11.5.6. Особенности сварки низколегированных сталей

При сварке низколегированных сталей в зоне термического влияния могут существенно изменяться структура и механические свойства. При перегреве некоторых сталей их зерна растут, а в других при быстром охлаждении образуются закалочные структуры, в результате чего металл в зоне термического влияния становится более твердым и менее пластичным, стойкость против хрупкого разрушения ухудшается.

Строительные нормы и правила (СНиП П-23-81*) ограничивают твердость шва и зоны термического влияния ( 300Нв) и ударную вязкость при температуре –40ºС ( 3 кгс·м/см²).

Степень изменения твердости металла при сварке зависит от химсостава и скорости охлаждения, а последняя, в свою очередь, от погонной энергии сварки и толщины свариваемых деталей.

Склонность металла к изменению структуры и снижению пластичности (образованию трещин) в зависимости от химсостава оценивают по эквиваленту углерода, определяемому по формуле:

.

При Сэ>0,50% твердость металла может быть более 300Нв, поэтому требуются специальные режимы сварки, гарантирующие твердость менее 300Нв. Все строительные низколегированные стали при С>0,22% могут иметь Сэ>0,5% и требуют специальных режимов сварки.

Снижение твердости металла шва и зоны термического влияния можно обеспечить замедлением охлаждения металла за счет увеличения погонной энергии сварки или а также предварительный и сопутствующий подогрев.

Для получения необходимой пластичности сварных соединений с угловыми швами в конструкциях из низколегированной стали С345 – С590 СНиП II-23-81* требует назначать минимальный катет швов независимо от требований прочности: при t 10мм – k_f =6мм; при t=11-20мм – k_f =8мм; при t=21-30мм – k_f =10мм, при t 31мм – k_f =12мм.

В многопроходных стыковых швах на пластичность металла благоприятно влияют последующие слои шва, производя отжиг. Поэтому СНиП особых требований к конструированию соединений встык не предъявляет.

Особенности сварки конструкций из сталей высокой прочности

(16Г2АФ; 14Г2АФ; 10ХНДП; 12ГН2МФАЮ и др.).

Технология сварки таких сталей должна предупреждать образование холодных трещин в сварном соединении, обеспечить минимально возможное снижение δ и а_к металла шва и околошовной зоны вследствие роста зерна. Наиболее опасный дефект при сварке этих сталей – возникновение холодных трещин в процессе мартенситного превращения, которому способствует растворенный в металле водород. Поэтому нужны меры по уменьшению скорости охлаждения металла шва и ЗТВ, снижение содержания водорода. В то же время для ограничения роста зерна и разупрочнения металла в ЗТВ необходимо увеличивать скорость охлаждения. Поэтому следует применять оптимальные скорости охлаждения на границе сплавления при Т=500-600ºС: для 16Г2АФ – 4,5:30ºС /с, для 14Г2АФ – 3,5 – 13,5ºС /с (градусов Цельсия в секунду).

Для обеспечения хорошего качества сварных соединений высокопрочных сталей используют две группы технологических мероприятий:

• подогрев свариваемых кромок, просушка и прокалка сварочных материалов, применение окислительных флюсов, тщательная очистка кромок и сварочной проволоки (для предотвращения образования холодных трещин);

• увеличение числа проходов при сварке, использование легированных сварочных проволок, ППМ и др. способов модификации металла шва, уменьшение погонной энергии сварки (для ограничения роста зерна).

Так при сварке стали 16Г2АФ рекомендуются:

• ручная дуговая сварка электродами типа Э60-Ф (УОНИ – 13/65) и Э50А-Ф (УОНИ-13/55; АНО-10);

• автоматическая и механизированная сварка под флюсом (флюсы АН-47, АН-17М), сварочная проволока Св – 10НМА и Св-08ХМ, в качестве ППМ – рубленую Св-10 НМА или Св-08Г2С;

• механизированная сварка в СО₂ проволокой Св-08Г2С и Св-08Г2СЦ, а для прихваток, поясных швов, ребер жесткости ПП-АН8;

• прокалка порошковой проволоки в течение 2 часов при Т=240-250ºС, флюса – в течение 1 часа при Т=350-380ºС; электродов – 2 часа при Т=400-450ºС.

Сварочные материалы к месту работы подают в специальной упаковке.

Обработка кромок производится механическим способом, машинной газовой или плазменной резкой; очистка кромок и поверхностей на расстоянии не менее 20 мм по обе стороны от оси шва.