• Физико-химические основы процесса сварки высоколегированных сталей.
• Выбор параметров ручной дуговой сварки.

В контексте Ручная дуговая сварка.

Физико-химические основы процесса сварки высоколегированных сталей.

Высоколегированные стали обладают повышенными механическими свойствами, жаропрочностью, хорошей окалиностойкостью, стойкостью против коррозии и воздействия агрессивной среды. Применение этих сталей в промышленности сильно возросло за последние годы. Наибольшее распространение получили стали типа 18—8, которые отличаются устойчивостью против воздействия воздуха и кислот. Они применяются для изготовления конструкций, работающих при температурах до 600—650 ^oC, в редких случаях (если срок эксплуатации конструкции непродолжителен) при более высоких температурах.

рис.1. Схема межкристаллической коррозии в основном металле в результате воздействия сварочного нагрева

При сварке  стали 18—8 участки основного металла, расположенные по обе стороны от шва, подвергаются нагреву. В участках, длительное время находящихся под воздействием критических температур (450—850^oC), может развиться межкристаллитная коррозия (рис.1), заключающаяся в том, что пограничные слои зерен под действием агрессивной среды теряют свои начальные свойства. Это явление есть результат обеднения пограничных слоев зерен аустенита хромом вследствие выпадения сложных карбидов железа и хрома по границам кристаллов аустенита.

С целью уменьшения склонности стали к межкристаллитной коррозии уменьшают содержание углерода в ней или сокращают время пребывания металла в интервале температур 650—860^oC.

рис.2. Диаграмма состояния Fe—Cr—Ni—С (Cr=18%; Ni=8%; Fe=74%)

Из диаграммы состояния Fe—Cr—Ni—С (рис.2) видно, что в стали, содержащей 0,02—0,03% С, выпадения карбидов не наблюдается. Кроме того, для предотвращения выпадения карбидов хрома стали легируют титаном или ниобием, которые являются более активными карбидообразователями, чем хром. Эти элементы связывают нерастворившийся в аустените углерод в стойкие карбиды, поэтому обеднение зерен аустенита хромом не происходит. Необходимо обеспечить определенное соотношение содержания титана (Ti) или ниобия (Nb) и углерода (С). Для этого должно быть выполнено условие Ti>5 (С — 0,03) %, Nb>6 (С—0,03) %, где 0,03 — предел растворимости углерода в аустените.

рис.3. Структура сварных швов
а - аустенито-ферритный шов; б - аустенитный шов

Повышенное содержание титана снижает общую химическую стойкость стали.

Проверку стойкости стали против межкристаллитной коррозии производят кипячением образцов в различных растворах, согласно требованиям ГОСТ.

рис. 4. Влияние содержание феррита на механические свойства швов.

К сварным соединениям из стали типа 18—8 предъявляются повышенные требования. На качество сварных соединений существенное влияние оказывает режим сварки. Чрезмерное увеличение напряжения усиливает окисление хрома, титана, ванадия (ферритообразующих элементов), так как чем длиннее дуга, тем труднее защитить зону сварки от окружающего воздуха. Поэтому сварку аустенитной стали рекомендуется производить короткой дугой.

Увеличение сварочного тока при неизменной скорости сварки влечет за собой увеличение объема сварочной ванны. При этом наблюдается укрупнение зерен металла шва, что повышает склонность к межкристаллитной коррозии и образованию горячих трещин особенно в литых аустенитных сталях.

Повышение скорости сварки, даже при равной погонной энергии приводит к увеличению скорости кристаллизации и измельчению структуры шва.

Из вышеизложенного следует, что погонная энергия значительно влияет на свойства околошовной зоны при сварке легированных и высоколегированных сталей.

Свойства сварного соединения во многом зависят и от структуры металла шва. В двухфазном аустенитно-ферритном шве первичный феррит залегает в виде отдельных лепестков, основная масса которого образуется внутри кристаллов и лишь небольшая часть — по границам зерен. Выпадение избыточной фазы, богатой хромом, будет происходить в местах большого скопления феррита, т. е. внутри зерен. Агрессивная среда при этом, проникая в глубь металла по границам зерен аустенита, будет встречать стойкие (необедненные хромом) кристаллы аустенита, избыточная фаза из которых выпала внутрь кристалла (рис.3).

Толщина прослоек из карбидов Cr и Fe между зернами аустенита уменьшится, и стойкость таких швов против межкристаллитной коррозии и горячих трещин повысится по сравнению с чисто аустенитными швами.

Наличие феррита (альфа-фазы) в аустенитном шве меняет механические свойства стали (рис.4).

рис.5. Структурная диаграмма сварных швов (Шеффлер)

Эн - эквивалентное содержание никеля (Ni + 30% C + 0,5% Mn); Эх - эквивалентное содержание хрома (Cr + Mo + 1,5% Nb)

Содержание феррита в сварных швах можно определить расчетным путем, пользуясь диаграммой (рис.5) или с помощью специального прибора — ферритометра.

Выбор параметров ручной дуговой сварки.

Разработано большое число марок электродов, позволяющих успешно сваривать почти все высоколегированные стали. Эти электроды имеют фтористо-кальциевое покрытие и применяются при сварке постоянным током обратной полярности во всех пространственных положениях.

Хромоникелевые стали обладают высоким удельным электрическим сопротивлением (в 5 раз большим, чем у низкоуглеродистых сталей), низкой теплопроводностью, чувствительны к перегреву, поэтому для их сварки применяют пониженные режимы, а именно:

По той же причине длина электрода берется меньшей, чем при сварке малоуглеродистой стали.

Для сварки хромистых нержавеющих сталей могут применяться те же электроды и режимы, что и для сварки хромоникелевых сталей.