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 кизменению 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 элементами,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 коррозиивморской 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.