Как сварить хромовую сталь

Обновлено: 28.03.2024

Высоколегированные хромоникелевые аустенитные стали об­ладают большой вязкостью, хорошо противостоят коррозии, дей­ствию кислот, окалинообразованию, действию высоких и низких температур, хорошо свариваются и поэтому широко применяются при изготовлении различных аппаратов для химических производств и изделий, работающих как при высоких, так и очень низких тем­пературах и подвергающихся действию агрессивных жидкостей, паров и газов.

Наиболее распространенные марки этих сталей содержат 0,08— 0,2% углерода, 18—20% хрома и 8—10% никеля и имеют обоз­начение, например 0Х18Н9, 1Х18Н9 и т. д. Цифра 0 в обозначении марки указывает, что сталь содержит менее 0,07% углерода, циф­ра 1 —до 0,14%; цифра 2 — 0,15—0,25% углерода; обозначение Х18—хрома 17—20%; Н9 — никеля 8—11%.

Для предупреждения выпадения в стали карбидов хрома к ней добавляют до 0,8% титана или до 1,5% ниобия, которые связывают углерод и тем предупреждают выделение в структуре карбидов хрома. В этом случае в обозначение марки стали добавляется бук­ва Т (титан) или Б (ниобий). Соответственно сталь обозначается 1Х18Н9Т или 1Х18Н11Б.

Для сварки хромоникелевых нержавеющих сталей применяют электроды с обмазками ЦЛ-2, ЦЛ-3, ЦЛ-4, ЦЛ-11, ЦЛ-22, УОНИ - 13/нж и многие другие. Покрытие ЦЛ-11 имеет состав: 38% мра­мора, 44% плавикового шпата, 4% ферромарганца, 3% ферроти­тана, 2% ферросилиция, 4,5% двуокиси титана, 4,5% феррониобия, жидкого стекла — 520—540 см3 на 1 кг сухой смеси.

Основное затруднение при сварке хромоникелевых сталей, не содержащих титана или ниобия, состоит в том, что при нагревании до 500—700° они теряют свои антикоррозийные свойства и стано­вятся хрупкими вследствие выделения карбидов хрома по грани­цам зерен. Свойства стали можно снова восстановить нагреванием до температуры 850° (при которой карбиды хрома вновь растворяют­ся в сплаве) и последующим быстрым охлаждением в воде, а для малых толщин — на воздухе. Такой вид термообработки называет­ся стабилизирующим отжигом.

Хромоникелевые стали обладают низкой теплопроводностью и чувствительны к перегреву так же, как и хромистые стали. По­этому их необходимо сваривать на постоянном токе обратной по­лярности и применять те же режимы, что и при сварке хромистых сталей. Электроду придают только поступательное движение, без поперечных колебаний. Для отвода тепла от места сварки исполь­зуют медные подкладки. Кромки металла перед сваркой должны быть тщательно зачищены. Хромоникелевые стали с повышенным содержанием углерода свариваются с предварительным подогре­вом до 300—500°.

После сварки изделие рекомендуется подвергнуть термообра­ботке — нагреву до 850° с последующим охлаждением в воде. Сталь толщиной 1—2 мм можно охлаждать на воздухе. Хромоникеле­вые стали, содержащие титан или ниобий, термообработке после сварки можно не подвергать.

Тонколистовую нержавеющую сталь 1Х18Н9Т толщиной 1—1,5 мм сваривают проволокой из хромоникелевой нержавеющей ста­ли Св-02Х19Н9 или Св-04Х19Н9С2 по ГОСТ 2246—60. Проволока Св-04Х 19Н9С2 содержит повышенное количество кремния (от 2 до 2,75%), который способствует образованию феррита в структуре наплавленного металла. В качестве покрытия используют ЦЛ-2 или ЦЛ-11. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярно­сти. Ток берется для электродов диаметром 2 мм 40 а, диаметром 2,5 мм 40-—60 а. Покрытие ЦЛ-2 дает более плотный наплавленный металл, но внешний вид шва получается хуже.

При сварке стали 1Х18Н9Т может происходить науглерожива­ние металла шва, вызывающее снижение его стойкости против межкристаллитной коррозии. Как показали исследования, ос­новным источником науглероживания является мрамор, входящий в состав покрытия электрода и содержащий до 12% углерода, а при автоматической сварке — флюс. Поэтому лучшие результаты дает сварка нержавеющих сталей в среде защитных инертных га­зов— аргона и гелия.

Для сварки жаропрочных аустенитных сталей (например, мар­ки 1Х18Н12МЗТ) применяют специальные электроды, обеспечиваю­щие содержание в структуре наплавленного металла от 2 до 5% ферритной фазы. За последние годы разработан ряд новых ма­рок таких аустенитно-ферритных электродов а именно: КТИ-5, ЦТ-15, ЦТ-7, ЦТ-16,ЗИО-3, ЗИО-7 и других, хорошо зарекомендо­вавших себя в различных отраслях промышленности. Электроды КТИ-5 и ЦТ-7 содержат дополнительные легирующие примеси — молибден и ванадий; электроды ЦТ-15 и ЗИО — ниобий. Кроме того, различные марки этих электродов отличаются содержанием углерода, марганца и никеля. Изменением содержания хрома ре­гулируется количество ферритной фазы, получаемой в наплавлен­ном металле.

Окалиностойкие стали Х23Н13, Х23Н18 и др. содержат боль­ше хрома (от 22 до 25%), никеля (от 12 до 20%). Они склонны давать при температуре 850—950° горячие трещины. Их сваривают

Сварка хромистых сталей

Для изготовления химической аппаратуры, нефтеаппаратуры и других изделий широко используются хромистые стали, являю­щиеся нержавеющими и кислотостойкими и более дешевыми по сравнению с другими марками легированных сталей, обладающих этими же свойствами.

При содержании хрома от 4 до 14% сталь относится к средне­легированным, а при содержании хрома более 14% — к высоко­

легированным. Среднелегированные хромистые стали содержат до 0,15% углерода и применяются в конструкциях, где не требуется, высокая прочность, но необходима устойчивость против кор-> розии.

Высоколегированные хромистые стали могут содержать до 0,35% углерода; они обладают повышенной прочностью, хорошо сопротивляются коррозии и действию кислот. Для повышения устойчивости против образования окалины (газовой коррозии) при температурах до 1100° в состав хромистых сталей вводится 1—2% кремния или 0,2—0,6% алюминия. Повышение жаропрочности до­стигается введением в состав хромистой стали до 0,6% молибдена. Для улучшения свариваемости хромистой стали в ее состав вводят титан.

При нагревании стали до температур 400—900° хром вступает в химическое соединение с углеродом, образуя карбиды хрома, вы­деляющиеся по границам зерен и лишающие данную сталь ее ос­новного свойства — сопротивляемости коррозии. При наличии в структуре стали карбидов хрома коррозия возникает не только йа поверхности, но и в толще металла, в местах расположения карбидов хрома. Такая коррозия называется межкристал - л и т н о й и является очень опасной, так как понижает прочность и придает металлу хрупкость. Чем выше содержание углерода в хромистой стали, тем легче выделяются карбиды хрома в металле сварного шва и околошовной зоны, подвергающихся при сварке нагреву до указанных выше температур.

Это свойство хромистых сталей создает основное затруднение при их сварке. Кроме того, хром придает стали способность к само­закаливанию, отчего сварной шов и соседние с ним участки стано­вятся твердыми и хрупкими при охлаждении на воздухе после сварки. Закалка вызывает внутренние напряжения, которые спо­собствуют образованию трещин в металле. Наряду с этим хромистые стали в 1,5—2 раза хуже проводят тепло, чем обычная малоуглеро­дистая сталь, и поэтому обладают повышенной склонностью к короб­лению при - сварке. Хром легко окисляется, образуя тугоплавкие шлаки, что также затрудняет сварку. Вследствие указанных при­чин хромистые стали относятся к группе ограниченно свариваю­щихся и требуют особых приемов сварки.

Сварку хромистых сталей производят проволокой из хромо­никелевой стали Св-02Х 19Н9 и Св-Х25Н13 по ГОСТ 2246—60 с покрытием ЦЛ-2 или УОНИ-13/нж. Эти покрытия дают жидкий шлак, хорошо защищающий ванну, растворяющий окислы хрома и раскисляющий металл шва.

Вследствие повышенного электрического сопротивления про­волоки из хромоникелевой стали электроды из нее при большом токе могут быстро нагреваться и усиленно плавиться. Расплавлен­ный металл будет стекать на недостаточно нагретый основной ме-

талл, что приведет к образованию непроверенных мест и ослабле­нию прочности сварного соединения.

Для предупреждения указанного явления электроды берут дли­ной не более 250—300 мм, т. е. короче обычных. Из этих же сообра­жений при сварке хромистых сталей применяют пониженный ток и следующие режимы сварки:

Толщина листов, мм . 3 4—5 6—8 10—11 13—16

Ток, а. 50—70 90—100 120—150 100—180 225—260

Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности. Для лучшего отвода тепла под шов кладут толстые медные подкладки, охлаждаемые водой. Для восстановления первоначальных свойств основного металла изделие после сварки подвергают термической обработке по одному из режимов, указанных в табл. 20.

Режимы термообработки сталей после сварки

Содержание хрома встали, %

Температура нагрева, град

Выдержка, мин/1 мм тол­щины (ио не менее 1 часа)

Два варианта: 1) охлаждение с печью до 600° со скоростью 25 град/час, затем иа воздухе; 2) охлаждение с печью до 730° с выдержкой при этой температуре ие менее 5 мин иа 1 мм толщины, затем на воздухе Охлаждение на воздухе

Два варианта: 1) охлаждение на воздухе; 2) охлаждение до 600° с печью со скоростью 25 град/час, затем на воздухе

Охлаждение в холодной воде, за­тем отпуск с нагревом до 600 — 700° и медленным охлаждением

Хромистые стали с содержанием 18—30% хрома и до 0,35% углерода во избежание образования трещин подогревают до 200— 350°. Нужно особенно следить за тем, чтобы не перегревать металл шва и околошовной зоны, ведя сварку на пониженных токах с наи­большей скоростью. Особенно это опасно при сварке многослойных швов валиками малых сечений, выполняемых с охлаждением до 200° перед наложением каждого последующего слоя. Для получе­ния менее хрупкого металла шва сварку сталей с 18—30% хрома осуществляют электродами из хромоникелевой стали Св-Х25Н13 с покрытием УОНИ-13/нж.

Если от металла шва после сварки требуется твердость, то ох­лаждение производят быстро в воде; при медленном охлаждении на воздухе металл шва получается менее твердым, но более вязким.

Металл толщиной свыше 8—10 мм следует сваривать в несколь­ко слоев и, если возможно, с предварительной подваркой корня V-образного шва с обратной стороны.

СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Аппарат для сварки: какой выбрать

Самый популярный способ крепления металлических деталей – сварка. И заниматься ею можно не только во промышленных масштабах. В быту сварочные работы используются также часто, причем речь не всегда о сварщиках, …

Расходные материалы, необходимые для сварки

Чтобы выполнить сварку прочно и качественно, недостаточно иметь только сварочный аппарат. Дополнительно потребуется подобрать расходные материалы с учетом вида свариваемого металла. Перед началом работы определите, что именно вам нужно, и …

Критерии выбора сварочных аппаратов

Есть несколько факторов, анализировать которые при выборе сварочного аппарата нужно обязательно в магазине сварочного оборудования. Следует учесть рабочий диапазон температур, а также мощность. Рекомендуется учесть возможность смены полярности, и показатель …

Сварка стали 40Х

Сталь 40х является конструкционным легированным металлом, который широко используется в промышленности. Технические характеристики и состав материала определяется по ГОСТ 453-71. Содержание углерода в ней должно быть, примерно, 0,4%, а хрома – 1%. Сварка стали 40Х является достаточно сложным процессом, так как материал относится к трудно свариваемым металлам. Для решения данной проблемы используют специальные технологии и методы.

Сталь 40Х

Основная проблема заключается в том, что при сваривании получается большая вероятность появления трещин, раковин и прочих дефектов. Но характеристики самого металла являются весьма полезными при создании металлоконструкций, так что приходится подыскивать подходящие способы как варить сталь 40х.

Способы сварки стали 40Х

Самым качественным и распространенным способом сваривания этого сорта металла, является сварка стали 40х аргоном. Электродуговой аппарат обеспечивает достаточно высокое напряжение для плавления, а газ защищает от воздействия посторонних вещей, которые приводят к браку. В данном случае подбирается присадочный материал той же марки, что и заготовка. Также возможно варить газом с помощью ацетилена. Это более простой, но менее надежный метод. Он может не подойти для слишком толстых слоев листов, так что может потребоваться дополнительная подготовка металла под сварку. Наиболее простым способом, уступающим в надежности предыдущим, является обыкновенная ручная сварка специальными электродами.

Выбор способа

Для домашнего применения, когда на изделие не будет возлагаться большая ответственность, применяют самый простой способ – дуговую сварку. Ведь это самый дешевый метод, который не требует особой подготовки. Для сварки стали 40х электроды требуются специально предназначенные для этого дела. В промышленности для ответственных объектов применяют электродуговую сварку с аргоном. Несмотря на высокую себестоимость, это один из самых надежных методов, который обеспечивает длительный срок службы конструкции. Чтобы сделать процесс более дешевым, можно использовать газовую сварку с помощью ацетилена. Результат будет очень схожим, а в плане создания потолочных и вертикальных швов еще и более удобным. Другие виды и способы сварки металла применяются достаточно редко.

Сварка стали 40Х аргоном

Сварка стали 40Х аргоном

Вне зависимости от выбранного способа следует тщательно подготовить поверхность перед свариванием.»

Свариваемость стали 40Х и ее свойства

Металл плохо сваривается. Если сам процесс плавления и образования сварочной ванны происходит еще относительно нормально, так как здесь проявляется лишь повышенная вязкость, но весь ряд проблем, которые возникают на шве после окончания, зачастую приводят к его негодности для эксплуатации. Сварка стали 40хн отлично проявляет ее свойства к отпускной хрупкости. Во время самой сварки, а также после нее могут появляться трещины и прочие дефекты, в том числе и деформации. Это возникает из-за резких перепадов температуры, которые вызваны электрической дугой, что особенно заметно, когда происходит сварка тонкого металла электродом. Также это получается при образовании напряжений, которые получаются из-за недостаточного обеспечения защиты. Таким образом, дополнительные действия нужны как перед сваркой, так и после нее.

Сварка стали 40хн полуавтоматом

Сварка стали 40Х

Выбор инструмента

Критерий при выборе материала сварочной проволоки или электрода – ровно один. Их металл должен максимально соответствовать составу того, который идет в заготовках. Следует только обращать внимание на толщину, чтобы она соответствовала толщине деталей, так как глубина приваривания должен быть максимальной из-за сложностей в податливости данной марки стали. Более важным параметром является защита. Сварка стали 40х полуавтоматом должна поддерживаться средой защитного газа, а при ручной – на электродах должно быть покрытие, рассчитанное на работу с этой маркой стали. Тут подойдут электроды марки Э85, у которых имеется пониженное содержание водорода в покрытии, а также которые стойки к образованию трещин при работе со сложными металлами.

Режимы

Чтобы повысить качество соединения, следует использовать уже проверенные параметры, которые рассчитаны для каждой толщины заготовки и соответствующего положения шва. Это существенно облегчит процесс работы.

Особенности и технология сварки хрома

Под сваркой хрома часто понимают соединение изделий с хромовым покрытием, либо изготовленных из хромированной стали. Эти два понятия несколько отличаются, потому и технология работы будет разной.

Отличия нержавеющей и хромированной стали

Поверхность обеих изделий блестит с характерным отливом, потому отличить их по внешнему виду сложно. Но в плане физических качеств и условий эксплуатации эти материалы все же отличаются. Хромированные изделия могут уступать по физическим качествам.

Покрывают им сплавы и черную сталь. Хромирование в домашних условиях используют чаще для эстетического эффекта. Трубы из стали, покрытые хромовым напылением, со временем могут заржаветь. Металл чувствителен к сколам, ударам, царапинам.

Хромированные детали, в отличии от нержавейки, со временем могут поржаветь

Хромированные детали, в отличии от нержавейки, со временем могут поржаветь

В сравнении с этим, нержавеющая сталь не будет подвержена коррозии, поверхность ее не стирается и обладает более высокой прочностью. Повредить ее сложно, но и в этом случае поврежденный участок можно восстановить шлифованием.

Сталь с хромом

Сплав с содержанием хрома до 13% называется нержавеющим высокохромистым. Материал устойчив к коррозии даже в среде со слабой агрессивностью. Марки сплавов этого типа отличаются концентрацией углерода и свариваемостью.

Чем больше хрома в стали, тем меньше она подвержена коррозионным процессам. Не стоит путать с напылением, которое менее устойчиво, чем при содержании непосредственно в материале. Содержание в стали 18% хрома делает материал устойчивым к среде со средней агрессивностью. Это кислотоустройчивые марки 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т.

Если сплав содержит до тридцати процентов хрома, он будет устойчив к коррозии при температуре до 1100 о С в газовой среде. Марки таких материалов: 15Х25Т, 15Х28 и др.

Электродная сварка

При выборе электродов для сплавления нужно, чтобы металл шва обладал следующими свойствами:

  • устойчивость против коррозии;
  • жаростойкость – до 650 о С;
  • прочность с сохранением до 550 о С.

Для сварки хрома используют электроды типа Э-12Х13 марок АНВ-1 и ЛМЗ-1. Они обеспечивают свойства металлического шва и состав, близкий к основному металлу по характеристикам.

Применяются различные электроды в зависимости от количества хрома в составе

Применяются различные электроды в зависимости от количества хрома в составе

Выбирая электроды для сварки, нужно учитывать содержание металла в сплаве. Если в изделии содержится 17% хрома, используют электроды типа ВИ-12. Это необходимо, чтобы выполнить условия, которые предъявляются к материалу, а именно:

  • стойкость к коррозии в жидкой среде;
  • устойчивость к температуре до 800 о С;
  • стойкость к окислительным средам.

Если в сплаве хрома больше, чем ¼, применяют электроды Э-08Х24Н6ТЛФМ. Они обеспечивают устойчивость, вязкость и пластичность металла шва.

При содержании около 13%, а также при наличии вольфрама, ванадия, молибдена или ниобия в составе, сплав относят к жаропрочным. Даже при высокой температуре он выдержит большую механическую нагрузку. Электроды тоже должны обеспечивать соответствующий уровень жаропрочности. Поэтому выбирают электроды ЦЛ-32, КТИ-9А, КТИ-10.

Технология

Для образования дуги и дальнейшего ее поддержания к изделию и электроду подводят постоянный или переменный ток. Дуга зажигается при прикосновении электрода к изделию, ее ведут так, чтобы свариваемые кромки хорошо расплавились. Это обеспечит высокое качество металла с хорошим формированием.

Во время сплавления электрод двигают в трех направлениях:

  • поступательное движение по электродной оси, для поддержания постоянной длины дуги;
  • перемещение вдоль оси для образования сварочного шва;
  • перемещение поперек шва для регулирования глубины проплавления и ширины соединения.

Такая ручная дуговая сварка – это классический и один из самых старых методов. Качество соединения будет сильно зависеть от квалификации специалиста.

Качество сварки хромированных деталей зависит от мастерства специалиста

Качество сварки хромированных деталей зависит от мастерства специалиста

Особенности сварки

Для получения высококачественных соединений используют присадочные материалы. Металл должен быть однородным и максимально чистым. Используемые методы сплавления:

  • дуговое в инертных газах;
  • электронно-лучевое;
  • с полым катодом;
  • лазерное сплавление.

Высокое качество достигается при диффузионном методе сплавления. Легировать составы можно никелем и рением. Тугоплавкие соединения образуются с кремнием и бором.

Чем больше в таком материале будет углерода, тем выше вероятность образования карбидов. Они способствуют появлению ржавчины не только на поверхности будущего изделия, но и внутри него. Металл становится крайне хрупким.

Эта проблема мешает качественно сварить хромистые изделия. Они имеют и способность закаливаться на воздухе, но шов становится нестабильным. Закалка повышает напряжение, что опасно внутренними трещинами металла в будущем.

Повышение прочности хромированной стали

Сталь различают по содержанию хрома в ней. Если металла от 4 до 14 процентов, сталь среднелегированная. Если больше 14% – высоколегированная. Первые используют в конструкциях, которые не потребуют прочности на износ, но должны быть устойчивы к ржавчине. В таких составах содержится меньше 1% углерода.

Иногда изделия требуют повышения прочности: при изготовлении для газовых установок, аппаратов и оборудования. Для этого в сплав добавляют алюминий или кремний в небольших концентрациях. Добавление молибдена повышает жаропрочность. Титан улучшает свариваемость хромистых сталей.

Читайте также: