Общие рекомендации по сварке аустенитных сталей

Выбор сварочных материалов осуществляется в зависимости от марки стали и условий ее эксплуатации.

Для сталей с Cr/Ni > 1 применяют аустенитно-ферритные материалы, а для сталей с Cr/Ni < 1 – чисто аустенитные или аустенитно-карбидные материалы. Важным при этом является высокая чистота применяемых материалов по вредным (Р, S) и ликвирующимся (Pb, St, Bi) примесям, а также по О₂ и N.

Режим сварки должен обеспечить минимальный темп деформаций и высокие скорости охлаждения для получения благоприятной структуры и сопротивления образованию трещин.

Низкий коэффициент теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения обусловливают, при прочих равных условиях, расширение зоны проплавления и областей, нагретых до высоких температур, и увеличение суммарной пластической деформации металла шва и ЗТВ.

Рис. 42. Влияние силы тока и скорости сварки на образование ГТ в металле шва

Поэтому необходимо: 1. Применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии (ЭЛС, плазменная). Чем больше энерговложение, тем ниже стойкость против образования ГТ (рис. 42). 2. Создавать условия для ускоренного охлаждения сварного соединения (подача струи воды или газа, ввод в сварочную ванну твердого присадочного материала и т. п.).

3. Выполнять последующие швы в многослойных соединениях после охлаждения предыдущих. Шов, обращенный к агрессивной среде, выполнять в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев.

4. Уменьшать долю основного металла в металле шва.

5. Осуществлять сварку на постоянном токе обратной полярности короткой дугой.

6. Не допускать попадания брызг на поверхность основного металла (очаги коррозии).

7. Удалять остатки шлака и флюса.

8. Прокаливать электроды и флюсы, хранить их в герметичной таре.

Снижение тепла деформаций достигается путем:

– ограничения I_св и диаметра электрода;

– заполнения разделки валиками относительно небольшого сечения;

– заделки кратеров при обрыве дуги, а иногда их вырубки;

– применения надлежащих форм и размеров разделки кромок.

Термическая обработка аустенитных сталей может быть местной или общей и зависит от эксплуатационных требований. Это или аустенизация с последующим стабилизирующим отжигом (750...800°С), или аустенизация без отжига.

Технология сварки

Ручная сварка позволяет получать сварные соединения в любом пространственном положении.

Основная задача РДС – получение металла шва с необходимым химическим составом и структурой. Поэтому:

– сварку выполняют короткой дугой без колебаний с минимальным проплавлением основного металла;

– преимущественно применяют электроды фтористо-кальци-евого типа;

– сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности при I_св = (25...30)d_э.

Основные сведения о режиме и электродах для сварки некоторых аустенитных сталей приведены в табл. 23–25.

Таблица 23

Ориентировочные режимы РДС аустенитных сталей

Таблица 24

Сварочные материалы для дуговой сварки коррозионно-стойких сталей,

обеспечивающих стойкость против общей и межкристаллитной коррозии

Таблица 25

Электроды, применяемые для сварки аустенитных

жаропрочных сталей и свойства наплавленного металла

Сварка под флюсом – основной способ сварки аустенитных сталей толщиной от 3 до 50 мм в нефтехимическом машиностроении. Она обеспечивает хорошее формирование сварных швов, стабильность состава и свойств их по всей длине, отсутствие брызг и кратеров, минимальное окисление легирующих элементов, высокую производительность и качество.

Для сварки под флюсом применяют ряд сварочных проволок (марки которых приведены в табл. 24, 26) и низкокремнистых, фторидных или высокоосновных флюсов.

Сварку выполняют на токе обратной полярности швами небольшого сечения. Вылет проволоки при этом уменьшают в 1,5...2,0 раза по сравнению с низкоуглеродистой из-за большого омического сопротивления. Техника и режимы сварки аустенитных сталей практически такие же, как и при сварке обычных сталей.

Таблица 26

Сварочные материалы для сварки жаропрочных сталей

При сварке в защитных газах используют инертные (аргон, гелий), активные (СО₂, N) газы и их смеси. Применение газов позволяет изменять тепловую эффективность дуги и условия ввода тепла в зону свар­ки, расширяет технологические возможности процесса сварки.

Сварка в инертных газах обеспечивает высокое усвоение легирующих элементов и стабильность свойств сварного соединения.

Применяют сварку неплавящимся и плавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом (с присадкой или без нее) выполняют на токе прямой полярности при I = 80...250 А при расходе аргона 4...8 л/мин.

Особенно эффективно применение импульсно-дуговой сварки (ИДС), которая обеспечивает широкое регулирование температурного цикла сварки. При ИДС уменьшается перегрев сварного соединения и коробление, обеспечивается хорошее формирование шва, особенно при сварке металлов малых толщин. ИДС способствует дезориентации структуры, что уменьшает вероятность образования ГТ.

Сварку плавящимся электродом выполняют на токах, обеспечивающих струйный перенос электродного металла. При этом исключается разбрызгивание и образование очагов коррозии в местах приварившихся брызг. Для снижения критического тока, обеспечивающего струйный перенос, сварку выполняют в смеси аргона с 3...5 % О₂ или 15...20 % СО₂. При этом снижается опасность образования пор, вызванных водородом. Но добавки О₂ и СО₂ увеличивают угар легирующих элементов и возможность науглероживания металла шва, что требует применения соответствующих проволок (табл. 25).

Иногда к аргону добавляют 3...10 % азота, который является сильным аустенизатором и способствует измельчению структуры и стойкости к образованию ГТ.

При сварке в СО₂ происходит выгорание легирующих элементов (Ti, Al, Cr, Mn, Si) и науглероживание металла шва на 0,02...0,04 %. Это может резко снизить его коррозионную стойкость. Поэтому для сварки в СО₂ применяют проволоки с энергичными карбидообразователями (Ti, Nb, Al). Это сварочные проволоки Св-07Х18Н9ТЮ, Св-08Х20Н9С2БТЮ, Св-06Х20Н11М3ТБ и другие (табл. 24).

Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности проволокам диаметром 0,5...2,0 мм на токах 30...190 А и расходе газа 6...12 л/мин.

Недостатком сварки в СО₂ является большое разбрызгивание (10...12 %) и образование очагов коррозии в месте приварки брызг к металлу. Использование тонкой проволоки и сварки на малых вылетах уменьшает разбрызгивание. Для защиты от брызг применяют различные защитные пасты.