Флюсы для электродуговой и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Легирование через проволоку более предпочтительно, так как обес­печи-вает повышенную стабильность состава металла шва. При сварке используют безокислительные низкокремнистые фторидные и высокоос­новные флюсы, соз-дающие в зоне сварки безокислительные или мало­окислительные среды, спосо-бствующие минимальному угару легирую­щих элементов. Остатки шлака и флюса на поверхности швов, которые могут служить очагами коррозии свар-ных соединений на коррозионно- и жаростойких сталях, необходимо тщательно удалять. Тип флюсов предо­пределяет преимущественное использование для сварки постоянного то­ка обратной полярности. При этом достигается и повы-шенная глубина проплавления.

Сварка в защитных газах. В качестве защитных используют инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый) газы, а также различ­ные смеси инерт-ных или активных газов и инертных с активными. Этот способ сварки по срав-нению с рассмотренными выше имеет ряд сущест­венных преимуществ. Его можно использовать для соединения металлов широкого диапазона толщин - от десятых долей до десятков миллимет­ров. При сварке толстых металлов в неко-торых случаях этот способ свар­ки может конкурировать с электрошлаковой сваркой.

Применение инертных газов существенно повышает стабильность дуги. Значительное различие теплофизических свойств защитных газов и применение их смесей, изменяя тепловую эффективность дуги и условия ввода теплоты в свариваемые кромки, значительно расширяют техноло­гические возможности дуги. При сварке в инертных газах наблюдается минимальный угар легирую-щих элементов, что важно при сварке высо­колегированных сталей. При сварке в защитных газах возможности из­менения химического состава металла шва более ограничены по сравне­нию с другими способами сварки и возможны за счет изменения состава сварочной (присадочной) проволоки или изменения доли участия основ­ного металла в образовании металла шва (режим сварки), когда составы основного и электродного металлов значительно различаются.

При сварке плавящимся электродом появляется возможность изме­нения характера металлургических взаимодействий за счет значительно­го изменения состава защитной атмосферы, например, создания окисли­тельных условий в дуге, путем применения смеси газов, содержащих ки­слород, углекислый газ и др. Этим способом можно выполнять сварку в различных пространственных положениях, что делает ее целесообразной в монтажных условиях по сравне-нию с ручной дуговой сваркой покры­тыми электродами. Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся вольфрамовым или плавящимся элек-тродом.

Вольфрамовым электродом сваривают в инертных газах или их сме­сях. Для сварки высоколегированных сталей используют аргон высшего или 1-го сортов по ГОСТ 10157-79. Обычно сварку вольфрамовым элек­тродом техни-чески и экономически целесообразно использовать при сварке металлов тол-щиной до 7 мм (при толщине до 1,5 мм применение других способов дуговой сварки практически невозможно из-за образо­вания прожогов). Однако в неко-торых случаях, например при сварке не­поворотных стыков труб, сварку воль-фрамовым электродом применяют на сталях и больших толщин.

Высокое качество формирования обратного валика вызывает необ­ходи-мость применения этого способа и при сварке корневых швов в разделках при изготовлении ответственных толстостенных изделий. В зави­симости от толщи-ны стали и конструкции сварного соединения сварку выполняют с присадоч-ным материалом или без него вручную с исполь­зованием специальных горелок или автоматически. Сварку ведут на по­стоянном токе прямой полярности. Исключение составляют стали и сплавы с повышенным содержанием алюми-ния, когда для разрушения поверхностной пленки окислов, богатой алюми-нием, следует применять переменный ток.

Сварку можно выполнять непрерывно горящей или импульсной ду­гой. Импульсная дуга благодаря особенностям ее теплового воздействия позволяет уменьшить протяженность околошовной зоны и коробление свариваемых кро-мок, а также сваривать металл малой толщины при хо­рошем формировании шва. Особенности кристаллизации металла сва­рочной ванны при этом способе сварки способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероятность образо-вания горячих трещин. Однако эта же особенность может способствовать обра-зованию околошовных надрывов при сварке высоколегированных сталей. Для улучшения фор­мирования корня шва используют поддув газа, а при сварке кор-невых швов на металле повышенных толщин - специальные расплавляющиеся вставки.

При сварке погруженной дугой особенности процесса, определяю­щие увеличение доли теплоты, идущей на расплавление основного ме­талла, позво-ляют без разделки кромок за один проход сваривать металл повышенной тол-щины. Однако уменьшение концентрации нагрева при­водит к термическому циклу сварки, сходному с термическим циклом при электрошлаковой сварке. В результате расширяется зона термическо­го влияния и возникает опасность перегрева в ней основного металла, т.е. в ней возможны те же дефекты, что и при электрошлаковой сварке.

Для высоколегированных сталей применяется и плазменная сварка. Боль-шое ее преимущество - малый расход защитного газа. Получение плазменных струй различного сечения (круглого, прямоугольного и т.д.) и значительное из-менение расстояния от плазменной горелки до изделия значительно расширяют технологические возможности этого способа. Плазменную сварку можно испо-льзовать для весьма тонких металлов и для металла толщиной до 12 мм. Приме-нение ее для соединения сталей большой толщины затрудняется возможностью образования в швах под­резов.

Сварку плавящимся электродом выполняют в инертных, активных газах или их смесях. При сварке высоколегированных сталей, содержа­щих легкооки-сляющиеся элементы (алюминий, титан и др.), следует использовать инертные газы, преимущественно аргон. При сварке в инерт­ных газах возможен капель-ный и струйный перенос электродного метал­ла. При струйном переносе дуга имеет наиболее высокую стабильность и значительно улучшается перенос элек-тродного металла в сварочную ван­ну; практически исключается разбрызгива-ние металла. Это особенно важно при сварке швов в вертикальном и потолоч-ном положениях.

Отсутствие разбрызгивания и связанных с этим очагов коррозии благоп-риятно при сварке коррозионностойких и жаростойких сталей. Однако струй-ный перенос возможен на токах выше критического, при которых возможно образование прожогов при сварке тонколистового металла. Добавка в аргон до 3... 5 % кислорода уменьшает значение критического тока. Кроме того, созда-ние при этом окислительной атмо­сферы в зоне дуги уменьшает и вероятность образования пор, вызванных водородом. Последнее достигается и применением смеси аргона с 15... 20 % углекислого газа. Это позволяет уменьшить и расход дорогого и дефицитного аргона. Однако при указанных добавках газов увели-чивает­ся угар легирующих элементов, а при добавке углекислого газа возмож-но и науглероживание металла шва. Добавкой к аргону 5... 10 % азота мо­жет быть повышено его содержание в металле шва. Азот, являясь силь­ным аусте-низатором, позволяет изменять структуру металла шва.

При сварке в углекислом газе низкоуглеродистых высоколегирован­ных сталей с использованием низкоуглеродистых сварочных проволок, если исход-ная концентрация углерода в сварочной ванне менее 0,10 %, происходит науг-лероживание металла на 0,02... 0,04 %. Этого достаточ­но для резкого снижения стойкости металла шва к межкристаллитной коррозии. Одновременно окисли-тельная атмосфера, создаваемая в дуге за счет диссоциации углекислого газа, способствует угару до 50 % титана и алюминия.

Несколько меньше выгорают марганец, кремний и др. Поэтому при свар-ке коррозионно-стойких сталей в углекислом газе применяют сва­рочные прово-локи, содержащие раскисляющие и карбидообразующие элементы (алюминий, титан и ниобий).

Науглероживание металла шва в некоторых случаях может оказать благо-приятное действие при сварке жаропрочных сталей. При наличии в металле шва энергичных карбидообразователей (титана и ниобия) его науглероживание при увеличении в структуре количества карбидной фа­зы повышает жаропроч-ность. Недостатком сварки в углекислом газе яв­ляется большое разбрызгивание металла (потери достигают 10... 12 %) и образование на поверхности шва плот-ных пленок оксидов, прочно сцеп-ленных с металлом. Это может резко снизить коррозионную стойкость и жаростойкость сварного соединения.

Для уменьшения возможности налипания на основной металл брызг сле-дует применять специальные эмульсии, наносимые на кромки перед сваркой. Применение импульсной сварки также позволяет несколько снизить разбрыз-гивание. Наличие на поверхности швов трудноудаляемой пленки оксидов де-лает практически невозможной сварку в углекислом газе многопроходных швов. Сварку плавящимся электродом в защитных газах выполняют полуавто-матически или автоматически на постоянном токе обратной полярности

В качестве защитных газов используется аргон или углекислый газ, а так-же их смеси. Сварку неплавящимся электродом в аргоне экономическицелесо-образно применять для малых толщин - до - мм. Часто этим способом свари-вается корневой или подварочныйшов перед односторонней сваркой под флю-сом.

При сварке в СО₂ происходит науглероживание металла шва и снижается стойкость против межкристаллитной коррозии вследствиеобразования карби-дов Сг. Одновременно окислительная атмо­сфера, создаваемая в дуге за счет ди-ссоциации углекислого газа, способствует угару до 50 % титана и алюминия. В связи с этим сварочнаяпроволока должна содержать большее количество кар-бидообразующих элементов - титана, ниобия. Усложняет процесс сварки вСО₂ и повышенное разбрызгивание, при котором происходит достаточносильное прилипание брызг. Места падения брызг, а такжезоны плотного сцепления окисных пленок с металлом могут статьочагами коррозии. Рекомендуемые сварочные материалы для сваркиаустенитных сталей приведены в табл. 6.28.