Выбор режимов сварки аустенитных жаропрочных сталей

Основной объем работ по автоматической сварке под флюсом выполняется электродными проволоками диаметром 3,4 и 5 мм. Режимы сварки выбираются в зависимости от толщины свариваемого металла, вида разделки кромок, количества проходов и способа удержания сварочной ванны (флюсовая подварка, ручная подварка, медная охлаждаемая подкладка, остающаяся стальная подкладка, керамическая подкладка).

При выборе режимов сварки аустенитных сталей главная задача – исключить появление горячих трещин в условиях малой погонной энергии. Однако сварка с большими скоростями недопустима, так как для сталей любого класса она приводит к образованию неблагоприятного встречного срастания в центре шва двух фронтов кристаллизации образующая зону «слабины». При однопроходной сварке с малыми скоростями следует предотвращать возникновение осевых кристаллитов стыкущихся с двумя фронтами кристаллитов под большим углом θ°/2. Значительная разориентировка между осевыми и боковыми кристаллитами увеличивает ликвацию по границам, плотность ростовых дислокаций и вызывает гарячие трещины. Наиболее благоприятны схемы кристаллизации с изгибом кристаллитов, при котором их угол срастания в центре шва близок к нулю, и многослойная сварка с полным охлаждением шва при выполнении последующего.

Совместное влияние силы тока и скорости сварки на образование горячих трещин представлено на схеме 1.

Рис 1.

Наиболее эффективно регулирование скоростью сварки, которая может быть уменьшена до 6 м/ч при сварке сталей весьма склонных к образованию горячих трещин.

Снижение силы тока менее результативно. Обобщенным критерием режима является произведение qV_св – энерговложение приходящееся на секундную длину шва(схема 2).

Рис 2.

Чем больше qv тем ниже стойкость против образования горячих трещин в металле шва и ЗТВ. Его значимость для дуговой и лучевой сварки обусловлена тем, что с увеличением qV_св растут длинна ванны угол встречи кристаллитов в центре шва, а также темп растяжения металла ЗТВ в ТИХ. При однопроходной сварке тонких листов без присадки косвенным критерием угла встречи кристаллитов может служить радиус кривизны изотермы сварочной ванны, определяемые по форме чешуек на свободной поверхности шва. Чем больше радиус кривизны, тем выше сопротивляемость горячим трещинам. При уточненном выборе режимов необходима количественная оценка сопротивляемости горячим трещинам выполняемая по ГОСТ 26389 – 84 путем определения В_кр - критического темпа растяжения в ТИХ.

Повышение сопротивляемости образованию горячих трещин и механических свойств может быть достигнуто также внешним технологическими воздействиями

- перемешиванием сварочной ванны путем механического или электромагнитного воздействия (магнитная индукция 0,05… 0,07 Тл, частота 5 … 6Гц);

-введением в ванну внешних и внутренних стоков теплоты подачей струи воды (при сварке в защитном газе) и твердого присадочного металла для ускорения кристаллизации ванны.

Рекомендуемы следующие режимы подачи присадки:

- диаметр проволоки 1,4 …3 мм;

- место ввода ≥1/3 длинны ванны за осью дуги;

-количество подаваемой присадки до 70% от расхода электрода;

- нагрев присадки до 0,9 от температуры солидуса

- подача присадки в ванну под напряжением сжатия 5…15 МПа. Ввод присадки рекомендован при дуговой, электрошлаковой и лучевой сварке.

Режимы сварки под флюсом

Параметры режима делят на основные и дополнительные. К основным относят ток, его род и полярность, напряжение дуги, диаметр электродной проволоки, скорость сварки, дополнительные параметры режима – вылет электродной проволоки, состав и строение флюса (плотность, размеры частиц), положение изделия и электрода при сварке.

Параметры режима сварки зависят от толщины и свойств свариваемого металла и обычно приводятся в технических условиях на сварку конкретного изделия и корректируется при сварке опытных образцов. При отсутствии таких данных режимы подбираются экспериментально. Основным условием для успешного ведения процесса сварки является поддержание стабильного горения дуги. Для этого определенной силе сварочного тока должна соответствовать определенная скорость подачи электродной проволоки. Скорость подачи должна повышаться с увеличением вылета электрода. При его постоянном вылете увеличение скорости подачи уменьшает напряжение дуги. При использовании легированных проволок, имеющих повышенное электросопротивление, скорость подачи должна возрастать.

Наибольшее влияние на форму и размер шва оказывает сварочный ток. При его увеличении (рис.2, а) интенсивно повышаются глубина проплавления и высота усиления шва, а его ширина возрастает незначительно.

Повышение напряжения на дуге увеличивает ширину сварного шва, глубина проплавления практически не меняется, высота выпуклости снижается (рис 2, б).

Влияние скорости сварки (рис 2, в)на глубину проплавления и ширину шва носит сложный характер. Сначала при увеличении скорости сварки давление дуги все больше вытесняет жидкий металл, толщина прослойки жидкого металла под дугой уменьшается и глубина проплавления возрастает. При дальнейшем увеличен скорости сварки (>20 м/ч) заметно снижается погонная энергия и глубина проплавления начинает уменьшаться. Во всех случаях при увеличении скорости сварки ширина шва уменьшается. При скорости сварки >70…80 м/ч по обеим сторонам шва возможны несплавления с кромкой или подрезы. Если необходимо вести сварку на больших скоростях применяют специальные методы (сварка трехфазной дугой, двухдуговая и др.).

Рис.2 Изменение ширины l выпуклости q шва и глубины проплавления h в зависимости от параметров режима (а – в) и вылета электрода (г).

 

Диаметр электродной проволоки заметно влияет на форму и размеры шва, особенно на глубину проплавления. При отсутствии источников обеспечивающих необходимый сварочный ток, требуемая глубина проплавления может быть достигнута при уменьшении диаметра используемой электродной проволоки.

Род и полярность тока влияют на глубину провара. По сравнению с постоянным током прямой полярности сварка на постоянном токе обратной полярности на 40…50%, а на переменном токе на 25…30% увеличивает глубину проплавления. Изменение температуры изделия в пределах -60…+350°С практически не влияет на размеры и форму шва.

Наклон электрода вдоль шва и положение детали также отражается на форме шва. Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом, но в отдельных случаях она может проводиться с наклоном электродом вперед или углом назад. При сварке углом вперед жидкий металл подтекает под дугу, толщина его прослойки увеличивается, а глубина проплавления уменьшается. Сварка углом назад уменьшает прослойку, и проплавление возрастает. Сварка на подъем увеличивает глубину проплавления и вероятность прожога. При сварке на спуск, металл сварочной ванны подтекая под дугу, уменьшает глубину проплавления, поэтому возможно образование несплавлений и шлаковых включений.

Состав флюса, его насыпная масса также изменяют форму и размер шва. При увеличении насыпной массы флюса глубина проплавления возрастает, ширина шва уменьшается.

Сварку ведем на переменном токе электродной проволокой диаметром 4 мм, без разделки кромок на флюсовой подушке.

Ориентировочные параметры режима сварки выбираем по справочнику[].

Толщина заготовок, мм.	Зазор, мм	Сила сварочного тока, А	Напряжение дуги	Скорость сварки, м/ч
	5…6	950-1000	40-44

 

 

При выборе режима сварки следует отдать предпочтение средним параметрам, так как максимальные параметры способствуют высокому энерговложению в зону сварки, что приводит к прогоранию металла и неудовлетворительному формированию шва. Минимальные же параметры способствуют непровару, что также является браком.