Сварка легированных и тугоплавких сталей

Сварка легированных сталей

Легированная сталь – сталь, содержащая особые легирующие элементы, которые вводятся специально для получения требуемых физических или механических свойств. Такие добавки повышают коррозийную стойкость и прочность стали, а также существенно снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих элементов применяют хром, никель, медь, азот, ванадий, титан и др.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на:

• низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %)
• среднелегированную (от 2,5 до 10 %)
• высоколегированную (от 10 до 50 %)

Сварка низколегированных сталей

Низколегированные стали обладают неплохой пластичностью и свариваемостью и в тоже время не являются хрупкими. Для ее отдельных видов существует максимально и минимально допустимая скорость охлаждения сплава вокруг сварочного шва. В зависимости от этих скоростей выбирают диапазон выполнения сварочных работ. Также от этого напрямую зависит величина предварительного подогрева свариваемых деталей.

Если четко соблюдать пределы скорости охлаждения вокруг шва, то можно избежать образования холодных трещин.

Для ручной электрической сварки легированных сталей с 2,5% примесей применяются электроды Э70 и подобные ему с фтористо-кальциевым флюсом. Сила тока определяется толщиной металла и электрода.

Сварка низколегированной стали должна проводиться без остановок, а перед следующим проходом температура сварочного шва и изделия должна быть выше температуры предварительного прогрева.

Постоянным током сталь варят при использовании флюса. Электрический ток должен находиться в пределах 800 А, а напряжение около 40 В.

При стыковой сварке для того, чтобы избежать чрезмерной прочности сварного шва, для его заполнения используют стальную сварочную проволоку Св-08ХН2М. Заготовка для сваривания должна лежать на флюсовой подушке, если сваривание применяется в один проход.

Для сварки низколегированных сплавов в инертной газовой среде применяют различные материалы: при работе в углекислоте используют проволоку Св-08Г2С и Св-10ХГ2СМА; в работе с аргоном применяют марку проволоки Св-08ХН2ГМЮ (повышает механическую прочность швов и стойкость при низких температурах, используется для сварки угловых соединений).

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированные стали в качестве легирующего элемента чаще всего содержат никель, хром, молибден и ванадий. Содержание углерода в среднелегированных сплавах превышает 0,4%. После закалки такая сталь становится вязкой, прочной и пластичной. Среднелегированные стали марок ХВГ, ХВСГ и 9ХС широко применяются при изготовлении сверл.

Эти сплавы изготавливают из чистой шихты, которую предварительно очищают от серы, фосфора и других вредных примесей. Также при необходимости используется электрошлаковая переплавка и рафинирование с искусственными шлаками. В результате всех вышеуказанных манипуляций получают сталь с превосходными физико-механическими данными. Для дополнительного повышения характеристик среднелегированную сталь дополнительно могут подвергать ковке и закалке.

Так как в процессе сварки принимает участие основной металл изделия, то сами сварочные материалы должны иметь меньшее количество легирующих примесей, что позволяет добиться высокого уровня прочности и пластичности шва.

Для сварки высокопрочные среднелегированные сталей с глубокой прокалкой необходимо выбирать сварочные материалы, минимизирующие наличие водорода в сварочной зоне. Решение этой задачи могут обеспечить низколегированные электроды, с отсутствующими в покрытии отсутствуют органическими материалами. Эти электроды перед использованием должны подвергаться высокотемпературной прокалке. Кроме этого, при сварке необходимо избавиться от влаги, ржавчины и других веществ, которые могли бы насытить сварочную ванну водородом.

При сваривании среднелегированных сталей используют электроды Э-13Х25Н18, Э-08Х21Н10Г6 и стальную проволоку Св-08Х20Н9Г7Т и Св-08Х21Н10Г6.

Применяя аргонодуговую сварку с неплавящимся электродом, можно получить высокое качество сварных швов. Использование активирующих флюсов увеличивает глубину сварочной ванны. Для активирующих флюсов применяют вольфрам.

Газосварка для среднелегированных металлов применяется с использованием ацетиленокислорода. Он дает качественный шов, но при этом использование электросварки остается более предпочтительным.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированные сплавы содержат не менее 16% хрома и не менее 7% никеля. Благодаря этим добавкам высоколегированные стали отличаются высокой стойкостью к низким температурам, коррозии и высоким температурам. Каждая марка имеет свою особую специализацию, где она обладает своими предельными характеристиками. По назначению высоколегированные стали делятся на жаростойкие, жаропрочные (тугоплавкие) и коррозионностойкие.

После термообработки у этих сплавов существенно повышается показатели пластичности и прочности, а при закалке пластичные свойства улучшаются еще.

Высоколегированные стальные сплавы имеют настолько превосходные характеристики, что их используют везде, где это позволяет сделать целесообразность и цена продукта.

При проведении сварочных работ к сварным швам предъявляют разные требования по пластичности и прочности, что приводит к индивидуальным подходам в сварочных работах.

Высоколегированные сплавы обладают очень специфичными теплофизическими свойствами. Они имеют низкий коэффициент теплопроводности и высокий коэффициент теплового расширения. Данное сочетание предъявляет к процессу сварки противоречивые требования. Низкая теплопроводность способствует увеличению глубины проплавления стали, а высокий коэффициент температурного расширения вызывает деформации заготовки вплоть до коробления деталей. Для уменьшения коробления нужно максимально сконцентрировать тепловую энергию, с чем хорошо может справиться лазерная сварка.

При ручной электросварке изделия проводятся те же этапы работы, что и при сварке среднелегированных сплавов. Главная задача – минимизировать попадание водорода, вызывающего поры и трещины, в сварочную зону.

Для высоколегированных сплавов не рекомендуется использовать газовую сварку, так как она вызывает межкристаллическую коррозию. Даже при использовании жаропрочных сталей происходит неизбежное коробление изделий.

По сравнению с ручной электродуговой сваркой, сварка под флюсом имеет большее преимущество благодаря тому, что процесс происходит под защитой, в постоянной среде с одинаковыми компонентами. Не возникает в таком случае необходимости менять электроды, что вызывает образование кратеров. Сварка под флюсом гарантирует равномерный сварочный шов с предопределенными характеристиками благодаря защите сварочной ванны от воздействия водорода. Также уменьшаются предварительные работы – разделка кромок необходима только при толщине более 12 мм, а ручная дуговая сварка требует производить её при толщине металла более 5 мм.

Самой эффективной для легированных сталей является лазерная сварка по причине высокой концентрации энергии на маленькой площади обрабатываемой поверхности, что позволяет почти полностью устранить коробление и деформации. Многие легированные сплавы можно сваривать между собой вне зависимости от вида, но только при использовании лазерной сварки.

Сварка тугоплавких (жаропрочных) сталей

Основной проблемой сварки жаропрочных сплавов является риск возникновения микро- и макротрещин. Задача получения сварной конструкции без трещин из этого типа сталей должна решаться отдельно для каждого сплава на основании поиска оптимальных режимов сварки и исследования склонности сплава к образованию трещин. Среди других способов оценки наиболее убедительными предстают натурные испытания. Другой важной проблемой сварки тугоплавких сплавов является получение механических свойств сварных соединений и швов, которые были бы максимально приближены к свойствам основного металла.

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы необходимо сваривать в состоянии после закалки. Если деталь подвергалась в процессе обработки различным технологическим операциям, в том числе связанным с нагревом, то независимо от этого все равно перед сваркой последней операцией должна быть закалка: нагрев до температуры до 1050—1100°С и моментальное последующее охлаждение. Самое распространённое применение при сварке жаростойких и жаропрочных сплавов получила дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитных газов (аргоне или гелия). При этом наряду с ручной аргонодуговой сваркой используют механизированную аргонодуговую сварку плавящимся и неплавящимся электродами и автоматическую сварку под флюсом. На тугоплавких сталях возможно образование холодных трещин в шве и околошовной зоне. Избежать это возможно при предварительном нагреве изделия до 250-550 °С.

Заказать услугу