книги из ГПНТБ / Касаткин Б.С. Механизированная сварка стали под флюсом

Предел длительной прочности металла шва на стали марки 15Х1М1Ф при 570°С составляет за 10000 ч \Ъ,0кГ!мм.2,

а за 100 000 ч — 12,0 кГ/мм2.

Предел длительной прочности сварного соединения при 585°С равен за 10 000 ч 6,0 кГ1мм2. Образцы разрушались

по основному металлу, в некотором удалении от металла шва.

Сварка стали марок 34ХМ и 34ХМ с ЭИ415 произ­ водится под флюсом АН-17 электродной проволокой Св-08ХГСМФ с предварительным и сопутствующим подо­ гревом до 350°С. Характер термообработки детали после сварки определяется требуемыми свойствами, но наиболее часто применяется высокий отпуск при 620°С продолжитель­ ностью несколько часов.

Химический состав металла шва соединения 34ХМ— ЭИ415 следующий: 0,06—0,08% углерода, 0,9— 1,0% мар­ ганца, 0,3—0,5% кремния, 0,75—0,9% хрома, 0,4—0,5%

молибдена и 0,22—0,27% ванадия.

Металл шва на стали марки 34ХМ содержит несколько меньше хрома и ванадия. Шов не имеет трещин, пор и шла­ ковых включений.

Механические свойства и ударная вязкость металла шва соединения 34ХМ — ЭИ415 после отпуска при 640°С в те­ чение 10 ч приведены в табл. 26.

Свойства металла шва полностью удовлетворяют тре­ бованиям, предъявляемым к стали марки 34ХМ (оценка свойств сварного соединения 34ХМ — ЭИ415 производит­ ся по стали марки 34ХМ). Близкие к приведенным показа­ тели имеет металл шва, сваренный в идентичных усло­ виях на стали марки 34ХМ.

Механические свойства сварного соединения стали мар­ ки 34ХМ со сталью марки ЭИ415следующие: предел текуче­ сти при 20 и при 350°С соответственно равен 63,0 и 58 кГ/мм2,

101

предел прочности — 78,5 и 64,4 кГ/мм2, относительное сужение—57,0% и 39 кГ/мм2. Предел усталости для 107 цик­ лов около 40 кГ/мм2. Разрушение образцов происходило по основному металлу на расстоянии 3—4 мм от линии

сплавления.

Сварка стали марки 34ХНЗМФА производится с пред­ варительным и сопутствующим подогревом до 400°С. Свар­ ные соединения подвергаются высокому отпуску или дру­ гой термообработке в зависимости от требований.

Св-15Х2ГСН2МФ следующего состава: 0,11—0,17% угле­ рода, 1,2— 1,6% марганца, 0,4—0,7% кремния, 1,1— 1,5% хрома, 2,0—2,6% никеля, 0,5—0,8% молибдена, 0,2—0,4%

ванадия, серы и фосфора не более 0,03% каждого. Приме­ нение указанной проволоки обеспечивает следующий хими­ ческий состав металла шва: 0,12—0,16% углерода, 0,8— 1,0% марганца, 0,3—0,45% кремния, 1,1— 1,3% хрома, 2,3—2,5% никеля, 0,5—0,65% молибдена и 0,15—0,25%

ванадия.

Механические свойства металла шва приведенного со­ става очень чувствительны к температуре отпуска, которую поэтому необходимо строго выдерживать. После отпуска при 670°С в течение 4 ч и охлаждения на воздухе металл

сварного соединения имеет при 20°С следующие свойства (средние значения): предел текучести 73,2 кГ1мм2\ предел прочности 90,3 кГ1мм2\ относительное удлинение 16%;

относительное сужение 50%, ударная вязкость при 20°С 7,0 кГм/см2, а при —20°С 6,0 кГм/см2. Предел выносли­ вости при 20°С для 107 циклов равен 34 кГ/мм2.

Технология сварки под флюсом кольцевых соединений.

В настоящее время механизированная сварка под флюсом теплоустойчивых перлитных сталей применяется в основ­

102

ном для изготовления поворотных кольцевых стыковых сое­ динений. Такие соединения, как правило, собираются на остающихся подкладных кольцах или подкладки заменяются специальной подваркой.

Сравнительные опыты показали, что при сварке под флю­ сом (АН-22 и АН-17) предпочтения заслуживает рюмкооб­ разная разделка, облегчающая наложение первых слоев металла шва и позволяющая производить непрерывную сварку многослойного шва со свободным удалением шла­ ковой корки. Однако возможна также V-образная разделка.

При сварке труб диаметром до 400 мм целесообразно применять сварочную проволоку диаметром 2—3 мм; при

больших диаметрах труб можно использовать проволоку диаметром 4 мм.

В случае сварки проволокой диаметром 2,0 мм первые

30 м/ч. Сварка теплоустойчивых сталей обычно произво­

дится на постоянном токе обратной полярности.

При сварке под флюсом предварительный подогрев не­ обходим лишь в процессе наложения первых слоев, а при непрерывном наложении последующих слоев надобность во внешнем источнике нагрева может отпасть. Однако тем­ пературу кромок следует контролировать периодически до конца сварки.

Во избежание прожога при наложении корневых слоев и стекания жидкой шлаковой и металлической ванны элект­ род следует смещать на 30—50 мм от зенита кольцевого

соединения против вращения.

103

С варка среднелегированных

КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Состав и свойства средиелегированных сталей

Среднелегированные конструкционные стали содержат до 0,5% углерода, поставляются в основном по ГОСТ 4543-61 и разделяются на качественные и высококачествен­ ные.

Среднелегированные стали обладают пределом проч­ ности от 60 до 200 кГ/ммг. Данные ч> химическом соста­

ве и механических свойствах некоторых среднелегирован­ ных сталей, применяющихся для изготовления сварных конструкций, приведены в табл. 27.

Для современных марок легированных сталей характер­ но многокомпонентное, комплексное легирование, легиро­ вание только одним элементом применяется весьма редко.

Среднелегированные стали для сварных конструкций в основном относятся к перлитному классу и после медлен­ ного остывания в равновесном состоянии представляют доэвтектоидну-ю сталь. Однако некоторые стали этой груп­ пы, содержащие 5—6% легирующих элементов и более, относятся к мартенситному классу.

Высокие механические свойства среднелегированных сталей достигаются легированием элементами, упрочняю­ щими феррит и повышающими прокаливаемость стали, и надлежащей термической обработкой, после которой в пол­ ной мере обнаруживается положительное влияние легиру­ ющих элементов. Режимы термической обработки среднелегированных сталей, употребляющихся для изготовления сварных конструкций, приведены в табл. 27.

Высокие прочностные и пластические свойства среднеле­ гированных сталей и высокая стойкость их против перехода

104

Таблица 27

Химический состав и механические свойства некоторых среднеле­ гированных сталей, применяемых для изготовления сварных конструкций

в хрупкое состояние определяют использование этих сталей для конструкций, работающих в тяжелых условиях, напри­ мер при ударных или знакопеременных нагрузках, при низких или высоких температурах и давлениях, в агрес­ сивных средах и пр.

Среднелегированные стали используются для создания облегченных высокопрочных конструкций в энергомашино­ строении, тяжелом и химическом машиностроении, судо­ строении, самолетостроении и других отраслях техники.

Особенности сварки среднелегированных сталей

Восприимчивость среднелегированных сталей к закалке, а также высокий уровень механических свойств основного металла обусловливают ряд специфических трудностей, возникающих при сварке сталей этой группы. Одна из них состоит в возможности возникновения холодных трещин

воколошовной зоне и в металле шва. Необходимо без осо­ бых усложнений технологии обеспечить высокую стойкость металла околошовной зоны и шва против образования хо­ лодных трещин.

Предупреждение образования кристаллизационных тре­ щин в металле шва достигается путем снижения содержания

вметалле шва серы, углерода и других элементов, снижаю­

щих стойкость его против кристаллизационных трещин, а также легированием шва марганцем и хромом, повыша­ ющими стойкость металла шва против кристаллизационных трещин.

Для получения металла шва, околошовной зоны и свар­ ного соединения в целом с механическими свойствами, рав­ ноценными или близкими к свойствам основного металла часто применяется термическая обработка сварного соеди­ нения, которая должна быть возможно более простой.

106

На образование холодных трещин весьма существенное влияние оказывает состав металла шва. Так, например, на стали марки 35X3H3M холодные трещины возникали при применении проволоки Св-ЮГСМТ и не возникали, если сварка производилась проволокой Св-10Х5М, дополни­ тельно легированной никелем и хромом, и аустенитной элек­ тродной проволокой. Влияние состава шва на образование холодных трещин связано с особенностями процесса пре­ вращений переохлажденного аустенита в околошовной зоне.

Склонность к образованию холодных трещин умень­ шается при переходе с переменного тока на постоянный и замене флюса мокрой грануляции флюсом сухой грануля­ ции. Это связано со значительным уменьшением содержания водорода в металле шва. Существенное значение для пре­ дупреждения холодных трещин имеет правильно подобран­ ный режим сварки.

В ряде случаев для устранения холодных трещин необ­ ходимо прибегать к подогреву свариваемой детали до 200 — 300°С и применять режимы с малой погонной энергией. Тер­ мическую обработку сварных соединений желательно про­ изводить сразу после окончания сварки. Это может пол­ ностью устранить опасность образования холодных тре­

щин.

В некоторых случаях для устранения холодных трещин применяют сварку с предварительной наплавкой кромок. Перед сваркой на кромки наплавляют слои аустенитного или ферритного металла, не закаливающегося при сварке.

Если соединения обладают достаточной стойкостью против образования трещин, для сварки среднелегирован­ ной стали используются те же режимы, что и для низко­ углеродистой и низколегированных сталей.

При сварке сталей и соединений с пониженной стой­ костью против трещин применяют дополнительно меры

107

(постоянный ток обратной полярности, предварительный подогрев и др.), предупреждающие образование трещин.

Для сварки под флюсом среднелегированных сталей используются флюсы АН-348А и ОСЦ-45, низкомарганцо­ вистые и низкокремнистые флюсы АН-15, АИ-24, АН-20 идр. Кремнистомарганцевые флюсы применяются для сварки соединений, к которым не предъявляются высокие требо­ вания относительно ударной вязкости металла шва. Обыч­ но при использовании флюсов этого типа ударная вязкость металла шва на стали марки ЗОХГСИ не превышает 3— 4 кГм/см2даже в соединениях, подвергающихся термической

обработке после сварки.

Низкокремнистые и низкомарганцовистые флюсы позво­ ляют получить соединения со значительно более высокими показателями ударной вязкости. Так, например, в соеди­ нениях из стали марки ЗОХГСН, сваренных под флюсом АН-15, ударная вязкость металла шва повышается до 6— 8 кГм/см2. Это улучшение качества соединений обусловлено

уменьшением количества фосфора, кислорода и шлаковых включений в металле шва, полученном вследствие низкого содержания в флюсах окислов марганца и фосфора и сниже­ ния интенсивности их восстановления.

К недостаткам флюсов АН-15 и АН-20 следует отнести необходимость выполнения сварки на постоянном токе об­ ратной полярности. При сварке на переменном токе в швах могут образовываться поры. Флюсы АН-22 и АН-24, хотя несколько уступают флюсу АН-15 по ударной вязкости металла шва, однако позволяют сваривать на переменном токе.

Основные рекомендации по технологии сварки отдель­ ных марок среднелегированных сталей, выбора электрод­ ных проволок и флюсов, а также сведения о механических свойствах металла швов приведены в табл. 28.

108

Таблица 28

Материалы, применяемые для сварки некоторых средне­ легированных сталей, и механические свойства металла швов после термической обработки различных видов

109