокой температурой подогрева и производят термообработку непосредственно после сварки (не охлаждая до комнатной температуры) или непозднее 72 ч после её окончания.

Другой важной задачей является обеспечение свойств сварных соеденений, близких или равных одноименным свойствам основного металла.

Одной из основных причин сложности и трудоёмкости технологии сварки теплоустойчивых сталей является повышенная склонность металла зоны термического влияния и металла шва к хладноломкости. Это объясняется спецификой легирования теплоустойчивых сталей. С увеличением в металле хрома, молибдена и ванадия критическая температура хрупкости значительно повышается, в то время как с увеличением в металле содержания никеля и марганца критическая температура хрупкости понижается. Поэтому металл шва и ЗТВ теплоустойчивых сталей, легированных хромом и молибденом имеет более высокую критическую температуру хрупкости, то есть проявляет большую склонность к хладноломкости, чем металл шва и ЗТВ других низко- и среднелегированных сталей, легированных никелем и марганцем. Критическая температура хрупкости металла шва и ЗТВ значительно превышающая комнатную и наличие конструктивных и технологических концентраторов деформаций и напряжений создают условия, наиболее благоприятные для образования холодных трещин.

Второй причиной склонности сварных соединений теплоустойчивых сталей к образованию холодных трещин, по нашему мнению, является повышенное содержание водорода в металле шва. Введение диффузного водорода в ЗТВ и металл шва в количестве выше критического значения приводит к появлению склонности сварных соединений из этих сталей к замедленному разрушению.

Третьей причиной сложности и трудоёмкости технологии сварки теплоустойчивых сталей являются большие размеры сварных узлов и конструкций и толщина свариваемых элементов. Попытка оценить сопротивляемость образованию холодных трещин по различным методикам, в которых используются небольшие по размерам и толщине свариваемых элементов образцы, не дают положительных результатов и не позволяют прогнозировать отсутствие холодных трещин в реальных крупногабаритных толстостенных конструкциях.

Выбор и обоснование способа сварки.

Так как сталь 12Х1МФ является ограниченно свариваемой сталью, то технология сварки должна обеспечивать надежность и долговечность конструкции. Важное требование к сварным соединениям – обеспечение равнопрочности сварного соединения и основного металла. Так же не допустимы разнообразные дефекты, как наружные, так и внутренние.

Наружные дефекты. К ним относятся наплывы, подрезы, незаваренные кратеры, прожоги.

Внутренние дефекты. К ним относятся поры, включения, непровары, несплавления и трещины.

Геометрические размеры и форма шва должны соответствовать требованиям ГОСТа.

В курсовом проекте будет использоваться ручная дуговая сварка покрытыми электродами, а также автоматическая сварка под флюсом.

Ручная дуговая сварка будет использоваться в тех случаях, когда сварочные швы будут иметь небольшую длину и в тех местах, где использование других способов сварки не возможно.

При сварке покрытыми электродами уменьшить количество водорода металле шва можно путем уменьшения количества влаги, попадающей в атмосферу дуги, и путем связывания водорода в стойкое химическое соединение HF. Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности, так как при этом происходит стабильное горение дуги и максимальное проплавление металла.

Также будем использовать автоматическую сварку под флюсом. Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности, так как при этом происходит стабильное горение дуги и максимальное проплавление металла.

При среднем насыпном весе флюса около 1,5 г/см⁹ статическое давление слоя флюса на жидкий металл составляет 7-9 г/см². Этого незначительного давления, как показывает опыт, достаточно, чтобы устранить нежелательные механические воздействия дуги на ванну жидкого металла, разбрызгивание жидкого металла и нарушение формирования шва даже при очень больших токах. В то время как при открытой дуге механическое воздействие дуги на ванну жидкого металла делает практически невозможной сварку при силе тока выше 500-600 А вследствие разбрызгивания металла и нарушения правильного формирования шва, погружение дуги во флюс дало возможность увеличить применяемые токи в среднем до 1000-2000 А и максимально до 3000-4000 А. Таким образом, появилась возможность при сварке под флюсом повысить сварочный ток в 6-8 раз по сравнению с открытой дугой с сохранением высокого качества сварки и отличного формирования шва. Производительность сварки при этом растет значительно быстрее увеличения тока, меняется самый характер образования шва.

Маломощная открытая дуга лишь незначительно расплавляет кромки шва, который образуется главным образом за счет расплавленного электродного металла, заполняющего разделку кромок. Мощная закрытая дуга под флюсом глубоко расплавляет основной металл, позволяет уменьшить разделку кромок под сварку, а часто и совсем обойтись без разделки. Снижается доля участия электродного металла в образовании шва.

Производительность сварки, определяемая числом метров шва за час горения дуги, при сварке под флюсом значительно выше (до 10 раз), чем при сварке открытой дугой на одинаковых сварочных токах. Таким образом, производительность сварки под флюсом возрастает как за счет увеличения сварочного тока, так и за счет лучшего его использования. Возможность резкого увеличения силы сварочного тока составляет главное, неоценимое преимущество сварки под флюсом. Заключение дуги в газовый пузырь со стенками из жидкого флюса практически сводит к нулю потери металла на угар и разбрызгивание, суммарная величина которых не превышает 2% веса расплавленного электродного металла. Сварные швы получаются равномерного и очень высокого качества. Отсутствие потерь на угар и разбрызгивание и уменьшение доли электродного металла в обра-зовании шва позволяют весьма значительно экономить расход электродной проволоки. Лучшее использование тока заметно экономит расход электроэнергии. Так как дуга горит невидимо под толстым слоем флюса, не требуется защиты глаз работающих. К недостаткам сварки под флюсом можно отнести невидимость места сварки, закрытого толстым слоем флюса, и довольно значительные расход и стоимость флюса. Невидимость места сварки повышает требования к точности подготовки и сборки изделия под сварку, затрудняет сварку швов сложной конфигурации. Расход флюса по весу в среднем равняется весу израсходованной проволоки, и стоимость его оказывает существенное влияние на общую стоимость сварки.