Технология сварки высоколегированных аустенитных (нержавеющих) сталей

  • 23 ноября 2018 14:44:35
  • Отзывы : 0
  • Просмотров: 51
  • 0

К высоколегированным относятся стали, содержащие более 10% легирующих элементов. Они содержат, как правило, небольшое количество углерода – до 0,25%.

В зависимости от основных свойств высоколегированные стали делятся на следующие группы: коррозионно-стойкие (нержавеющие); жаростойкие (окалиностойкие) – обладают стойкостью против химического разрушения при температурах выше 550°С; жаропрочные – способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного времени.

Основные легирующие элементы – хром и никель. При введении в сталь 12% Cr она становится нержавеющей, при содержании Cr около 25% она становится жаростойкой. Никель также увеличивает коррозионную стойкость стали и ее жаропрочность.

Структурные классы высоколегированных сталей: аустенитные, ферритные, аустенитно-ферритные, мартенситные, мартенситно-ферритные, мартенситно-аустенитные.

Аустенитные стали – наиболее многочисленная группа высоколегированных сталей. Они, как правило, легируются Cr>16% и Ni>7%. Дополнительно стали легируются молибденом, ванадием, титаном, ниобием.

Наиболее распространенные марки сталей: 08Х18Н10Т; 12Х18Н10Т; 08Х18Н12Б; 10Х17Н13М3Т; 03Х16Н15М3 и др.

Стали аустенитного класса имеют теплопроводность, которая в четыре раза ниже, чем у низкоуглеродистых, а коэффициент линейного расширения в 1,5 раза выше. При сварке это приводит к более неравномерному нагреву, увеличению деформаций и напряжений. Стали аустенитного класса имеют высокое электрическое сопротивление (в 3 – 5 раз выше, чем у низкоуглеродистых сталей), что вызывает более сильный нагрев электрода при ручной сварке или вылет проволоки при механизированных способах сварки.

Первая сложность при сварке аустенитных сталей – их повышенная склон¬ность к образованию кристаллизационных трещин. Основные направления борьбы:

А) Правильный выбор сварочных материалов, позволяющих создать двухфазную структуру, устойчивую против образования трещин. Необходимо применять сварочные материалы, предназначенные для сварки конкретной марки стали.

Б) Следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве (сила сварочного тока должна быть уменьшена на 10 – 30% по сравнению со сваркой низкоуглеродистой стали). Техника сварки должна обеспечивать минимальное насыщение металла шва газами (при ручной дуговой сварке необходимо поддерживать короткую дугу и вести сварку без поперечных колебаний). При сварке в защитных газах следует поддерживать коротким вылет электрода и выбрать оптимальными скорость сварки и расход защитного газа.

В) Необходимо правильно выбирать форму шва, что влияет на направление роста кристаллов. При полуавтоматической сварке целесообразны поперечные колебания проволоки, что изменяет схему кристаллизации и уменьшает вероятность трещин.

Г) Уменьшение растягивающих напряжений. Это достигается уменьшением сварочного тока по сравнению со сваркой углеродистых сталей на 10 – 30%, заполнением разделки швами небольшого сечения и устранения жестких закреплений свариваемых кромок.

Вторая сложность – потеря коррозионных свойств швами аустенитных сталей. Основные направления борьбы:

А) Уменьшение содержания углерода в основном металле и металле шва до 0,02 – 0,03%, что предотвращает образование карбидов хрома и обеднение металла шва хромом. По этой причине при механизированной сварке в защитных газах аустенитных сталей крайне редко используется углекислый газ, чаще используется смесь Ar98% + CO22%. Использование приварных приспособлений из низкоуглеродистой стали запрещено!

Б) Применение в сварочных материалах легирования титаном, ниобием, ванадием. Этим же обусловлено требование использование сварочных мате-риалов, предназначенных для сварки конкретной марки стали.

В) Ограничение сварочного тока, уменьшение размеров швов, что позволяет увеличить скорость охлаждения и уменьшить время пребывания шва в интервале температур 600 - 800°С, при которых происходит интенсивное образование карбидов хрома.

Места падения брызг могут стать очагами коррозии, поэтому при сварке аустенитных сталей целесообразно использование импульсного режима сварки, который позволяет перейти на струйный перенос металла на низких сварочных токах, а также использование дополнительной защиты основного металла от сварочных брызг, что значительно снижает их прилипание.