ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Углеродистые и легированные стали, как правило, удовлетворительно свариваются оплавлением. Общей особенностью режима сварки этих сталей по сравнению со сваркой малоуглеродистой стали является при­менение повышенных давлений осадки,

По условиям сварки оплавлением все стали с повышенным содер­жанием углерода и легированные стали удобно разделить на четыре группы:

а) среднеуглеродистые стали с содержанием до 0,5% С и низко­легированные стали с малым содержанием углерода (например, сталь 15ХМ, содержащая до 0,16%С, ~1% Сг и 0,5% Мо);

б) высокоуглеродистые стали (с содержанием более 0,5% С) и ле­гированные стали с высоким содержанием углерода (например, сталь ШХ15, содержащая ~1% С и более 1% Сг);

в) высоколегированные конструкционные стали перлитного класса (например, сталь 16Х6М, содержащая до 0,16%С, около 6% Сг и до 0,5% Мо);

г) нержавеющие стали аустенитного класса (например, хромоникеевая сталь с содержанием около 18% Сг и 9% Ni).

Сварка оплавлением сталей первой группы может осуществляться с использованием режимов, принятых при сварке деталей аналогичного сечения и формы из малоуглеродистой стали. При этом целесообразно увеличение удельного давления осадки на 1 — 1,5 кг/мм² (до 4—6 кг/мм² при сварке с подогревом). В тех случаях, когда к сварному соединению предъявляются высокие требования пластичности, после сварки может применяться термическая обработка. Обычно вполне при­емлемые результаты дает низкий отжиг при температуре ~650°. Напри­мер, образцы, вырезанные из сварного соединения труб (сталь 15ХМ), имели среднюю ударную вязкость 8,3 кгм/см² при пределе прочности 62 кг/мм², аналогичные образцы после низкого отжига имели ударную вязкость 14 кгм/см² и предел прочности 58 кг/мм². Таким образом, в результате термической обработки несколько понизилась прочность сварного соединения (и его твердость) и заметно возросла ударная вязкость. Особенно благоприятное влияние на пластические свойства сварного соединения оказывает нормализация после сварки. При этом в самом стыке и прилегающей зоне термического влияния образуется мелкозернистая феррито-перлитная структура.

Сварка оплавлением высокоуглеродистых нелегированных и легиро­ванных сталей значительно труднее, чем сварка малоуглеродистых и низколегированных сталей. Это объясняется двумя особенностями высокоуглеродистых сталей: значительным интервалом температур между солидусом и ликвидусом (широкой температурной областью частичного расплавления стали) и большой восприимчивостью к закалке.

При широкой зоне частичного расплавления стали иногда наблю­дается при сварке оплавлением ее разрыхление по обе стороны от линии стыка на расстоянии 1,5—2,5 мм. Появление рыхлости, по Е. А. Грейль, объясняется тем, что при нагреве стали в первую очередь расплавляются участки, обогащенные угле­родом и легкоплавкими примесями. Вследствие низкой температуры солидуса (например, сталь, содержащая 1% С, начинает плавиться около 1360) участки частично расплавленного металла проникают глубоко в тело свариваемых деталей. Во время осадки расплавленный металл в непосредственной близости к плоскости стыка вытесняется, и в стыке остается сравнительно узкая полоска очень чистого тугоплавкого металла с пониженным содержанием углерода и вредных примесей (температура солидуса малоуглеродистой стали выше 1450°). Однако удаление при осадке расплавленного металла из узких промежутков между нерасплав­ленными зернами затруднено—здесь расплавленный металл при осадке задерживается, и в процессе последующего охлаждения и усадки в нем могут образоваться усадочные раковины, большое количество которых создает впечатление сплошной рыхлости.

Борьба с рыхлостью возможна путем уменьшения длительности нагрева (уменьшения ширины зоны частичного расплавления) или уве­личения удельного давления осадки. Сварка рассматриваемых сталей с малой шириной интенсивно нагреваемой зоны ведет к резкой закалке в стыке и рядом с ним, В результате этого в стыке могут появиться трещины, Борьба с трещинами осуществляется замедленным охлаждением деталей после сварки (помещением деталей в подогретую, теплоизоли­рующую среду —песок, слюду, или пропусканием через сваренные детали дополнительного импульса тока по окончании осадки). Сочетание крат­ковременного нагрева при сварке («жесткого» режима сварки) с последующей термической обработкой обеспечивает наилучшие ре­зультаты.

Повышенное удельное давление осадки (до 6—8 кг/мм² при не­автоматизированной сварке с подогревом и до 7—10 кг/мм² при сварке непрерывным оплавлением) способствует более полному удалению из стыка и прилегающих зон частично расплавленного металла.

При сварке оплавлением высоколегированных сталей перлитного класса приходится прежде всего учитывать их склонность к закалке и сопротивляемость пластическим деформациям при высоких темпера­турах. Сварка этих сталей осуществляется относительно легче, чем высокоуглеродистых сталей. После сварки эти стали, как правило, термически обрабатываются (нормализуются или отжигаются). При сварке иногда наблюдаются трещины. Способы борьбы с трещинами такие же, как при сварке оплавлением высокоуглеродистых сталей.

Сварка сталей четвертой группы (аустенитных сталей) вполне воз­можна. В связи с относительно высоким удельным электрическим со­противлением аустенитных сталей удельная мощность, необходимая при сварке сталей этого класса, несколько ниже, чем при сварке в одина­ковых условиях стали перлитного класса (например, малоуглеродистой стали). Вследствие значительной жаропрочности аустенитных сталей удельные давления осадки существенно повышаются. При сварке дета­лей компактного сечения и толстостенных труб давление осадки не должно быть ниже 12 —14 кг/мм², при сварке листов удельное да­вление осадки должно быть повышено до 20—25 кг/мм². Чем больше ширина свариваемых листов, тем выше необходимое удельное давление.

При оплавлении аустенитных сталей содержание кислорода в зоне стыка значительно выше, чем при сварке обычных углеродистых сталей. В связи с этим при сварке аустенитных сталей особенно необходимы большие скорости оплавления и осадки. Например, увеличение скорости оплавления с 1 до 3 мм/сек привело к повышению ударной вязкости сварного образца с 6 до 15 кгм/см². Увеличение скорости осадки с 12 до 30 мм/сек вызвало увеличение ударной вязкости сварного образца с 10 до 18 кгм/см². Еще заметнее сказывается изменение ско­ростей на деформационной способности сварного соединения (на его угле загиба). При сварке оплавлением деталей из аустенитной стали сечением 500 мм² скорость оплавления не должна быть ниже 3 мм/сек; минимальная скорость осадки, при которой могут быть обеспечены удовлетворительные пластические свойства сварного соединения, близка к 30 мм /сек.

Припуски на оплавление и осадку при сварке сталей аустенитного класса близки к соответствующим припускам, применяемым при сварке углеродистых сталей. Установочная длина деталей из аустенитных сталей может быть несколько уменьшена (примерно на 25%) по сравнению с установочной длиной деталей одинакового размера и формы из мало­углеродистой стали.

Не представляет особых затруднений сварка деталей из разнородных сталей, например, детали из аустенитной стали с деталью из перлитной стали. В этом случае основное значение имеет одинаковый нагрев обеих деталей. Это достигается их неодинаковой установочной длиной. При сварке аустенитной стали с малоуглеродистой их установочные длины должны находиться в отношении 1 :2,5 (большая установочная длина соответствует детали из малоуглеродистой стали с меньшим электри­ческим сопротивлением). Приведенное выше отношение установочных длин может несколько изменяться в зависимости от размера деталей и химического состава свариваемых сталей. Оно подлежит уточнению при опытном освоении новой технологической операции,