Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Свариваемость материалов

..pdf
Скачиваний:
46
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
23.79 Mб
Скачать

Форма

I, °с

 

 

поперечного

 

 

сечения

подо­

3

5

кромок

грева

тт,

20

< 7 ,0

< 1 0

,0

 

100

< 5 ,0

< 8

,0

20

< 7 ,0

< 1 0 ,0

100

< 5 ,0

< 8 ,0

шея 10020

 

20

< 1 1

,0

Ш7К

< 9

,0

1

100

 

q/v кДж/см при толщине металла, мм

 

 

8

 

12

16

20

24

30

< 1 6

,0

9,5—25,0

13,5—33,0

17,0—40,0

 

 

< 1 2

,0

7,0—20,0

9,5—25,0

12,0—30,0

 

 

< 1 6 ,0

10,0—25,0

14,0—33,0

17,5—42,0

19,5—50,0

21,0—63,0

< 1 2 ,0

7,0— 19,0

9,5—25,0

12,0—33,0

13,0—40,0

13,5—48,0

 

 

9,5—25,0

12,5—33,0

16,0—40,0

20,0—49,0

25,0—58,0

 

 

6,5— 18,0

9,0—25,0

11,5—30,0

14,5—35,0

18,0—48,0

< 2 1 ,0

12,5—32,0

17,0—43,0

22,0—50,0

27,0—60,0

33,0—75,0

< 1 6 ,0

9,0—24,0

12,0—32,0

15,5—50,0

19,0—45,0

23,0—58,0

Форма

/, °с,

 

q/v> кДж/см, при толщине металла, мм

 

поперечного

 

 

 

 

 

сечения

подо­

16

20

24

30

40

кромок

грева

У /уЖ Ш

20

15,0—34,0

2 0 ,0 -4 2 ,0

 

 

 

100

12,0 -25,0

15,0—30,0

 

 

 

 

20

17,0—35,0

2 0 ,0 -4 4 ,0

 

 

 

 

100

12,5—27,0

15,0—34,0

16,0—42,0

17,0—48,0

18,0 -62,0

 

150

12,0—33,0

14,0—45,0

12,0 -50,0

 

20

17,0—35,0

2 0 ,0 -4 2 ,0

 

 

 

 

100

13,0 -28,0

14,0—34,0

19,0—38,0

21,0—48,0

25,0—60,0

 

150

 

 

14,0—32,0

18,0—39,0

20,0—50,0

Р л

20

2 0 ,0 -4 3 ,0

26,0—47,0

 

 

 

100

15,0—34,0

19,0—43,0

23.0—47,0

27,0—60,0

30,0—70,0

 

 

150

 

 

18,0—42,0

21,0—50,0

22,0—60,0

сти металла околошовного участка зоны термического влия­ ния. Поэтому максимально допустимые значения погонной энер­ гии целесообразно выбирать с учетом показателей ударной вязкости металла с надрезом по линии сплавления. С учетом полученных данных устанавливают допустимые пределы значе­ ний скорости охлаждения, обеспечивающие оптимальные свой­ ства металла зоны термического влияния и достаточную сопро­ тивляемость ее образованию холодных трещин. Совокупность перечисленных выше характеристик позволяет оценить свари­ ваемость металла и служит основой для выбора условий сварки различных соединений из низкоуглеродистых бейнитно-мартен- ситных сталей.

Диапазон оптимальных скоростей охлаждения до6/5опт У стали 14Х2ГМР: от 3,5 до 13,5 °С/с. Для сталей 12ГН2МФАЮ и 14ХГН2МДАФБ этот показатель находится соответственно в следующем диапазоне: 2,0—17,0 и 3,0—12,0 °С/с.

При сварке бейнитно-мартенситных сталей скорость охлаж­ дения целесообразно регулировать, изменяя как погонную энер­ гию, так и температуру предварительного или послесварочного подогрева соединений. Подогрев замедляет скорость осты-

7 Заказ № 149

193

вания при температуре ниже 300 °С и способствует более пол­ ному удалению водорода из наплавленного металла. При этом возрастает стойкость соединений против образования холодных трещин. Увеличение погонной энергии существенно продлевает пребывание металла в области высоких температур, что ухуд­ шает его механические свойства. Поэтому наилучшее сочета­ ние механических свойств соединений и их стойкости против трещин достигается при использовании оптимальных режимов сварки и температур предварительного и послесварочного по­ догрева.

При сварке соединений толщиной менее 20 мм скорость ох­ лаждения металла околошовной зоны следует регулировать в основном изменением погонной энергии сварки, при толщине

свыше 2 0 мм — погонной энергии

сварки и температуры

пред­

варительного и послесварочного

подогрева в интервале

50—

150 °С.

 

 

Установленные допустимые аУв/5 min и Шб/5 шах для каждой стали позволяют рассчитать оптимальные диапазоны режимов сварки различных соединений рассматриваемых сталей.

Погонные энергии сварки различных соединений низкоугле­ родистых мартенситно-бейнитных сталей приведены в зависи­ мости от толщины металла и температуры предварительного подогрева (табл. 10.3—10.6).

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ШВОВ СТЫКОВЫХ

Марка

Род

Марка стали,

а0.2.

 

в».

%

электродов

тока

толщина

 

МПа

 

МПа

%

АНП-2

Постоянный

14Х2ГМР, б =

30 мм

680

800

19,5

58,0

 

 

12ГН2МФАЮ,

б =

651

771

21,3

62,0

 

 

= 40 мм

 

 

 

 

 

АНП-6

Постоянный

14Х2ГМР, б =

30 мм

600

721

20,7

61,0

 

 

12ГН2МФАЮ,

б =

610

746

19,3

63,0

 

 

= 40 мм

 

 

 

 

 

 

 

14Х2ГМРЛ,

б =

640

756

18,0

60,0

 

 

= 60 мм

 

 

 

 

 

 

Перемен­

14Х2ГМР, б =

30 мм

606

722

20,0

60,0

 

ный

 

 

 

 

 

 

10.3. Технология сварки и свойства соединений

10.3.1. Свароцные материалы

Электроды Для ручной электродуговой сварки имеют низково­ дородное фтористо-кальциевое покрытие. Широко применяются электроды марки АНП-2 типа Э-70 по ГОСТ 9467—75. Сварку выполняют Постоянным током при обратной полярности. Ме­ талл, наплавленный электродами АНП-2, соответствует сле­

дующим требованиям, %: С<0,10;

Мп 0,8—1 ,2 ; Si 0,2—0,4;

Сг 0 ,6 1 ,0 ; Мо 0 ,2 —0,4; Ni 1,3—1,8;

S^0,03; Р^О.ОЗ. Коэф­

фициент наплавки — не менее 9 г/(А-ч), коэффициент перехода металла в шов — 96 %.

Более высокую производительность сварки, в среднем в 1,6— 1,8 раза, обеспечивают электроды АНП-6 П типа Э-70 (ТУ ИЭС

574—8 6 ). Они

позволяют выполнять сварку на постоянном и

на переменном

токе. Химический состав металла, наплавлен­

ного электродами АНП-6 П, %: С ^ 0 ,1 0 ; Мп 1,1—1,4; Si 0,20— 0,35; Ni 1,3—1,6; Mo 0,4—0,6; S^0,025; P<0,035.

Металл шва, выполненный электродами АНП- 2 и АНП-6 П, устойчив против образования горячих и холодных трещин, об­ ладает достаточной сопротивляемостью хрупкому разрушению

при температурах до —60 °С. Критическая

температура хруп­

кости

металла шва,

оцениваемая

по

условиям

KCU=

 

 

 

 

 

ТАБЛИЦА 10.7

СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРОДАМИ АНП-2 И АНП-6

 

КС и, Дж/сма, при °С

 

 

KCV, Дж/сма, при СС

+20

—40

-70

+20

 

-40

-70

110— 130

80— 105

55—80

8 3 -9 5

 

35—41

24—31

120

89

70

89

 

38

27

117— 124

82—95

72—94

87— 102

 

37—44

22—37

122

87

82

93

 

40

31

9 5 -1 0 2

70—72

6 5 -7 7

7 6 -8 7

 

34—40

1 2 -2 5

98

71

70

83

 

37

17

96— 115

51—77

36—56

65—80

 

27—42

14—20

105

65

48

73

 

33

17

108— 112

5 7 -9 4

39—77

95— 109

 

40—42

1 5 -3 2

ПО

75

59

102

 

41

24

9 8 -1 1 6

78—86

70—74

89— 101

 

3 8 -4 5

15—27

107

81

72

96

 

42

20

Марка стали

Сварочная проволока

ап,2,

°в.

«в.

4>.

 

 

МПа

МПа

%

%

14Х2ГМР,

Св-10ХГ2СМА

655

766

22,1

54,4

б = 20ч-30 мм

 

 

 

 

 

 

ППгАН54

628

712

18,3

62,0

 

Св-08Х Н2Г2СМЮ

865

975-

14,0

55,0

14Х2ГМРЛ,

ПП-АН57

656

785

19,0

56,0

6 = 120 мм

 

 

 

 

 

12ГН2МФАЮ,

Св-10ХГ2СМА

628

804

17,6

55,1

6 = 20-т-ЗО мм

 

 

 

 

 

 

ПП-АН54

618

740

15,3

59,9

 

Св-08Х Н2Г2СМЮ

784

880

16,3

56,1

 

Св-08ХН2ГМЮ*

885

998

15,0

55,6

14ХГН2МДАФБ,

ПП-АН54

718

830

15,7

57,0

б = 20 мм

 

 

 

 

 

 

Св-08ХН2ГМЮ*

790

940

16,0

55,6

14Х2ГМР + 09Г2С,

Св-08Г2С

446

610

30,7

63,4

б= 20 мм

*Сварка в 785» Аг + 22ч СО».

=40 Дж/см2 и KCU = 21 Дж/см2, ниже —60 °С. Критическая температура перехода сварных соединений от вязкого к квазихрупкому разрушению по условию FB^ 50% при статическом изгибе образцов с усталостной трещиной ниже —60 °С. Типич­ ные механические свойства и ударная вязкость металла швов,

выполненных электродами АНП-2 й АНП-6 П, приведены в табл. 10.7.

Сварку низкоуглеродистых легированных сталей с низколе­ гированными сталями повышенной прочности 09Г2, 10Г2С1, 14Г2, 10ХСНД, 15ХСНД,_а также с низкоуглеродистой сталью

ПРОХОДНОЙ СВАРКЕ В СО, СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

 

 

КС и, Дж/см2, при Т °с

 

KCV, Дж/см2 при Г,°С

20

-40

-70

-40

-70

100—

115

55— 63

32— 38

107

59

35

1 0 4 -1 0 9

55— 80

40— 90

106

72

47

81— 95

75— 86

45— 66

89

 

79

60

104—

115

6 8 - 8 4

47—

56

108

78

52

8 9 - 9 5

4 8 - 5 5

31—

34

91

 

51

 

32

123—

137

66—

73

51—

67

132

68

 

57

98—

105

85— 93

7 8 - 9 3

102

88

83

6 5 - 7 5

8 0 - 8 7

6 5 - 7 0

71

 

85

 

67

9 8 - 1 1 0

75— 92

67—

72

104

84

 

80

81—

85

67—

92

65—

71

83

 

70

 

68

145—

155

135—

152

95—

109

149

142

102

23—

32

 

28

 

27— 31

 

29

 

31—

38

 

34

 

4 0 - 4 5

 

43

 

23— 28

 

25

 

36— 38

 

37

 

27—

31

 

29

 

со

1

о

44

2 7 - 3 5

30

3 5 - 3 7

36

10— 14 12

2 4 - 3 0

27 22— 27 25

25— 30

28

8— 14

10

2 1 - 2 8

24 23— 25 24

со

со

 

1

35

16— 21

18

20— 27

24

СтЗ выполняют электродами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э42А—Э50А по ГОСТ 9467—75, например марок УОНИ-13/45 или УОНИ-13/55.

Проволока для сварки в углекислом газе и смесях аргона с углекислым газом. При сварке в углекислом газе применяют проволоку марок Св-08Г2С, Св-1 0 ХГ2 СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ (ГОСТ 2246—70) или порошковую проволоку марок ПП-АН54 (ТУ ИЭС 389—83) и ПП-АН57 (ТУ ИЭС 390—83).

Проволока марки Св-10ХГ2СМА обеспечивает механические свойства металла шва: сто,2^580 МПа; ств^680 МПа; 6 5 ^

ТАБЛИЦА 10.9

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА УГЛОВЫХ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ ТАВРОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ (В УГОЛ)

Марка стали;

Сварочная

Защитный газ

«0.1.

V

вб.

%

катет шва, мм

проволока

 

 

МПа

МПа

%

14Х2ГМР,

7 - 8

Св-08Г2С

со2

597

734

23,0

56,1

 

 

Св-10ХГ2СМА

со.

698

808

16,7

60,4

 

 

ПП-АН54

со2

629

771

23,3

64,7

14Х2ГМР,

1 4 -1 5

Св-08Г2С

со.

693

802

16,7

52,0

 

 

Св-10ХГ2СМА

со2

748

870

14,7

56,4

 

 

ПП-АН54

со2

650

816

18,7

60,7

14ХГН2МДАФБ,

Св-08Г2С

со2

659

716

14,7

53,3

7 - 8

 

Св-10ХГ2СМА

со2

795

856

12,0

51,0

 

 

ПП-АН54

со2

738

846

18,0

55,6

 

 

Св-08Г2С

78 %Аг +

22 %С02

717

846

23,3

55,1

 

 

Св-10ХГ2СМА

78 % Аг +

22 % С 02 905

1018

13,3

50,6

14ХГН2МДАФБ,

Св-08Г2С

со2

642

787

19,9

56,0

14— 15

 

Св-10ХГ2СМА

со2

638

755

24,7

59,9

 

 

ПП-АН54

со2

693

804

16,7

55,6

 

 

Св-08Г2С

78 % Аг +

22 %С02

670

784

26,6

64,0

 

 

Св-10ХГ2СМА

78 % А г + 2 2 %СОа

884

969

20

55,6

> 1 8 % , а„>25

Дж/см2 при температуре минус 60 °С. Металл

шва, выполненного проволокой марки Св-08ХН2Г2СМЮ, имеет

показатели прочности и

хладостойкости: Оо,2>750 МПа, 0 „ >

>850 МПа, 6s>15% ,

Х С £/>40 Дж/см2 при

температуре

—70 °С. Благоприятное

сочетание показателей

механических

свойств металла швов при сварке сталей с Оо.2 = 580+700 МПа позволяет получать порошковые проволоки марок ПП-АН54 и ПП-АН57 с сердечником рутил-флюоритного типа [И]. Прово­ лока марки ПП-АН57 позволяет выполнять сварку многопро­ ходных швов по слою шлака. Шлаковую корку удаляют после выполнения 4—5 проходов. Это обеспечивает при прочих рав­ ных условиях повышение производительности сварки по срав­ нению с проволокой ПП-АН54.

При сварке высокопрочных сталей в смесях на базе аргона (78 % Аг + 2 2 % С02, 75 % Аг + 20 % С02 + 5 % 0 2) использу­ ется проволока марки Св-08ХН2ГМЮ (ГОСТ 2246—70), кото­

рая обеспечивает высокий уровень

механических

свойств и

хладостойкости

металла швов

при

сварке

сталей с оог>

>700 МПа.

 

 

 

 

 

Характерные механические свойства металла швов стыко­

вых соединений,

выполненных в

защитных

газах,

приведены

в табл. 1 0 .8 .

 

 

 

 

 

Проволоки указанных марок рекомендуются для сварки угловых швов катетом свыше 15 мм. Для угловых швов с мень­ шим катетом в большинстве случаев используют проволоку

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ШВА ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКЕ ПОД ФЛЮСОМ

Марка стали.

Марка сварочной

толщина

 

проволоки, флюс

14Х2ГМ Р, 40 мм

 

Св-08ХН2ГМ Ю ,

 

 

А Н -17М

12ГН2М Ф АЮ , 40 мм

Св-08ХН2ГМ Ю ,

 

 

А Н -17М

12ГН2М Ф АЮ , 40 мм

Св-08ХН2ГМ Ю ,

 

 

А Н -43

12ГН2М Ф АЮ , 40 мм

Св-08ХН2Г2СМ Ю ,

 

 

А Н -17М

14Х ГН 2М Д А Ф Б ,

20 мм

Св-08ХН2ГМ Ю ,

 

 

А Н -17М

14Х ГН 2М Д А Ф Б ,

20 мм

Св-08ХН2ГМ Ю ,

 

 

АН -43

14Х2ГМ Р, 12 мм

 

Св-08ХН2М

Механические

[

K C V ,

дж/см2, при

1

K C V ,

Дж/см2,

 

свойства

 

Г, сс

 

|

при

Г, °С

I

 

{>1

*

 

 

1

1

 

i

 

 

-V20 j

—40

 

 

МПа

 

j

 

 

 

1 —4Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

647 842 22,7 57,5

631 807 18,6 57,1

696 837 17,6 55,6

735 840 18,0 57,0

715 875 16,0 55,6

682 812 18,3 56,0

640 780 18,6 55,0

119 — 141

108— 120

72— 104

34—42

26—34

130

112

90

37

29

100— 122

75— 102

6 1—79

30—35

2 1 —24

109

93

69

32

22

92— 120

4 1—60

20—35

17—20

10— 12

103

50

26

18

11

120— 130

80— 117

77—90

40—44

30—38

123

98

85

42

35

97— 115

90— 106

75—87

25—27

17—30

108

98

81

26

24

89— 118

39—63

2 1—36

20—26

12— 16

107

52

29

23

14

102— 120

68—93

53—75

32—36

2 1—27

ПО

75

64

34

23

П р и м е ч а н и е . Приведены средние результаты испытаний 3—4-х образцов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИФФУЗИОННОГО ВОДОРОДА В НАПЛАВЛЕННОМ МЕТАЛЛЕ (ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА)

Способ сварки

 

Сварочные материалы

Ручная покрытыми

Электроды

АНП-2

электродами

Электроды

АНП-6П

^ • Д И ф .

мл/ЮО г

2,5-- 4,0

5,0—8,0

Механизированная

Проволока марок: Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА,

2,5—4,0

в защитных

газах

Св-08Х Н2Г2СМЮ; С02

СО

 

 

 

Проволока марки Св-08ХН2ГМЮ;

1

 

 

78 % Аг +

22 % С02

СО О!

сл о

 

 

Порошковые

проволоки марок ПП-АН54,

 

 

 

 

 

1

 

 

ПП-АН57

 

 

 

Автоматическая

под

Проволоки марок Св-08ХН2Г2СМЮ; флюсы

4,0—6,5

флюсом

 

АН-17М или АН-43

 

 

марки Св-08Г2С (табл. 10.9). Эту проволоку применяют при сварке низкоуглеродистых бейнитно-мартенситных сталей с низ­ колегированными сталями повышенной прочности 09Г2, 10Г2С1, 14Г2, 10ХСНД и 15ХСНД.

Флюсы и сварочные проволоки. При автоматической сварке бейнитно-мартенситных сталей применяют низкокремнистые окислительные флюсы марок АН-17М и АН-43 (ГОСТ 9087—81). Сварку выполняют проволоками Св-08ХН2ГМЮ или Св-08ХН2Г2СМЮ (ГОСТ 2246—70) на постоянном токе обрат­ ной или прямой полярности. Флюсы АН-17М и АН-43 позво­ ляют получать наплавленный металл с достаточно низким со­ держанием диффузионного водорода, неметаллических включе­ ний, серы и фосфора. Флюс АН-43 рекомендуется использовать при многопроходной сварке стыковых соединений в узкую раз­ делку, а также для сварки угловых соединений.

Характерные механические свойства металла швов при сварке под флюсом сталей приведены в табл. 10.10.

Сбарку низкоуглеродистых легированных бейнитно-мартен­ ситных сталей с низколегированными сталями повышенной прочности марок 09Г2, 10Г2С1, 10ХСНД и другие, а также с малоуглеродистой сталью марки СтЗ выполняют проволками марок Св-ЮГА или Св-10Г2 (ГОСТ 2246—70). После соответ­ ствующей подготовки материалов (прокалки электродов, флю­ сов и осушения газов) и условий сварки (удаления источников водорода с поверхности свариваемых кромок и предохранения зоны сварки от осадков и сквозняков) металл швов низкоугле­ родистых легированных сталей содержит ограниченное содер­ жание диффузионного водорода (табл. 10.11).

Сварочный ток выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода; при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения и толщину свариваемого металла. Рекомендуе­ мые режимы сварки электродами АНП-2 и АНП-6П приведены в табл. 10.12 и 10.13.

При выполнении многослойных швов особое внимание уде­ ляется качественному выполнению первого слоя в корне шва. Провар корня шва во многом определяет прочность сварного соединения. Корневые швы соединений высокопрочных сталей часто выполняют перевязкой электродами диаметром 4—5 мм. Разделки кромок заполняют в зависимости от толщины металла любым из известных видов наложения швов. Последователь­ ное наложение швов применяется при сварке металла толщи­ ной до 25 мм. Каскадный способ и способ горки применяют при сварке металла большей толщины. Выбор любой из схем за­ полнения разделки кромок прежде всего определяется необхо­ димостью сохранить необходимую температуру подогрева вы­ сокопрочного металла в процессе сварки.

Сварку технологических участков следует производить без перерывов, не допуская охлаждения сварного соединения ниже температуры предварительного подогрева. В то же время тех­ нологические участки в зависимости от толщины свариваемой стали должны быть достаточно протяженными, чтобы не допу­ скать нагрева сварных соединений между отдельными прохо­ дами выше 200 °С. При рациональном использованиии «автопо­ догрева» в случае многопроходной сварки предварительный по­ догрев может использоваться только лишь при выполнении первых проходов.

 

 

ТАБЛИЦА 10.12

 

ТАБЛИЦА

10.13

СВАРОЧНЫЙ ТОК ДЛЯ ЭЛЕКТРОДОВ

 

 

 

 

АНП-2 (ПОСТОЯННЫЙ. ОБРАТНОЙ

СВАРОЧНЫЙ ТОК ДЛЯ

 

ПОЛЯРНОСТИ)

 

ЭЛЕКТРОДОВ АНП-6П

 

Сварочный ток, А, для

 

Сварочный ток. А,

 

электрода диаметром, мм

 

Положение

 

 

 

 

для электрода диа­

 

 

 

 

метром. мм

сварки

 

 

 

Род тока

3

4

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5

6

 

 

 

 

 

Нижнее

100—120

150—200

200-250

Постоян­

190—

270-^

3 5 0 -

Вертикаль­

90— 120

120—160

160—200

ное, гори­

 

 

 

ный

210

290

370

зонтальное,

 

 

 

Перемен­

220

300—

380—

потолочное

 

 

 

ный

240

320

400