Некоторые типы электродов, применяемые для сварки низколегированных закаливающихся сталей

Таблица 1

Тип по ГОСТ 9467-75	Марка
Э355А	УОНИ 13/55У
Э70	ЛКЗ-70
Э85	УОНИ 13/85 ; ЦЛ-18(18ХГС); НИАТ-3М(18ХГС)
ЭХМ	УОНИ 13/45(08ХМ); ЦЛ-38; ЛКЗ-70М; ЦЛ-30(08ХМ)
ЭХМФ	ЦЛ-20Б(08ХМФА); ЦЛ-20А; ЦЛ-39; ЛКЗМ -70МФ-2

Если сталь перед сваркой подвергают термообработке, но после сварки отпуск невозможен из-за крупных размеров конструкции, то сталь данной марки можно использовать для изготовления такой конструк­ции только в том случае, если не предъявляется жестких требований к равнопрочности основного металла и сварного соединения при статическом нагружении.

2.2. Сварка под флюсом

Конструктивные элементы подготовки кромок под автоматическую и полуавтоматическую сварку под флюсом выполняют такими же, как и при сварке обычных не закаливающихся сталей (по ГОСТ 8713-79). Однако в диапазоне толщин, где можно варить с разделкой и без, предпочтение следует отдать разделки кромок. При сварке под флюсом помимо возмож­ности образования трещин в ОШЗ швы имеют повышенную склонность к образованию горячих трещин, вследствие высокого содержания углерода.

При механизированной сварке под флюсом необходима подготовка кро­мок, техника и режимы сварки, при которых доля основного металла в шве будет минимальной (сварку необходимо вести при незначитель­ных J_св). Однако если для сварки под флюсом будет использоваться низкоуглеродистая проволока, то можно варить на форсированных режимах (больших J_св и V_св) без разделки кромок (с глубоким про­варом). В этом случае будет происходить разбавление шва металлом присадки.

Для сварки низколегированных сталей с повышенным содержанием уг­лерода выбирают проволоки обеспечивающие заданные механические ха­рактеристики. Для сталей 40Х, ЗОХГС , ЗОХНМ, ЗОХМА можно использо­вать проволоку Св08А,Св10ГН, Св08ГСМТ, Св18ХГС и др. Флюс выбира­ют в зависимости от марки проволоки в основном кислые высокомарганцовистые или среднемарганцовистые. (для проволок с низким содержанием раскислителей). При использовании проволок с достаточным содержанием раскислителей лучше использовать флюсы низкокремнистые, низкомарганцовистые (например, АН-15, АН-20, АН-24 - слабоокислительные).

Для сварки теплоустойчивых сталей используют проволоки, легиро­ванные Сr, Мо, V (Св-08XH, Св-08МХ, Св-08ХМФА по ГОСТ 2246-70).

2.3. Сварка в среде защитных газов

Сварка в защитных газах широко используется для изготовления конструкций из низколегированных высокопрочных сталей.

Конструктивные элементы при сварке в среде защитных газов вы­бирают по ГОСТ 14771-76.

Подготовка кромок зависит от разновидности способа сварки в среде защитных газов.

Высокая концентрация углерода в металле шва определяет преимущественное развитие процессов раскисления за счет углерода, которые, как известно, приводят к парообразованию. Поэтому при сварке в среде СО₂ в состав проволок необходимо вводить раскислители для давления реакции обезуглероживания (кремний и марганец). При сварке в СО₂ используются проволоки CB-08Г2C, Св-08ГСМТ, Св-08ХГСМА, Св-08ХГСМФА и др. в зависимости от состава свариваемой стали и требова­ний к механическим характеристикам.

При сварке в среде инертных газов и в смесях инертных газов и активных можно использовать любую из тридцати марок легированной про­волоки, предусмотренной ГОСТ 2246-70; ту или иную марку необходимо выбирать в зависимости от состава и свойств свариваемых сталей и от требуемого состава металла шва. Например, при сварке молибденовых, хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей можно использо­вать соответственно электродные проволоки Св-08МХ, Св-08ХМ, Св-08ХМРА и др.

Отсутствие шлаковой корки на поверхности шва при сварке в среде защитных газов позволяет широко использовать методы регулирования терми­ческого цикла сварки без применения предварительного подогрева (сварка каскадом, горкой, раздвинутыми дугами и т. д.).

2.4. Электрошлаковая сварка

Основные типы и конструктивные элементы сварных соединений и швов должны соответствовать требованиям ГОСТ 15164-78, который регламентирует основные типы соединений, выполняемых всеми разновидностями электрошлаковой сварки.

Для электрошлаковой сварки низколегированных сталей повышенной прочности и среднелегированных высокопрочных сталей применяют флюсы марок АН-8, АН-22 и др. При выборе электродной проволоки для электрошлаковой сварки следует исходить из требований к составу металла шва.

Низкие скорости охлаждения околошовной зоны при электрошлаковой сварке приводят к длительному пребыванию ее в области высоких температур, вызывающих рост зерна и охрупчивание металла. Поэтому после электрошлаковой сварки низколегированных высокопрочных сталей необходима высокотемпературная термообработка сваренных изделий для восстановления механических свойств до необходимого уровня. Время с момента окончания сварки до проведения термообработки должно быть регламентировано.

Высокие значения погонной энергии при электрошлаковой сварке позволяют в ряде случаев проводить сварку без предварительного подогрева. Однако возможно образование в шве горячих трещин и горячих и холодных отколов в околошовной зоне. Трещины - отколы воз­никают преимущественно в начале шва и на участках возобновления процесса из-за случайных перерывов. Для предупреждения трещин в околошовной зоне при сварке жёстко закреплённых элементов необходим предварительный подогрев до температуры 150 - 200 °С.

СВАРКА СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

1. Свариваемость сталей

К этой группе относятся стали с содержанием углерода до 0,5% при комплексном легировании в сумме от 4 до 9%. В зависимости от вида термической обработки временное сопротивление для среднелегированных высокопрочных сталей может достигать 100-200 кгс/мм², при достаточно высоком уровне пластичности.

Для сварных конструкций вследствие высокой чувствительности к термическому циклу сварки среднелегированные стали с повышенным содержанием углерода практически мало применяется. Большее примене­ние имеют стали с пониженным содержанием углерода (до 0,3%). При­мерами марок среднелегированных сталей могут служить стали ЗЗХЗНВФМА, 43ХЗСНВФМА, 30ХН2МФА, 28Х3СНМВФА и др.

Для современных марок легированных сталей характерно многокомпонентное комплексное легирование. Среднелегированные стали для сварных конструкций в основном относятся к перлитному классу. Однако некоторые стали этой группы содержащие 5-8% и более легирующих элементов относятся к мартенситному классу.

Высокие механические свойства среднелегированных сталей дости­гаются легированием элементами, упрочняющими феррит и повышающими прокаливаемость стали, и надлежащей термообработкой, после которой в полной мере проявляется положительное влияние легирующих элементов. Поэтому среднелегированные стали всегда характеризуются как химическим составом, так и видом термообработки. Среднелегированные стали, предназначенные для изготовления сварных конструкция, как правило, подвергаются улучшению (закалке с последующим высоким отпуском) или закалке и низкому отпуску.

При высоких прочностных свойствах среднелегированные стали после соответствующей термообработки по пластичности и вязкости не только не уступают, но и в ряде случаев превосходят такой пластичный материал, как низкоуглеродистая сталь.

Высокие прочностные и пластические свойства среднелегированных сталей обычно сочетаются с высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние, что и определяет их использование для конструкций, работающих в тяжелых условиях, например при ударных или знакопеременных нагрузках, при низких или высоких температу­рах.

Среднелегированные стали используют для создания облегченных высокопрочных конструкций в энергомашиностроении, тяжелом и хими­ческом машиностроении, судостроении, самолетостроении.

Увеличение степени легирования при повышенном содержаний углерода повышает устойчивость аустенита, и практически, при всех скоростях охлаждения околошовной зоны, обеспечивающих удов­летворительное формирование шва, распад аустенита происходит в мартенситной области. Подогрев изделия при сварке не снижает ско­рости охлаждения металла зоны термического влияния до значений, меньших, чем ω_кр, более того, способствует росту зерна, что вызывает снижение деформационной способности и приводит к возникновению холодных трещин.

При сварке среднелегированных сталей возникают следующие труд­ности.

Первой трудностью является предупреждение возникновению холод­ных трещин в околошовной зоне и в металле шва.

Вторая трудность-предупреждение возникновения кристаллизационных трещин в металле шва.

Третья трудность - получение металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом с механическими свойствами, равноцен­ными или близкими к свойствам основного металла.

Из перечисленных затруднений, возникающих при сварке среднелегированных сталей, наиболее серьезным и специфичным является предотвращение образования холодных трещин.

Напомню, что холодные, трещины образуются в сварных соединениях

при остывании их до относительно невысоких температур, как прави­ло ниже 200°С. К этому времени металл шва и околошовной зоны при­обретает высокие упругие свойства, присущие ему при нормальных температурах. Холодные трещины являются типичным дефектом сварных соединений из среднелегированных и высоколегированных сталей пер­литного и мартенситного классов. Значительно реже они возникают в соединениях из низколегированных ферритно-перлитных сталей и вы­соколегированных сталей аустенитного класса. Ввиду преимуществен­ного возникновения холодных трещин в соединениях из восприимчивых к закалке мартенситных и перлитных сталей трещины этого типа иног­да называют закалочными. Холодные трещины наиболее часто поражают околошовную зону и реже металл шва. В зависимости от расположения, в сварном соединении различают продольные и поперечные трещины, залегающие в металле шва и околошовной зоне. Продольные трещины, расположенные в околошовной зоне, называют отколами. Околошовные трещины являются наиболее частыми. Кроме температуры возникновения, внешнего вида и расположения в соединении важнейшей отличительной чертой холодных трещин является их задержанное развитие. Они воз­никают по истечении некоторого времени после окончания сварки и затем медленно распространяются (в течении нескольких часов или суток) в металле.