Особенности технологии сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей.

Низколегированные низкоуглеродис­тые конструкционные стали, как правило, используют для изго­товления ответственных сварных конструкций

По реакции на термический цикл низколегированная низко­углеродистая сталь мало отличается от обычной низкоуглеро­дистой. Различия состоят в основном в несколько большей склон­ности к образованию закалочных структур в металле шва и около­шовной зоне при повышенных скоростях охлаждения. До недав­него времени считали, что металл шва низкоуглеродистых низко­легированных сталей, например 17Г1С, 14ХГС и др., имеет только феррито-перлитную струк-туру. Поэтому предполагали, что струк­турные изменения в шве при разных ре-жимах сварки сводятся в основном к изменению соотношения между феррит-ной и пер­литной составляющими, а также изменению степени дисперсности структуры.

Более углубленные исследования показали, что при повышен­ных скорос-тях охлаждения в швах этих сталей кроме феррита и перлита присутствуют так-же мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Обнаруживаемый в таких швах мартенсит - бесструк­турный, а бейнит представляет собой феррито-карбидную смесь высокой дисперсности. Количество указанных структурных со­ставляю-щих изменяется в зависимости от температурного цикла сварки. При уменьше-нии погонной энергии количество мартенсита, бейнита и остаточного аустенита в металле шва повы­шается и дисперс­ность их увеличивается. Так, количество закалочных структур в швах на низкоуглеродистой кремнемарганцевой стали толщиной 12 мм при сварке с погонной энергией q / v = 4 ккал/см и скорости охлаждения в интервале температур 400—600° С, примерно равной 4,5° С/с, составляет 10—11%.

В швах, выполненных с большой погонной энергией, коли­чество этих структур резко уменьшается. Структура швов на этой же стали при погонной энергии 13 ккал/см и скорости охла­ждения примерно 0,5—0,6° С/с состоит то-лько из феррита и пер­лита. Мартенсит и бейнит образуются также и в около-шовной зоне сварных соединений, например стали 14ХГС. Их количество при сварке такой стали максимально (около 3%) в участке пере­грева и снижается по мере удаления от линии сплавления.

При небольшом количестве закалочных структур их влияние на механи-ческие свойства сварных соединений незначительно в связи с равномерным и дезориентированным расположением этих составляющих в мягкой ферритной основе. Однако при уве­личении доли таких структур в шве и околошовной зоне пластич­ность металла и его стойкость против хрупкого разрушения резко ухуд-шаются. Дополнительное легирование стали марганцем, кремнием и другими элементами способствует образованию в свар­ных соединениях закалочных структур. Поэтому режим сварки большинства низколегированных сталей ог-раничивается более узкими (по значению погонной энергии) пределами, чем при сварке низкоуглеродистой стали. В ряде случаев, например при микро­ле-гировании ванадием, ванадием и азотом, а также другими эле­ментами, склон-ность низколегированной стали к росту зерна в околошовной зоне при сварке незначительна.

Для определения реакции низколегированной стали на тер­мический цикл сварки проводят комплекс испытаний. С целью снижения разупрочнения в околошовной зоне термоулучшенные низколегированные стали следует свари-вать при мини­мально возможной погонной энергии.

Для определения реакции низколегированной стали на термический цикл сварки проводят комплекс испытаний:

-определение стойкости металла шва против образования криталлизаци-онных трещин;

-определение стойкости металла НШЗ против образования трещин;

-определение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние;

-определение эксплуатационных характеристик металла шва и сварного соединения.

Обеспечение равнопрочности металла шва с основнымметаллом дости-гается в основном за счет легирования его элемента ми, переходящими из ос-новного металла. Иногда для повышенияпрочности и стойкости против хруп-кого разрушения металл швадополнительно легируют через сварочную прово-локу.

Стойкость металла шва против кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей несколько ниже, чем низкоуглеродистых, в связи с усилением отрицательного влияния углерода некоторыми легирующими эле-ментами, например крем­нием. Повышение стойкости против образования тре-щин дости­гается снижением содержания в шве углерода, серы и некоторых других элементов за счет применения сварочной проволоки с по­ниженным со-держанием указанных элементов, а также выбором соответствующей техноло-гии сварки (последовательность выпол­нения швов, обеспечение благоприятной формы провара) и рацио­нальной конструкции изделия.

Технология сварки покрытыми электродами.

Технология сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей пок-рытыми элек­тродами мало отличается от технологии сварки низкоуглероди­стых сталей. Характер подготовки кромок, режимы сварки, поря­док наложения швов практически одинаковы. Прихватки при сборке необходимо выполнять теми же электродами, что и при сварке основного шва, и накладывать только в местах, где распо­лагается шов.

Низколегированные стали сваривают в основном электродами с фторис-то-кальциевым покрытием типа Э42А и Э50А, обеспечи­вающими более высо-кую стойкость против образования кристал­лизационных трещин и повышенные пластические свойства по сравнению с электродами других типов. Для сварки сталей с по­ниженным содержанием углерода (например 09Г2) в ряде случаев используют электроды с рутиловым покрытием, например АН0-1 (тип Э42Т). Наиболее широко применяют электроды УОНИ-13/45, СМ-11, АНО-8 (тип Э42А) и УОНИ-13/55, ДСК-50, АНО-7 (тип Э50А), АНО-10; АНО-11; АНО-12; АНО-23; АНО-25; АНО-30; К-5А; ОЗС-5; ОЗС-18; ОЗС-25; ОЗС-29, обеспечивающие прочность и пластичность металла шва на уровне свойств основного металла.

Высокая прочность металла шва при сварке электродами типа Э42А дос-тигается за счет перехода легирующих элементов в шов из основного металла и повышенной скорости охлаждения шва. Для сварки кольцевых швов трубопро-водов, работающих при температурах до —70° С, например из стали 10Г2, на-ходят применение электроды ВСН-3 (тип Э50АФ) с фтористо-кальциевым покрытием.

Швы, сваренные покрытыми электродами, в ряде случаев имеют пони-женную стойкость против коррозии в морской воде, что значительно снижает эксплуатационные свойства сварных сосудов, морских эстакад и других соо-ружений. Это обусловлено малым содержанием в поверхностных слоях металла шва леги­рующих элементов (хрома, никеля, меди) вследствие низкой доли уча-стия основного металла в металле этих слоев. Для повышения коррозионной стойкости металл шва следует легировать хромом.