Сварка легированной стали

При сварке легированной стали происходит выгорание легирующих
элементов, выделение карбидов при нагреве, наблюдается самозакаливаемость наплавленного металла и металла переходной зоны, возникают усадочные напряжения и появляются трещины вследствие
малой теплопроводности некоторых легированных сталей.

Для предотвращения или устранения указанных явлений при сварке легированных сталей рекомендуется не допускать их перегрева,
строго соблюдать установленные режимы сварки, применять специальные составы флюсов и обмазок, подогревать изделия перед сваркой
и проводить термообработку изделий после сварки.

Свариваемость низколегированной конструкционной стали перлитного класса в основном определяется содержанием углерода. При содержании до 0,2% С сталь сваривается хорошо,
при 0,35% С — удовлетворительно, при 0,4% С — ограниченно, а
при содержании больше 0,4% С—очень плохо (необходим предварительный подогрев и последующий отжиг).

Хромистые нержавеющие стали содержат 12—14% Сr и 0,1—0,4%
С. Свариваемость этих сталей (марок 1X13, Х14) вполне удовлетворительна при содержании до 0,2% С. Они обычно имеют феррито—мартенситную структуру. При сварке необходимо применять защитные
покрытия (для предотвращения выгорания хрома) или легировать
присадочный металл или электроды хромом. Стали типа 2X13, 3X13
имеют мартенситную структуру. Сварку хромистой стали рекомендуется осуществлять электродуговым способом с обязательным подогревом металла перед сваркой и последующей термической обработкой.
Хромистые стали после сварки становятся хрупкими; сварные швы не
выдерживают больших деформаций. Вязкость сварных швов восстанавливают отжигом при 750—800 °С. Предварительный подогрев
до 200—300 °С позволяет избежать образования трещин.

Хромистые стали с содержанием 17% Сr и выше рекомендуется
сваривать после предварительного подогрева до 300 °С, так как при
этом несколько повышается вязкость металла.

Свариваемость хромистых сталей с содержанием 25—30% Сr
вполне удовлетворительна. Однако металл сварного шва вследствие
сильного роста зерен при высоких температурах сварки и образования
внутренних напряжений приобретает низкие механические свойства.
Для снятия внутренних, напряжений после сварки применяют отжиг
при 960—980 °С. Для предотвращения роста зерен при сварке рекомендуется вводить в состав электродов или покрытий титан, ванадий
и алюминий; отжиг после сварки производят при 900 °С.

Хромоникелевые стали типа 18—8 (18—20% Cr и 8—10% Ni) можно сваривать всеми способами. Однако необходимо учитывать, что
в этих сталях при их нагреве до 500—800 °С выпадают карбиды хрома,
располагающиеся по границам зерен аустенита; последний у границ
зерен обедняется хромом и теряет коррозионную стойкость. В процессе эксплуатации этих сталей может наблюдаться межкристаллитная коррозия. Для предотвращения такой коррозии в сварных швах необходимо по возможности уменьшать в этих сталях содержание углерода и вводить в их состав некоторое количество титана и ниобия.
Последующий за сваркой стабилизирующий отжиг (выдержка 2—3 ч
при 850—900 °С) повышает стойкость хромоникелевой стали против
межкристаллитной коррозии. Закалкой в воде с 1050—1100 °С также
можно понизить склонность стали к этой коррозии; во время нагрева
под закалку карбиды хрома растворяются в аустените и при быстром
охлаждении не успевают выделиться по границам зерен.

При сварке марганцовистой стали (0,8—1,3% С и 12—14% Мn)
происходит выделение карбидов из аустенита и даже возможно частичное превращение аустенита в мартенсит в зоне термического влияния. Это резко снижает пластичность металла и может сопровождаться
образованием трещин. Для предотвращения этого явления сварку марганцовистой стали надо вести возможно быстрее или применять водяное охлаждение отдельных участков шва, т. е. стремиться уменьшить
зону термического влияния.

Сварку марганцовистой стали выполняют электродами того же
химического состава, что и химический состав основного металла, или
электродами из марганцовоникелевой стали со специальным покрытием.

Сварка чугуна

Сваривать чугун очень трудно вследствие высокого содержания
углерода и низкой пластичности. Сварку применяют для исправления
дефектов, после литья производится сварка литых деталей и сварка
трубопроводов.

В зависимости от назначения чугунное изделие сваривают в горячем или в холодном состоянии. При горячей сварке чугунные изделия
предварительно подогревают до 600—650 °С, поддерживая эту температуру в течение всего процесса сварки. В процессе горячей сварки
чугуна на стыке свариваемых изделий надо создать значительный объем
жидкого металла, заметно превышающий объем металла в стальной
сварочной ванне. Это необходимо для замедленного охлаждения расплавленного металла и предотвращения его отбеливания. Замедленное охлаждение обеспечивает более полную графитизацию чугуна, предотвращает образование в нем трещин и способствует получению
шва более высокой плотности. При правильном выполнении сварки
наплавленный металл имеет структуру серого чугуна с хорошо сформированными выделениями графита.

Горячую сварку серого чугуна можно осуществлять электрической
дугой или газовым пламенем с общим или местным подогревом изделия. Общий подогрев применяют при сварке небольших деталей сложной формы. После сварки деталь покрывают асбестом или засыпают
углем, замедляя остывание. В качестве присадочного материала применяют чугунные стержни с содержанием до 3,6% С и стальную проволоку.

При газовой сварке серого чугуна наибольший интерес представляет
заварка чугуна медью и ее сплавами. В качестве флюса применяют прокаленную буру или смесь буры (50%), двууглекислого натрия
(47%) и кремнезема (3%). Газовое пламя применяют с избытком кислорода. Мощность пламени выбирают в зависимости от толщины металла
из расчета расхода ацетилена 100—120 дм³/ч на 1 мм толщины изделия.

Горячую сварку серого чугуна электрической дугой чаще всего
осуществляют на постоянном токе металлическим или угольным
электродом. Металлические электроды представляют чугунные стержни диаметром 12 мм, покрытые специальной обмазкой.

Более распространенным методом сварки серого чугуна является
холодная сварка электрической дугой. В этом случае в качестве электродов применяют чугунные или стальные стержни со специальной обмазкой, стержни из сплавов меди с никелем (монель—металл) и др.

Так как при холодной сварке серого чугуна температура изделия
не превышает 30—40 °С, процесс сварки необходимо вести коротким
швом. Для более медленного охлаждения шов покрывают листовым
асбестом.

Чтобы избежать повышения твердости металла в месте сварки,
применяют комбинированные электроды, например стальные электроды диаметром 3—5 мм с тонкой обмазкой, вставленные в медную
трубку.

Для получения высоких механических качеств шва рекомендуется
в месте сварки устанавливать стальные шпильки. Они передают термические напряжения на весь объем изделия.

Если после сварки деталь из ковкого чугуна подвергают отжигу,
то для сварки электрической дугой или газовым пламенем применяют стальные электроды. Если деталь из ковкого чугуна не отжигают,
можно применять газовую сварку с латунными присадками или
электродуговую сварку электродом из монель—металла.

Сварка высокопрочных чугунов значительно сложнее; во—первых,
трудно обеспечить высокие механические свойства сварного соединения, и, во—вторых, эти чугуны обладают повышенной склонностью
к закаливанию и отбеливанию.

Дефекты чугунного литья исправляют газовой сваркой с применением прутков из магниевого чугуна. Заварка небольших дефектов в
отливках из серого чугуна осуществляется электродуговой сваркой
с железо—никелевыми электродами.