Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Главная \ Статьи и Обзоры \ Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Одну и ту же марку высоколегированных аустенитных сталей можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например, коррозионно-стойких, хладостойких или жаропрочных. А вот требования к свойствам сварных соединений будут различными, что определит и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки), направленную на получение сварного соединения с необходимыми свойствами, которые определяются составом металла шва и его структурой.

Пониженный коэффициент теплопроводности при равных прочих условиях изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне. Поэтому одинаковые изотермы в высоколегированных сталях сильнее развиты, чем в углеродистых. Так увеличивается глубина проплавления основного металла, возрастает коробление изделий.

С целью уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей требуется применять способы и режимы сварки, которым свойственна максимальная концентрация тепловой энергии. Более высокое ( в 5 раз выше, чем у углеродистых сталей) удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. В процессе автоматической и полуавтоматической дуговой сварки следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов для высоколегированных сталей и допустимую плотность сварочного тока.

Электроды с фтористокальциевым покрытием уменьшают угар легирующих элементов, значит, позволяют получить металл шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Вероятность появления дефектов на поверхности основного металла в результате попадания на него брызг также снижается..

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки аустенитных сталей

Толщина материала, мм	Электрод		Сила сварочного тока (А) при положении сварки
Толщина материала, мм	диаметр, мм	длина, мм	нижнем	вертикальном	потолочном
До 2,0	2	150 ... 200	30 ... 50	-	-
2,5 ... 3,0	3	225 ... 250	70 ... 100	50 ... 80	45 ... 75
3,0 ... 8,0	3 ... 4	250 ... 300	85 ... 140	75 ... 130	65 ... 120
8,0 ... 12,0	4 ... 5	300 ... 400	85 ... 160	75 ... 150	65 ... 130

Некоторые марки электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов

Марка стали	Марка электродов	Тип электродов по ГОСТ 10052-75	Структура наплавленного металла
Коррозионно-стойкие стали
08Н18Н10,08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 08Х22Н6Т и подобные, работающие в агрессивных средах: к металлу шва предъявляются требования по стойкости к МКК к металлу шва предъявляются жесткие требования по стойкости к МКК	ЦЛ-11, ОЗЛ-7, ОЗЛ-8, ОЗЛ-22, ОЗЛ-36	Э-04Х20Н9 Э-07Х20Н9 Э-08Х19Н10Г2Б	Аустенитно-ферритная с 2,5... 7% α-фазы
	ОЗЛ-7, АНВ-13	Э-08Х20Н9Г2Б	Аустенитно-ферритная с 5,0... 10% α-фазы
Те же стали, работающие при температурах до 600 °С в жидких агрессивных средах; к металлу шва предъявляются требования по стойкости к МКК	Л-38М	Э-02Х19Н9Б	Аустенитно-ферритная с 3,0... 5,0% α-фазы
10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13МЗТ, 08Х18Н12Б, 08X2IH6M2T и подобные, работающие при температурах до 700 °С: к металлу шва предъявляются требования по стойкости к МКК к металлу шва предъявляются жесткие требования по стойкости к МКК	СЛ-28, ОЗЛ-20, ОЗЛ-41	Э-8Х19Н10Г2МБ, Э-09Х19Н10Г2М2Б	Аустенитно-ферритная с 4,0... 5,0% α-фазы
	НЖ-13	Э-09Х19Н10Г2М2Б	Аустенитно-ферритная с 4,0... 8,0% α-фазы
Жаропрочные стали
12Х18Н9,12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, работающие при температурах до 800 °С	ЦТ-15, ЦТ-26	ЭА-1М2 Э-08Х16Н8М2 Э-08Н17Н8М2	Аустенитно-ферритная с 2,0... 4,0% феррита
10Х23Н18 и подобные, работающие при температурах выше 850 °С	ОЗЛ-4 ОЗЛ-6	Э-10Х25Н13Г2	Аустенитно-ферритная с содержанием феррита не менее 2,5 %
Жаростойкие стали
Х20Н14С2,20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, работающие при температурах 900 ... 1100°С	ОЗЛ-6 ОЗЛ-31М	Э-12Х24Н14С2	Аустенитно-ферритная с 3 ... 10% α-фазы
20Х25Н20С2, 4Х18Н25С2, работающие при температурах до 1050 °С; к металлу шва предъявляются требования жаростойкости и жаропрочности	ОЗЛ-5 ОЗЛ-9-1	Э-28Х24Н16Г6	Аустенитно-карбидная

Типичные механические свойства металла шва при комнатной температуре

Марка электрода	σт, МПа	σв, МПа	δ, %	Ударная вязкость, Дж/см2
Коррозионно-стойкие стали
ЦЛ-11	360	600	24	70
ОЗЛ-7	400	640	25	100
Л-38М	300	600	30	90
Л-40М	350	600	24	70
СЛ-28	-	600	38	120
НЖ-13	450	600	26	100
Жаростойкие стали
ОЗЛ-5	350	600	25	60
ОЗЛ-6	350	570	33	100
ОЗЛ-9-1	500	650	12	50

Сварка под флюсом.

Этот способ сварки высоколегированных сталей толщиной 3 - 50 мм имеет некоторые преимущества перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Стабильность состава и свойств металла по всей длине шва при сварке с разделкой и без разделки кромок обеспечивает более высокое качество сварного соединения.

Флюсы для электродуговой и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Марка флюса	Назначение
АНФ-14; АНФ-16; 48-ОФ-10; К-8	Автоматическая электродуговая сварка аустенитно-ферритными швами
АН-26	Автоматическая электродуговая сварка сталей с небольшим запасом аустенитности аустенитно-ферритными швами
АНФ-5 ФЦК	Автоматическая электродуговая сварка сталей с большим запасом аустенитности чисто аустенитными швами
48-ОФ-6	Автоматическая электродуговая и электрошлаковая сварка сталей с большим запасом аустенитности чисто аустенитными швами
АНФ-1;АНФ-6; АНФ-7; АН-29; АН-292	Электрошлаковая сварка сталей с большим запасом аустенитности чисто аустенитными швами

Некоторые марки сварочных проволок для электродуговой сварки под флюсом и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Марка стали	Марка проволоки
Коррозионно-стойкие стали
12Х18Н9, 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т и подобные; к металлу шва предъявляются требования стойкости к МКК	Св-01Х19Н9 Св-04Х19Н9 Св-06Х19Н9Т Св-07Х18Н9ТЮ Св-04Х19Н9С2 Св-05Х19Н9ФЗС2
12Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б и подобные, работающие при температурах выше 350 °С или в условиях, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости к МКК	Св-07Х19Н10Б Св-05Х20Н9ФБС
10Х17Н13МЗТ, 08Х18Н12Б и подобные; к металлу шва предъявляются жесткие требования стойкости к МКК 08X18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т и подобные, свариваемые в углекислом газе; к металлу шва предъявляется требование стойкости к МКК	Св-08Х19Н10МЗБ Св-06Х20Н11МЗТБ Св-08Х25Н13БТЮ
Жаропрочные стали
12Х18Н9 с аустенитно-ферритными швами	Св-04Х19Н19
12Х18Н9Б, 08Х18Н12Т и др. с аустенитно-ферритными швами	СВ-08Х18Н8Г2Б
Х15Н35В4Т	Св-06Х19Н10МЗТ
Жаростойкие стали
20Х23Н13, 08Х20Н14С2 и подобные	Св-07Х25Н13
20Х23Н18 и подобные, работающие при температурах 900 ... 1100 °С	Св-07Х25Н12Г2Т Св-06Х25Н12ТЮ Св-08Х25Н13БТЮ
ХН35ВЮ, 20Х25Н20С2 и подобные, работающие при температурах до 1200 °С	Св-08ХН50

Кратковременные механические свойства при температуре 20 °С металла шва и сварного соединения высоколегированных сталей и сплавов

Марка металла	Толщина, мм	Марка проволоки	Сварка	Испытуемый образец	σт, МПа	σв, МПа	δ, %
20Х23Н8 ХН35ВТ	12	Св-13Х25Н8 Св-0Х15Н35ВЗБЗТ	Электродуговая под флюсом АНФ-5	Металл шва*	665	797	5,9
20Х23Н8 ХН35ВТ	12	Св-13Х25Н8 Св-0Х15Н35ВЗБЗТ	То же, под флюсом АНФ-17	Металл шва Металл шва**	463 474	654 784	24,7 15,8
ХН77ТЮР	100	Св-08Н50	Электрошлаковая, пластинчатым электродом, флюс АНФ-7	Металл шва*	587	762	18,0
ХН78Т	125	Св-08Н50	То же, под флюсом АНФ-1	Металл шва	288	638	17,4
Термообработка: аустенизация при 1080 °С 2 ч на воздухе и старение при 700 °С 16 ч. *Термообработка: старение при 800 °С 10 ч.

Электрошлаковая сварка.

Важнейшая отличительная особенность такого способа - пониженная чувствительность к образованию горячих трещин, позволяющая получать чисто аустенитные швы без трещин.

Длительная прочность сварных соединений высоколегированных сталей и сплавов

Марка металла	Сварка	Марка проволоки	Условия испытания
Марка металла	Сварка	Марка проволоки	температура, °С	постоянное напряжение, МПа	время до разрушения, ч
12X18Н9Т	Под флюсом В аргоне В углекислом газе	Св-01Х19Н9	600	300	1,5 3,0 4,0
12Х18Н9Т	Под флюсом В аргоне В углекислом газе	СВ-06Х19Н9Т	600	300	35,0 21,0 218,0
12Х18Н9Т	Под флюсом В аргоне В углекислом газе	СВ-07Х19Н10Б	600	300	33 86 320
12Х18Н9Т	Электрошлаковая пластинчатым электродом	СВ-06Х19Н9Т	700	180	42,0
ХН77ТЮР**	Тоже	Св-08Н50	700	400	116,0
20Х23Н8	Под флюсом	СВ-13Х25Н8	700	400	46 ...79
ХН78Т**	Аргонодуговая вольфрамовым электродом		700	210	125 ... 161
** Термообработка: аустенизация при 1050 °С 15 мин и старение при 700 °С 16 ч.

Типовой режим электрошлаковой сварки высоколегированных сталей и сплавов

Толщина металла, мм	Электрод, мм	Марка флюса	Глубина шлаковой ванны, мм	Скорость подачи электрода, м/ч	Сила тока, А	Напряжение, В	Зазор, мм
100	Проволока Ø3	АНФ-7	25 ... 35	330	600 ... 800	40 ... 42	28 ... 32
100	Пластина 10х100	АНФ-7	15 ... 20	2,4	1200 ... 1300	24 ... 26	28 ... 32
200	Пластина 12х200	АНФ-1	15 ... 20	1,9	3500 ... 4000	22 ... 24	38 ... 40
200	Пластина 12х200	АНФ-6	15 ... 20	1,9	1800 ... 2000	26 ... 28	38 ... 40

Сварка в защитных газах.

В качестве защитных газов используются как инертные (аргон, гелий), так и активные (углекислый), а также различные их смеси. Преимущества: можно использовать для соединения металлов широкого диапазона толщин (от десятых долей до десятков миллиметров). При сварке толстых металлов в некоторых случаях этот способ сварки может конкурировать с электрошлаковой сваркой.

Для высоколегированных сталей применяется и плазменная сварка.

Главное преимущество - малый расход защитного газа. Получение плазменных струй различного сечения (круглого, прямоугольного) и значительное изменение расстояния от плазменной горелки до изделия расширяют технологические возможности этого способа. Плазменную сварку можно использовать для очень тонких металлов и для металла толщиной до 12 мм. Применение ее для соединения сталей большой толщины затруднено опасностью образования в швах подрезов.

Примерные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом высоколегированных сталей

Толщина металла, мм	Тип соединения	Сила тока, А	Расход аргона, л/мин	Скорость сварки, м/ч
Ручная сварка
1 2 3	С отбортовкой	35 ... 60 75 ... 120 100 ... 140	3,5-4 5 ... 6 6 ... 7	-
1 2 3	Встык без разделки кромок с присадкой	40 ... 70 80 ... 130 120 ... 160	3,5 ... 4 5 ... 6 6 ... 7	-
Автоматическая сварка
1 2 4	Встык с присадкой	80 ... 140 140 ... 240 200 ... 280	4 6 ... 7 7 ... 8	30 ... 60 20 ... 30 15 ... 30
1 2,5 4	Встык без присадки	60 ... 120 110 ... 200 130 ... 250	4 6 ... 7 7 ... 8	35 ... 60 25 ... 30 25 ... 30
Примечание. Диаметр присадочной проволоки 1,6 ... 2 мм; ток постоянный прямой полярности.

Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки встык плавящимся электродом высоколегированных сталей в нижнем положении

Толщина металла, мм	Подготовка кромок	Число слоев	Диаметр сварочной проволоки, мм	Сила тока, А	Скорость сварки, м/ч	Расход аргона, л/мин
Автоматическая сварка
2	Без разделки	1	1	200 ... 210	70	8 ... 9
5	V-образная разделка под углом 50°	1	1	260 ... 275	44	8 ... 9
10	Тоже	2	2	330 ... 440	15 ... 30	12 ... 17
Полуавтоматическая сварка
4 8	Без разделки V-образная разделка	1 2	1,0 ... 1,6 1,6 ... 2,0	160 ... 300 240 ... 360	- -	6 ... 8 11 ... 15

Ориентировочные режимы дуговой сварки высоколегированных сталей без разделки кромок плавящимся электродом в углекислом газе

Толщина металла, мм	Шов	Диаметр сварочной проволоки, мм	Вылет электрода, мм	Сила тока, А	Напряжение дуги,В	Скорость сварки, м/ч	Расход углекислого газа, л/мин
1	Односторонний	1	-	80	16	80	10 ... 12
3	Тоже	2	15	230 ... 240	24 ... 28	45 ...50	12... 15
6	Двусторонний	2 3 2	15 15 15 ... 20	250 ... 260 350 ... 360 380 ... 400	28 ... 30 30 ... 32 30 ... 32	30 30 -	12 ... 15 12 ... 15 -
8	То же	3 2	20 ... 25 15 ... 20	430 ... 450 420 ... 440	33 ... 35 30 ... 32	- 30	- 12 ... 12
10	»	3	25 ... 30	530 ... 560	34 ... 36	-	-

Электроды для других способов сварки.

Сварку угольным электродом чаще применяют только при изготовлении тонкостенных неответственных конструкций. Возникает опасность науглероживания шва и повышения коробления изделий из-за малой концентрированности угольной дуги в качестве источника теплоты.

Большие перспективы в этой сфере у электронного луча. Возможность за один проход сварить без разделки кромок металл большой толщины с минимальной протяженностью околошовной зоны - важное технологическое преимущество способа. Но и здесь возможно образование в шве и околошовной зоне горячих трещин и локальных разрушений. Наличие вакуума, не только способствует удалению вредных примесей и газов, но и увеличивает испарение полезных легирующих элементов.

При глубоком и узком проваре часть газов способна удерживаться в шве растущими кристаллами и образовать поры. Аппаратура для электронно-лучевой сварки, как и сам процесс, отличается сложностью и дороговизной. Поэтому этот способ применяют только во время изготовления ответственных конструкций.

Время последней модификации 1274950456