11.5 Технология сварки низколегированных перлитных сталей

Низкоуглеродистые и низколегированные стали перлитного класса применяются в различных конструкциях взамен углеродистых, обеспечивая снижение металлоемкости на 20…50 %. Они широко используются в строительстве трубопроводов, конструкций газо-нефтехимических производств, судов, мостов и других сооружений, эксплуатируемых в температурном интервале от -70 до +475 ^oС в зависимости от химического состава и структурного состояния, обеспеченного термообработкой.

Состав сталей. Одним из наиболее эффективных средств повышения качества низкоуглеродистых сталей является их упрочнение за счет легирования такими элементами, как Si, Мn, и повышения дисперсности структуры посредством термической или термомеханической обработки. Содержание С в низколегированных сталях не превышает 0,23 %. В зависимости от легирующих элементов, суммарное содержание которых в составе стали не превышает 5 %, различают марганцовистые, кремне марганцовистые, хромокремнемарганцовистые и другие стали. По содержанию S и P эти стали можно отнести к качественным сталям. В последние годы расширяется производство и применение рафинированных посредством электрошлакового, вакуумного переплава сталей, обработанных в ковше синтетическими шлаками с целью снижения содержания серы в их составе для повышения сопротивляемости образованию слоистых (ламинарных) трещин.

Механические свойства сталей. Введение в состав низкоуглеродистых сталей легирующих элементов (до 2% каждого и до 5 % суммарно) способствует повышению прочности и сопротивления хрупкому разрушению, не ухудшая их свариваемости.

Свариваемость сталей. Легирующие элементы оказывают существенное влияние на показатели свариваемости сталей. Увеличение содержания элементов, повышающих закаливаемость, сопровождается снижением сопротивления сварных соединений образованию холодных трещин.

Элементы, упрочняющие твердый раствор, способствуют, как правило, снижению ударной вязкости металла в околошовном участке ЗТВ сварных соединений.

Наиболее распространенные в металлургической практике легирующие элементы Мn, Сr, Мо снижают диффузионную подвижность С и, как следствие, увеличивают уровень значений характеристических длительностей _ф,_п,_б, понижают температурный интервал  -  - превращения. Поэтому при общепринятых режимах сварки в околошовном участке возрастает вероятность образования мартенсита и понижается сопротивляемость сварных соединений образованию холодных трещин.

Выбор тепловых режимов сварки. Одним из технологических средств, снижающих вероятность появления холодных трещин, является предварительный и сопутствующий подогрев. Для определения температуры подогрева стали с целью предотвращения образования холодных трещин в зависимости от содержания в ней химических элементов и толщины проката можно воспользоваться графиками, приведенными в справочниках по сварке.

Значения С_экв, отложенные по оси абсцисс, определяют

С_экв = С + Мn/6 + Si/5 + Сr/6 + Ni/12 + Мо/4 + V/5 + Сu/7 +Р/2

Здесь символы обозначают содержание соответствующих химических элементов в процентах. Предельное их содержание не должно превышать 0,5% С; 1,6% Мn; 1% Сr; 3,5% Ni; 0,6% Мо; 1% С. Необходимая температура подогрева возрастает с увеличением степени легирования стали и толщины свариваемого проката.

Технология сварки и свойства сварных соединений. Технология сварки низколегированных сталей должна проектироваться с учетом того обстоятельства, что при уменьшении погонной энергии и увеличении интенсивности охлаждения в металле шва и зоны термического влияния возрастает вероятность распада аустенита с образованием закалочных структур. При этом будет отмечаться снижение сопротивляемости сварных соединений образованию холодных трещин и хрупкому разрушению.

При повышенных погонных энергиях наблюдается рост зерна аустенита и образуется грубозернистая ферритно-перлитная структура видманшентного типа с пониженной ударной вязкостью.

Ручная дуговая сварка. Технология ручной дуговой сварки низколегированных сталей практически не отличается от технологии сварки низкоуглеродистых сталей.

Сварку низколегированных сталей осуществляют электродами типа Э46А и Э50А с фтористо-кальциевым покрытием, которые позволяют достигать более высокую стойкость против образования кристаллизационных трещин и повышенную пластичность по сравнению с электродами других типов.

Для сталей марок 09Г2, 09Г2С, 16ГС, 17ГС, 10Г2, 10Г2С1 рекомендуют применять электроды УОНИ 13/55, К-5А, АНО-11 (тип Э50А). Для сварки кольцевых швов трубопроводов, работающих при температурах до - 70 ^oС, например, из стали 09Г2С, применяют электроды ВСН-3 (тип Э50АФ) с фтористо-кальциевым покрытием.

Сварка под флюсом. Технология сварки под флюсом низколегированных сталей практически такая же, как и для низкоуглеродистых сталей. В качестве флюсов при однодуговой сварке применяют флюсы марок АН-348А и ОСЦ-45, а при многодуговой сварке на повышенной скорости АН-60.

Для сталей марок 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1 при эксплуатации не ниже - 40 ^oС рекомендуется использовать сварочные проволоки Св-08ГА, Св-10ГА, а при температурах эксплуатации до -70 ^oС (сталь 09Г2С в нормализированном состоянии) - сварочные проволоки Св-10НМА, Св-10НЮ, Св-08МХ с целью обеспечения достаточного уровня ударной вязкости.