Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

ются нормальные швы с вертикальным катетом, равным тол­ щине верхнего листа. Горизонтальный катет обычно больше вертикального в 1,5— 2 раза.

Сварка с дополнительной присадкой

Применение способа автоматической сварки под флюсом с гра­ нулированными присадками позволяет:

1. Увеличить производительность сварки в 2 и более раз (в зависимости от толщины свариваемого металла и типа сое­ динения), причем эффективность процесса возрастает с увели­ чением толщины изделия.

2. Увеличить толщину свариваемого без скоса кромок ме­ талла до 40 мм (без присадок сварка возможна до толщины

2 0 мм).

3. Ликвидировать дефекты сварных швов типа «шлаковые каналы» при бесскосной сварке сталей толщиной до 40 мм.

4 . Вести сварку по увеличенным зазорам и с депланацией кромок.

5.Повысить качество сварных швов и сварных соединений

вцелом за счет снижения перегрева металлической ванны и

уменьшения величины зоны термического влияния.

6 . Улучшить механические характеристики сварных соеди­ нений, особенно ударную вязкость при отрицательных тем­

пературах (порог хладноломкости снижается на 15— 2 0 °С).

7. Снизить сварочные деформации изделий и повысить рабо­ тоспособность их сварных соединений.

8 . Ликвидировать горячие и холодные трещины в сварных соединениях (сопротивляемость возникновению трещин значи­ тельно возрастает)

9. В ряде случаев ликвидировать сопутствующий подогрен изделий в процессе сварки.

10. Легировать металл шва за счет присадки и получать нужную композицию сварочных материалов (электродная про­ волока + сварочный гранулят+ сварочный флюс), которая обес­ печит заданные механические свойства сварных соединений.

Для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей в промышленности широко применяются гранулированные ме­ таллические присадки в виде рубленых проволок диаметром

0 ,8 —2 ,0 мм.

Более перспективными для сварки низколегированных ста­ лей являются активированные металлические (металлохимиче­

ские) присадки. При сварке с активированными присадками увеличивается глубина проплавления без повышения мощности дуги, а также улучшаются структура и механические свойства сварных соединений. Производительность процесса сварки с ак­ тивированными присадками может быть повышена на 50 % по сравнению с технологическим процессом сварки с обычными гранулированными присадками, так как активаторы являются как бы катализаторами процесса сварки.

Увеличение глубины проплавления свариваемого металла или же значительное повышение производительности при сварке с гранулированными присадками при неизменной погонной энер­ гии достигается за счет добавки к рубленой проволоке солей фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее стабильный процесс сварки и устойчивое горение дуги наблюдались при введении фторидов натрия и кальция.

Оптимальный уровень добавок солей к гранулятам колеб­ лется от 0,5 до 1,0%. Присадочные материалы с добавками со­ лей для разных марок сталей и технология изготовления регла­ ментируются ВТУ ИЭС 105—75. Механизированная сварка под флюсом с активированными присадками выполняется под серий­ ными флюсами сварочными проволоками.

4.2.5. Сварка конструкционных углеродистых сталей

Получение равнопрочных сварных соединений при сварке ма­ лоуглеродистых сталей под флюсом достигается в основном за счет применения высококремнистых марганцевых флюсов марок АН-348А, ОСЦ-45, АНЦ-1 и др. и малоуглеродистых или марганцевых сварочных проволок марок Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2 .

Сварку под флюсом среднеуглеродистых сталей ведут на пониженных режимах (производительность резко падает). По­

этому сварка под флюсом не получила широкого применения

ненаНеобходимость сварки подобных трудносвариваемых ста­ лей возникает в основном при ремонтных работах. Для свар­

или несколькими элементами при содержании каждого легирующего < 2 % и суммарном их содержании < 5% . Эти стали можно разделить на три группы: малоуглеродистые конструкционные, среднеуглероднстые конструкционные, жаропрочные.

Малоуглеродистые низколегированные стали можно в свою очередь под­ разделить на стали повышенной прочности и высокопрочные.

Стали повышенной прочности выпускаются в основном по ГОСТ 19282—73 «Сталь низколегированная тонколистовая и широкополосная универсальная».

По свариваемости стали этой группы мало отличаются от нелегированных малоуглеродистых. Однако легирование повы­ шает склонность этих сталей к росту зерна в зоне термического влияния, а при высоких скоростях охлаждения в них могут по­ являться неравновесные структуры закалочного характера.

Для сварки металлоконструкций обычного исполнения (тем­ пература эксплуатации до —40 °С) применяются в основном

высококремнистые марганцевые флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АНЦ-1 и сварочная проволока Св-08ГА, Св-10Г2. Флюс АН-60 применяется для сварки на повышенных скоро­ стях.

Для сварных конструкций, эксплуатирующихся при темпера­ туре ниже —40 °С, применяют основные флюсы марок АН-22, АН-22М, АН-47, АН-67А и др. в сочетании с легированными проволоками Св-10НМА, Св-08ХМ, Св-08МХ и др.

4.2.7. Сварка среднелегированных сталей

2—5 % при их суммарном содержании 5—10 %.

Как правило, для среднелегированных сталей применяют комплексное ле­ гирование, что позволяет упрочнить феррит и повысить прокаливаемость стали. Соответствующая термическая обработка обеспечивает получение нуж­

ных свойств.

Для современных марок среднелегированных сталей характерно много­ компонентное комплексное легирование (ЗОХГСНА, 12Х5МА, 25ХНЗМ и др.). Легирование этих сталей только одним элементом (45Х, 06НЗ) применяется весьма редко.

К сварным соединениям из среднелегированных сталей предъявляют требования по прочности в условиях эксплуата­ ции и такие специальные требования, как коррозионная стой­ кость, стойкость против импульсных (мгновенных) нагрузок и т. п. Выполнить их довольно трудно, так как с повышением содержания легирующих элементов свариваемость ухудшается.

Серьезной проблемой свариваемости среднелегированных сталей является пониженная сопротивляемость швов образова­ нию горячих трещин. Поэтому при сварке среднелегированных сталей следует тщательно выбирать композицию шва, осуще­ ствляя вместе с тем его рафинирование и модификацию. Одно­ временно необходимо прибегать к технологическим мерам, при­ менять режимы, обеспечивающие высокий коэффициент формы шва, снижать мгновенную скорость охлаждения.

При изготовлении конструкций из среднелегированных ста­ лей сварка под флюсом применяется достаточно широко. При

нии с указанными флюсами применяется сварочная проволока марок Св-20Х4ГМА, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х5М, Св-10ХГСН2МТ.

4.2.8. Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированной называется сталь, в которой содержание одного из ле­ гирующих элементов составляет > 5% , а сумма легирующих > 1 0 %. По структуре их подразделяют на мартенситные, ферритные и аустенитные.

Стали мартенситного класса — это коррозионные нержавеющие и жаро­ стойкие стали (2X13, 1Х17Н2, 4Х10С2М и др.). К сталям ферритного класса относятся высокохромистые стали, содержащие >17% Сг и до 0,15% С (Х25Т, Х28 и др.). Стали аустенитного класса в основном хромоникелевые (Х19Н9Т, Х18Н11Б, Х18Н12М2Т, Х25Н20С2, Х23Н18 и др.). Эти стали ши­ роко применяются в атомной промышленности, в авиации, химическом маши­ ностроении, криогенной технике, в нефтяной промышленности и др.

Сварка под флюсом является ведущим технологическим про­ цессом в производстве химической и нефтехимической аппара­ туры из коррозионностойких сталей. Находит применение сварка и при производстве конструкций из жаропрочных ста­ лей и сплавов.

Столь широкое применение сварки под флюсом обусловлено постоянством условий процесса и, как следствие, постоянством химического состава и свойств металла шва. Это очень важно для высоколегированных сталей и сплавов, так как даже не­

значительное изменение химического состава металла шва мо­ жет привести к образованию в нем кристаллизационных тре-

toe

щиН или существенно ухудшить коррозионные или жаропроч­

ные свойства.

Сварка под флюсом дает возможность получать гладкие швЫ с плавным переходом к основному металлу, что способ­ ствует повышению коррозионной стойкости по сравнению со швами, выполненными штучными электродами.

Сварку под флюсом высоколегированных сталей и сплавов выполняют швами относительно небольшого сечения. Это пред­ определило применение тонких проволок; наиболее широко при­ меняются проволоки 0 2 —3 мм.

Для сварки под флюсом высоколегированных сталей исполь­ зуют почти все сварочные проволоки по ГОСТ 224—70, а также довольно большое количество сварочных проволок, выпускае­ мых по ТУ (Св-12Х11НМФ, Св-12Х13, Св-10Х17Т, Св-04Х19Н9, ЭП467, ЭП235, ЭП497 и др.).

Жаропрочные стали свариваются в основном под Лторид-

АНФ-17, АНФ-2 2 . Д ля сварки коррозионностойких сталей наи­ большее применение получили низкокремнистые флюсы АН-26, АНФ-14.

Современные фторидные флюсы в сочетании с высоколеги­ рованными проволоками позволяют сваривать ответственные конструкции из высоколегированных сталей.

Г л а в а 5 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА (ЭЛС)

5.1. Сущность процесса

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) осуществляется в вакууме за счет расплав­ ления кромок основного металла сфокусированным потоком электронов, имею­ щим высокую удельную мощность <72. Технологический диапазон для целей нагрева, плавления, испарения составляет —104—5-10® Вт/см2. Сварка метал­ лов малых толщин (до 3 мм) ведется с удельной мощностью 104 Вт/см2, когда испарение с поверхности сварочной ванны незначительно. Однопроход­ ная сварка металлов больших толщин (до 200—300 мм) требует <72= Ю5-*- -40е Вт/см2. В этом случае проникновение электронного луча на большую глубину сопровождается испарением металла и формированием канала про­ плавления, на стенках которого рассеивается практически вся мощность элек­ тронного луча. Канал проплавления, поверхность которого сильно перегрета относительно температуры плавления металла Тпл и может достигать темпе­ ратуры кипения Гкип, движется через толщу металла, образуя по всей глу­ бине канала область расплава металла, который перемещается в хвостовую часть ванны н гам кристаллизуется.

Переход от сварки металлов малых толщин к однопроходной сварке ме­ таллов больших толщин осуществляется по достижении критической удельной мощности <72*, величина которой для большинства металлов <72*—lO6-*- -НО6 Вт/см2. Верхнее значение удельной мощности электронного луча для технологических целей ограничено уровнем <72^ 1 09 Вт/см2 (выше процесс обра­ ботки материала становится неуправляемым из-за взрывного характера раз­

лета образующейся плазмы). Высокая концентрация энергии в луче позволяет получать при больших скоростях ЭЛС узкие и глубокие сварные швы с ми­ нимальной зоной термического влияния и высокими механическими свойствами металла шва и околошовной зоны.

5.2. Параметры н показатели ЭЛС

Параметрами электронного луча, измеряемыми в процессе сварки, являются: ток луча /, ускоряющее напряжение U, ток фокусирующей системы/ф, рабочее расстояние (расстояние от центра фокусирующей системы до поверхности сва­ риваемого изделия) /, угол сходимости луча а, скорость перемещения луча v.

При заданных значениях параметров: мощности (Вт) q=IU, /, / ф, а можно определить диаметр электронного луча d и соответственно удельную мощность <7г, Вт/см2:

При использовании импульсно-периодического режима сварки средняя

где /и — ток луча в импульсе, A; U — ускоряющее напряжение, В; f — частота следования импульсов, Гц; т — длительность импульса, с. Скорость сварки в импульсном режиме, см/с:

сварной точки, см. Количественными показателями ЭЛС являются: погонная энергия Qi = qlvc* (Дж/см) — затраты энергии на единицу длины сварного шва; Q2=qlvCBH (Дж/см2) — затраты энергии на формирование единицы пло­

следующие: <7=1 + 120 кВт при t/= 25+120 кВ, а=1ч-5°, /=20+200 мм, OCB=* = 0,1+3 см/с, d= 0,1-г-З мм, /=1 + 100 Гц, г=5+100 мс, К>10.

5.3. Камеры и вакуум для ЭЛС

ЭЛС осуществляют чаще всего вертикальным либо горизонтальным лучом (рис. 5.1) в вакуумных камерах, размеры которых зависят от габаритов сва­ риваемых изделий. Объем камер современных установок составляет от 0,1 (и менее) до сотен кубических метров (1—41.

Камера с находящейся на ней (или в ней) электронной пушкой, форми­ рующей электронный луч, может откачиваться как до высокого (~10_3 Па), так и до низкого ( - 1 —10 Па) вакуума, но с' отдельной откачкой объема электронной пушки до 10_3 Па.

Даже в низком вакууме —1 Па содержание кислорода в 17 раз, а азота в 10 раз меньше, чем в особо чистом аргоне, поэтому при ЭЛС защита рас­ плавленного металла очень эффективна.

Установки с выпуском электронного луча в атмосферу на расстояние 15—20 мм при U—175ч-200 кВ обеспечивают мощность до 40 кВт и коэф­ фициент формы шва /С«3 из-за малой удельной мощности вследствие силь­ ного рассеяния луча.

рис. 5.1. Схема установки электронно-лучевой сварки:

/ —пушка; 2 — электронный луч; 3 — изделие (труба); 4 — откачка; 5 — камера

5.4. Нагрев металла при ЭЛ С

Глубина пробега электронов в твердом теле и газе

Максимальную глубину пробега электронов 6 в твердом теле для целей ЭЛС чаще всего определяют по формуле Шонланда

где V — ускоряющее напряжение, В; р — плотность, г/см3; 6 — глубина проникновения, см. Для алюминия р=2,7 г/см3. При