5. Способы и технологические особенности сварки:

высоколегированных сталей. Виды дефектов. Способы их устранения.

К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом со-держание железа должно составлять не менее 45%. В основ-ном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей вы-полняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.

Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает сваривае-мость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает проч-ность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при по-вышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.

Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную кор-розию. Бор повышает прочность, но затрудняет сваривае-мость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и кор-розийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образова-нию горячих трещин, а фосфор способствует образованию холодных трещин.

Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первосте-пенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влия-ния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонно-сти стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки. В результате этого около-шовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.

Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и около-шовной области, возникают горячие трещины и межкри-сталлитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуата-ции. Основной причиной появления трещин является обра-зование крупнозернистой структуры в процессе кристалли-зации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеро-дистых сталей.

Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикорро-зийные свойства.

Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положит влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.

Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую, так механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов. Сварка выполняется при мини-мальном тепловложении с использованием термообработки и применением дополнительного охлаждения.

Введение легирующих элементов меняет и технологиче-ские особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое со-противление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.

Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей вы-полняют при пониженных тока обратной полярности. Свар-ку ведут короткой дугой ниточными валиками без попереч-ных колебаний.

Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее сваривае-мости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной темпера-туры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) пре-пятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин.

Для защиты сварочной ванны используют инертный газ или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углек газом.

Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникновения меж-кристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.

При сварке возникает опасность коробления и остаточных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возни-кает необходимость в термообработке.

Низко и среднелегированных сталей. Виды дефектов, способы их утранения.

Низкоуглеродистые (менее 0,3% С) и некоторые низ-колегированные стали обладают хорошей свариваемостью и соединяются большинством способов сварки без особых трудностей.

Углеродистые и легированные стали с содержанием более 0,3%С (стали 45, 30ХГСА, 40ХНМА и др.) при типовых режимах сварки претерпевают закалку в з. т. в. Соответст-вующие этим режимам скорости охлаждения для указанных сталей достаточно высоки и приводят к образованию мар-тенситной микроструктуры. Поэтому для сварных соедине-ний этих сталей характерны повышенная твердость и пони-женная пластичность в з. т. в.

В жестких сварных узлах, в которых образуются высокие сварочные напряжения, в закаленной з. т. в. возможно об-разование холодных трещин. Склонность к холодным тре-щинам повышается при насыщении металла водородом, который снижает пластичность закаленного металла. Источ-ником водорода служит влага в покрытиях электродов, флюсах, и защитных газах, которая разлагается в дуге, и атомарный водород насыщает жидкий металл сварочной ванны. В результате диффузии водорода им насыщается также з. т. в. Для обеспечения хорошей свариваемости при дуговой сварке этих сталей рекомендуют следующие техно-логические мероприятия: предварительный, сопутствующий и последующий подогрев заготовок до температуры 100—300° С в целях замедленного охлаждения и исключения закалки з. т. в.; прокалка электродов, флюсов при температу-ре 400—450° С в течение 3 ч и осушение защитных газов для предупреждения попадания водорода в металл сварного соединения; при недостаточности первых двух мер низкий (300—400° С) или высокий (600—700° С) отпуск сварных соединений сразу после окончания сварки в целях повыше-ния пластичности закалочных структур и удаления водорода.

Контактную точечную сварку углеродистых и легирован-ных сталей выполняют на мягких режимах, т. е. длительным нагревом током и быстрым удалением заготовок из машины во избежание отвода теплоты электродами. В результате обеспечивается замедленное охлаждение заготовок. Контакт-ную стыковую сварку этих сталей выполняют с прерыви-стым оплавлением, при котором обеспечивают подогрев заготовок перед сваркой и замедленное охлаждение.

туго-плавких сплавов (на основе Ti, W, Mo). Трудности при сварке тугоплавких металлов титана, цир-кония, молибдена, ниобия и др. связаны с тем, что они при нагреве интенсивно поглощают газы — кислород, водород и азот. При этом даже незначительное содержание газа приво-дит к резкому снижению пластических свойств этих метал-лов. Титан и его сплавы сваривают в защитной атмосфере ар-гона высшего сорта. При этом дополнительно защищают струями аргона корень шва и не остывший до определенной температуры участок шва. Перед сваркой проволоку и ос-новной металл дегазируют путем отжига в вакууме. При большем содержании газов снижается пластичность металла сварных соединений, кроме того, титановые сплавы стано-вятся склонными к образованию холодных трещин. От-ветственные узлы сваривают в камерах с контролируемой аргонной атмосферой, в том числе и обитаемых, в которых сварщики работают в скафандрах. Для сварки титана и его сплавов также применяют плазменную и электронно-лучевую сварку. Молибден и ниобий и их сплавы более чувствительны к насыщению газами, чем титан, особенно кислородом. При содержании кислорода более 0,01% их пластические свойст-ва резко снижаются. Молибден и ниобий и их сплавы свари-вают дуговой сваркой в камерах с контролируемой аргонной атмосферой или электронно-лучевой сваркой в вакууме.

алюм сплавов. Виды дефектов. Способы их устранения.

Трудности при сварке алюминия и его сплавов обусловле-ны образованием тонкой прочной и тугоплавкой поверхно-стной пленки оксида А12О3, плавящегося при температуре 2050° С; склонностью к образованию газовой пористости; склонностью к образованию горячих трещин.

Пленка оксида покрывает капли расплавленного металла и препятствует сплавлению их между собой и основным ме-таллом. Для разрушения и удаления пленки и защиты метал-ла от повторного окисления при сварке используют специ-альные флюсы или ведут сварку в атмосфере инертных газов. Действие флюсов основано на растворении пленки оксидов. При сварке в защитных газах пленка разрушается в результате электрических процессов в том случае, если она оказывается в катодной области дуги. Это реализуется при сварке плавящимся электродом на постоянном токе обрат-ной полярности и сварке неплавящимся электродом на пере-менном токе с использованием специальных источников тока.

Причиной газовой пористости в сварных швах алюминия является водород. Источник водорода — влага воздуха, которая сильно адсорбируется пленкой оксида на поверхно-сти заготовки и сварочной проволоки. Газовая пористость обусловлена, с одной стороны, насыщением расплавленного металла большим количеством водорода, с другой — малой его растворимостью в твердом состоянии. Для предупрежде-ния пористости необходима тщательная механическая очи-стка свариваемой поверхности заготовок и сварочной прово-локи или химическая их очистка (например, раствором NaOH). При этом с пленкой оксида удаляется скопившаяся на ней влага.

Образование горячих трещин в алюминии и некоторых его сплавах связано с крупнокристаллической макроструктурой сварных швов. Склонность к трещинам увеличивается при наличии небольшого количества Si (до 0,5%), который при-водит к образованию легкоплавкой эвтектики по границам кристаллов. Борьба с горячими трещинами ведется метал-лургическим путем. В шов через проволоку вводят Fe, ней-трализующий вредное влияние Si, и модификаторы Zr, Ti и В, способствующие измельчению кристаллитов в шве.

Наиболее трудно свариваются тер-мичеси упрочняемые сплавы системы А1 — Сu — Mg (дуралюмины). При нагреве свыше температуры 500° С происходит оплавление границ зерен с образованием на расплавленных участках эвтектиче-ских выделений. После затвердевания эвтектика имеет по-ниженные механические свойства, что приводит к охрупчи-ванию з. т. в. и снижению ее прочности по сравнению с прочностью основного металла. Свойства з. т. в. не восста-навливаются термической обработкой.

При сварке самозакаливающихся сплавов системы А1 — Zn — Mg возможно образование холодных трещин в послес-варочный период, обусловленное выпадением хрупких интерметаллидов и действием сварочных напряжений.

Относительно хорошо свариваются термически не упроч-няемые сплавы системы А1—Мn и системы Al — Mg.

Наиболее широко применяют сварку алюминия и его сплавов в атмосфере защитных газов неплавящимся (толщи-ны 0,5—10 мм) и плавящимся (толщины более 10 мм) элек-тродами. В этом случае получают более высокое качество сварных швов по сравнению с другими видами дуговой сварки. Применяют также автоматическую сварку плавя-щимся электродом полуоткрытой другой по слою флюса, при которой для формирования корня шва используют мед-ные или стальные под кладки. Возможна газовая сварка алю-миния и его сплавов. Флюс наносят на свариваемые кромки в виде пасты или вводят в сварочную ванну на разогретом конце присадочного прутка. Алюминий и его сплавы также сваривают плазменной и электрошлаковой сваркой; они достаточно хорошо свариваются контактной сваркой. Учи-тывая высокую теплопроводность и электропроводимость алюминия, для его сварки необходимо применять большие силы тока. Чистый (до 0,5% примесей) и технический алю-миний (до 1,0% примесей) хорошо свариваются холодной сваркой.

56