Сварка стали 30хгса со сталью 20
Обновлено: 17.05.2024
Существует мнение, что при сварке в защитном газе для каждого состава электродной проволоки и свариваемой марки стали имеются свои диапазоны оптимальных режимов сварки, в интервале которых обеспечивается лучшая стабильность процесса и минимальное разбрызгивание. Однако в большинстве случаев процесс сварки низколегированных сталей мало отличается от процесса сварки малоуглеродистых сталей. Поэтому исходной базой для подбора режимов сварки низколегированных сталей могут служить режимы сварки малоуглеродистых сталей, приведенные в статье Сварка малоуглеродистой стали. Все низколегированные стали являются качественными, хорошо раскисленными (спокойными) сталями, имеющими по сравнению с малоуглеродистыми сталями меньшее содержание и более равномерное распределение вредных примесей и газов. Благодаря этому, вероятность образования пор при сварке этих сталей значительно меньше, чем при сварке малоуглеродистых сталей.
Как правило, процесс сварки низколегированных сталей сопровождается устойчивым горением дуги и сравнительно небольшим разбрызгиванием жидкого металла. Вид швов, выполненных на этих сталях, лучше, чем швов, выполненных на малоуглеродистых сталях.
В будущем для сварки этих сталей представляется целесообразным разработать ряд специальных электродных проволок, обеспечивающих получение металла швов с различными прочностными свойствами. Ниже приведены результаты; сварки в углекислом газе некоторых низколегированных сталей.
Низколегированные стали хромансиль (содержание около 1 % хрома, марганца и кремния) широко применяются в промышленности. Из этой группы сталей наиболее распространенной является сталь 30ХГСА.
Для сварки сталей типа хромансиль в среде углекислого газа можно использовать электродные проволоки Св-10ГС, Св-18ХМА, Св-18ХГСА и Св-30ХГСА, а также проволоку Св-08ГС. Ввиду высокого содержания элементов раскислителей в основном металле, швы, выполненные на сталях хромансиль, как правило, не имеют пор (за исключением многослойной сварки проволокой Св-18ХМА, содержащей недостаточное количество кремния). Внешний вид и формирование швов хорошее.
Структура швов, выполненных в углекислом газе на стали 30ХГСА, подобна структуре швов, выполненных на этой стали под флюсом (сварка производилась электродом диаметром 2 мм на токе 230-265 а).
Макроснимок поперечного сечения трехслойного шва, выполненного на пластине толщиной 12 мм, приведен на рисунке справа.
Использование для сварки стали 30ХГСА в углекислом газе стандартных электродных проволок обеспечивает более низкую концентрацию легирующих элементов в металле шва по сравнению с их концентрацией в основном металле (таблица ниже).
Состав металла швов, выполненных в углекислом газе различными проволоками на стали 30ХГСА
Вследствие этого, прочностные свойства швов, выполненных этими проволоками в углекислом газе, выше, а пластические свойства ниже тех же свойств основного металла и швов, выполненных под флюсом (табл. ниже). Снижение прочностных свойств металла швов, выполненных в углекислом газе, наиболее сильно проявляется при сварке многослойных швов на больших токах.
Механические свойства сварных соединений, выполненных в углекислом газе на стали 30ХГСА толщиной 3 мм, практически не отличаются от свойств соединений, выполненных в аргоне с добавкой 3-5% кислорода (табл. ниже).
Как правило, вибрационная (усталостная) прочность сварных соединений, выполненных в углекислом газе, выше прочности соединений, выполненных в аргоне.
Сварка других низколегированных сталей. Кроме сталей хромансиль, различными заводами и организациями проводилось опробование сварки в углекислом газе низколегированных сталей марок НЛ2, СХЛ, KM, 12Х5М и др. Во всех случаях была показана принципиальная возможность сварки этих сталей в углекислом газе с удовлетворительными результатами. Опробование сварки стали НЛ2 проводилось в ГПИ Стальконструкции. Пластины из этой стали толщиной 12-14 мм сваривались встык на переоборудованном полуавтомате ПШ-5, на токе 400-410 а, электродной проволокой Св-10ГС. Химический состав основного металла, электродной проволоки и металла шва приведен в табл. ниже.
Состав металла шва при сварке стали HЛ2 в углекислом газе:
Швы, выполненные на стали HJI2 в углекислом газе, обладают удовлетворительными свойствами (табл. ниже).
Механические свойства швов, выполненных на стали HЛ2:
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Технология сварки стали 30ХГСА.
Товарищи 30ХГСА Варится без проблем обычной электросваркой со специальными электродами НИАТ-5 или НИАТ-8. Эти электроды как раз для такой стали.
. а летать еще интереснее. <br<br />/&
Интересно. а Вы уже это опробовали? фоток нет часом? с трещщинами или без пока? или как Вы этот вопрос объехали? :
OlegLavrov
Я Очень люблю строить самолеты!
Фоток нету. Я просто раньше работал на авиазаводе. Сам я Авиатехник. Там так варят эту сталь, никаких трещин. А на практике в Эксплуатации был случай когда на самолете треснула амортстойка (30хгса) ее слесарь заварил газом с такой же проволкой 30хгса.
Я люблю строить самолеты!
Мне надо подварить раму як12 вот незнаю как быть аргоном спредварительным нагревом паяльной лампы или без нее?
Старейший участник
Наиболее высокое качество только с подогревом . только не перестараться с ,,перегревом,, ! : (паяльная лампа обеспечивает более равномерный прогрев широкой зоны. )
Рябиков
Изобретаем решительно все!
Сварочная проволока 18ХМА или 18ХМЮА. В любом случае исключить сквозняки.
Сразу после сварки не давать быстро остывать сварному шву (можно прикрыть асбестовым полотном или тому подобным).
Санек74ru
Люблю прыгать с нормально летящего самолета.
Чтоб не потерять:
Всем доброго времени суток. Начинаю строительство рамы и вот собстна возникают вопросы Все придерживаются технологии сварки стальных труб марки 30хгса или варят без заморочек?
30ХГСА сваривают сваркой всех видов. Сталь 30ХГСА обладает повышенной склонностью к трещинообразованию при сварке. Для снятия внутренних напряжений после сварки необходимо применять отпуск. Конструкции, термически обрабатываемые после сварки на заданную прочность, в случае длительного разрыва между сваркой и термической обработкой также подвергают отпуску при 650 °С. При большом числе швов на узлах из указанных сталей, создающих жесткую систему (большое число ребер жесткости и др.), рекомендуется производить промежуточный высокий отпуск после сварки определенного числа швов. Конструкции, изготовляемые из термически обработанных элементов, подвергают отпуску при температуре на 50 °С ниже температуры отпуска после закалки. Допускается отпуск при 250 °С с выдержкой не менее 2 ч. Детали из стали 30ХГСА толщиной более 3 мм (сварка в отожженном состоянии), имеющие швы с особо жесткими контурами, во избежание образования трещин рекомендуется сваривать с подогревом до температуры 250—350 °С, которую нужно поддерживать в течение процесса сварки. Подогрев может быть как местным, так и общим, но обязательно равномерным по всему периметру сварного шва и близлежащих зон на ширине не менее 100 мм по обе стороны от шва. В особо сложных сварных узлах не исключено применение подогрева и для сталей 25ХГСА и 23Х2НВФА. Сталь 23Х2НВФА сваривают контактной сваркой; удовлетворительно — дуговой сваркой всех видов. После сварки деталь необходимо подвергать отпуску при 500 °С. Отпуск деталей сложной конфигурации нужно производить немедленно после сварки.
Характеристика материала 30ХГСА.
Марка : 30ХГСА
Заменитель: 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА
Классификация : Сталь конструкционная легированная
Дополнение: Сталь хромокремнемарганцовая.
Продукция, предлагаемая предприятиями-рекламодателями: Нет данных.
Применение: Различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
Зарубежные аналоги: Известны
Химический состав в % материала 30ХГСА
ГОСТ 4543-71
C Si Mn Ni S P Cr Cu
0.28 - 0.34 0.9 - 1.2 0.8 - 1.1 до 0.3 до 0.025 до 0.025 0.8 - 1.1 до 0.3
Примечание: Также хим. состав указан в ГОСТ 10543-98
Температура критических точек материала 30ХГСА.
Ac1 = 760, Ac3(Acm) = 830, Ar3(Arcm) = 705, Ar1 = 670, Mn = 352
Технологические свойства материала 30ХГСА .
Свариваемость: ограниченно свариваемая.
Флокеночувствительность: чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.
Механические свойства при Т=20oС материала 30ХГСА .
T E 10- 5 a> 10 6 l> r> C R 10 9
Град МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 2.15 38 7850 210
100 2.11 11.7 38 7830 496
200 2.03 12.3 37 7800 504
300 1.96 12.9 37 7760 512
400 1.84 13.4 36 7730 533
500 1.73 13.7 34 7700 554
600 1.64 14 33 7670 584
700 1.43 14.3 31 622
800 1.25 12.9 30 693
T E 10- 5 a> 10 6 l> r> C R 10 9
Зарубежные аналоги материала 30ХГСА
Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.>
Болгария Польша Чехия
BDS PN CSN
30ChGSA
30HGS
30HGSA
14331
Механические свойства :
s>в - Предел кратковременной прочности , [МПа]
s>T - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d>5 - Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y> - Относительное сужение , [ % ]
KCU - Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB - Твердость по Бринеллю , [МПа]
Физические свойства :
T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E - Модуль упругости первого рода , [МПа]
a> - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l> - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r> - Плотность материала , [кг/м3]
C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость :
без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг
Думаю в теме нада расписать более четкие указания по технологии тем более, что литература по вопросу есть. Давайте ближе к делу решать вопрос.
samodelkin
Я люблю этот Форум!
Пока ждал что народ скажет, перечитывал буржуйскую книгу по сварке ферм. Они раньше варили из 1025, это примерно наша ст20.
Так вот пишут что с переходом на 4130 появилась возможность существенно экономить вес. Если к примеру из 1025 труба была диаметром 7\8 и толщиной 0.49 из 4130 стало можно использовать 3\4 и толщиной 0.35
Может кто скажет что это не существенно, но наши еропланы не тонны весят и лишние килограммы возить с собой ни к чему!
Единственное достоинство ст20 это толстая стенка трубы, особенно для неопытного сварщика.
Сейчас некоторые свои мысли напишу по этому поводу.
Помаленьку начнем.
Собственно почему 30хгса? Для фермы нам требуется определенный ассортимент труб, который еще можно найти. И надо сказать не так много сталей выпускается в нужном нам ассортименте. При этом чем крепче сталь тем тоньше трубу мы можем использовать. Не наша вина что у нас молибдена нет.
Так вот , что такое 30хгса. Это сталь которая способна очень сильно закаливатся. Как известно, почти все стали в закаленном состоянии становятся хрупкими, и чем больше в стали углерода тем она крепче и соответственно более хрупкая. Сответственно в такой стали возможно образование трещин. НО
Для того чтобы трещины образовались, нужна сила которая заставит их образоватся. Я с большой уверенностью могу сказать, что если просто закалить кусок 30хгса и положить ее, то трещин не будет! Им неоткуда будет взятся.
Довольно долго описывать все процессы, но давайте хотя бы коротко рассмотрим что происходит со сталью при сварке.
Если взять сварочный шов, то в самом шве, там где металл плавится, он будет в состоянии глубокого отжига. Если двигатся в сторону от шва, то можно наблюдать много разных зон, в зависимости от нагрева металла при сварке. И чем больше нагрев, тем шире эти зоны. Так можно дойти до зоны, где металл нагрелся до температуры закалки.И вот здесь кроется маленький казус, который нам очень сильно мешает. Дело в том что остальная часть металла играя роль радиатора, заставляет шов быстро охлаждатся, и появляется полоса закаленного металла в зоне между швом и радиатором. Приведу небольшой пример. Если взять кусок трубы длинной в метр и нагреть ее конец до температуры закалки,то не обязательно ее опускать в воду, остальная часть трубы играя роль радиатора, будет интенсивно охлаждать нагретую зону, и в итоге появится неболшая полоса закаленного метала. Закалка ведь как известно это , быстрое охлаждение. При этом мы можем свободно держатся рукой за остальную часть трубы.
Теперь давайте посмотрим что происходит при сварке фермы.
Вот если бы нам пришлось варить небольшие детали из 30хгса, то этой проблемы могло и не быть.В этом случае мощности дуги хватило бы для разогрева всей детали, а отсутствие радиатора не даст детали быстро охладится , в итоге получится деталь в отоженном состоянии. Совсем по другому происходит при сварке фермы. Так как ферма сама по себе радиатор очень хороший, ее сварка требует особого подхода. Так как 30хгса имеет свойство очень сильно закаливатся, а в ферме при сварке, при неравномерном нагреве, возникают напряжения, мы в итоге получаем трещины. При этом они возникают ни где попало, а в зоне где металл закалился вдоль сварочного шва и возникают они под действием напряжений, от неравномерного нагрева, которые возникают в ферме.
Так вот, как этого избежать.
Я в первую очередь хочу сказать, что практически все стали лопаются вдоль сварочного шва, просто одни меньше к этому склонны а другие больше. И зацикливатся на этом не стоит.
Так что мы должны сделать чтобы избежать трещин.
Самый простой ответ приходящий на ум, это не дать ей закалится, т.е быстро остыть. Почему и ведут сварку с подогревом.
Или не дать ей нагрется, т.е по возможности вести сварку очень быстро чтобы сузить зону нагрева. Тут важно вспомнить, когда варили стальные фермы, какие виды сварок применяли?
При газовой сварке зона нагрева ну просто очень большая, и деформация должна быть очень сильной.
Я пока вижу три пути по которым нужно идти для сварки фермы из 30хгса.
1.Не дать быстро остыть
2.Сварку вести по возможности быстро, и теми видами сварки, которые исключают сильный нагрев широкой зоны металла.
По возможности, пошаговым методом.
3. Исключить большие напряжения в ферме, возникающие из за неравномерного нагрева.
Ну и по технологии сварки, т.е как нам это сделать.
1.Чтобы не дать быстро остыть, можно и подручного с горелкой использовать. А как быть если варишь один? Мне одно время не давала покоя мысль, что можно использовать обыкновенный раскаленный песок. Если на протвень насыпать песок и поставить снизу горелку а серху положить деталь, а после сварки засыпать этим самым песком? Геморой конечно, так что варианты принимаются.
2. Здесь легче.Сварка в среде аргона вольфрамовым электродом, позволяет варить быстро и качественно. При этом шов будет иметь минимальную толщину.А газ к тому же охлаждает зону сварки, еще сужая зону нагрева.
3.Те кто варит сам, знают как метал играет при нагреве. Так вот в случае со сваркой хромансиля, думается нужно сначала будет делать небольшие прихватки по всей длинне шва, чтобы исключить большие напряжения. И сварку трубы вести шагами т.е небольшими участками с противоположной стороны трубы, с перерывами для остывания.
На сегодня пока все.
КБ Альбатрос
РП15,РП25,РП2OO
Андрюх,да ты писатель,почти Л.Толстой! Вон сколько наструячил. Это ты нас уговариваешь,или себя успокаиваешь? На серъёзных заводах,типа нашего,есть отдел Главного сварщика и работают там старые спецы всех собак в этом деле переевшие.Они разрабатывали техпроцессы многих видов сварочных изделий,вплоть до сварки взрывом и сложных роботизированых сварочных комплексов. Естественно,в связи с общим упадком ВПК,многое упростилось и удешевилось,но основной научный и технологический опыт,всё-таки ещё не забыт и успешно применятся в производстве. Это я к чему. Может тебе всё-таки стоит почитать элементарный вузовский учебник по материаловедению,разобраться в эвтектических состояниях металлов,в их кристаллических структурах,ну и с божьей помощью поймёшь диаграмму"Железо-Углерод". ну а потом уже,плавно перейдёшь к спец.сталям,их свариваемости и режимности сварок. Получив некоторые знания из глубин металлургической науки,может быть,у тебя поубавиться желания изобретать в любительских условиях непростые авиационные технологии.А вернёшся ты к святой простоте,к Ст.20.
АРД/TIG сварка чугуна и различающихся сталей
Аргоно-дуговая сварка может применяться не только для ремонта чугунных отливок, но и для наплавки. Применение аргона в качестве защитного газа обеспечивает высокую жидкотекучесть чугуна, вследствие чего облегчается всплывание загрязнений на поверхность ванны.
При аргоно-дуговой сварке чугуна присадочный стержень должен лишь касаться поверхности сварочной ванны. Если опустить присадочный пруток глубоко в ванну, то образуются газовые раковины и поры. Перед сваркой чугунная отливка должна подогреваться. Подогрев ведут в нефтяной печи или газовым пламенем. Затем отливка вынимается из печи и укладывается в теплоизоляционный ящик с крышкой, снабженной отверстиями в тех местах, где необходимо выполнить сварку. После сварки отливку переносят в печь для последующего нагрева, а из печи снова в теплоизоляционный ящик для медленного охлаждения в течение одних суток. Для этой цели используют металлические коробки, обшитые асбестом. Во время работы воздушная завеса защищает сварщика от радиационного тепла, которое исходит от подогретой отливки.
СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ
Некоторые изделия изготовляются сваркой из сталей разных марок. Аргоно-дуговой сваркой можно соединять стали 30ХГСА с 12Х18Н10Т и нихромом.
Как известно, эти стали обладают различными свойствами, обусловливающими и различное их применение. Сталь 30ХГСА обладает высокими механическими свойствами, которые позволяют использовать ее в узлах, несущих большие нагрузки. Сталь 12Х18Н10Т, обладая меньшей прочностью, имеет высокие противокоррозионные свойства и жаростойкость. Нихром отличается высокой жаростойкостью и жаропрочностью; в силу этого он находит применение в узлах, работающих при высоких температурах.
Возможность сварки разнородных материалов в ряде случаев способствует повышению качества изделия, сокращению потребления дорогостоящих дефицитных материалов и снижению стоимости изделия. Поскольку стали 12Х18Н10Т, 30ХГСА и нихром сильно отличаются по своим физическим и металлургическим свойствам, сварка их в различных сочетаниях обычными способами (кислородно-ацетиленовая и электродуговая) затруднительна. При применении аргоно-дуговой сварки эти трудности легко преодолеваются.
Аргоно-дуговой сваркой выполняются тонколистовые соединения из следующих сочетаний: 12Х18Н10Т - 30ХГСА, 30ХГСА - нихром и нихром - 12Х18Н10Т.
Приемы сварки соединений различных сплавов в указанных сочетаниях не отличаются от приемов сварки каждого из этих сплавов в отдельности.
Сварку вручную можно производить как при переменном, так и при постоянном токе. Практически удобнее сваривать при постоянном токе прямой полярности. При механизированной сварке следует применять переменный ток.
Соединения 12Х18Н10Т-30ХГСА. Соединения стали 12Х18Н10Т со сталью ЗОХГСА свариваются с присадками 12Х18Н10Т и 20ХГСА. При использовании в качестве присадки проволоки марки 20ХГСА, несмотря на чистую сварочную ванну, в сварном шве обнаруживаются поры и раковины. Плотные швы получаются только при сварке в среде чистого аргона.
При сварке с присадкой 12Х18Н10Т швы получаются более плотные. Присадка 12Х18Н10Т менее требовательна к чистоте аргона, поэтому при ней можно в отдельных случаях использовать и технический аргон. Однако, учитывая загрязненность технического аргона, для получения надежного качества швов при сварке в его среде следует пользоваться очистительной установкой для поглощения кислорода, влаги и углекислого газа.
Сварочные швы в соединении 12Х18Н10Т - 30ХГСА не подвержены окислению с обратной стороны, приводящему к пористости металла; поэтому при сварке здесь не требуется предусматривать меры защиты обратной стороны шва.
Несмотря на различие физических свойств сталей обеих марок, образование трещин при сварке не наблюдается, за исключением кратера.
В кратере в большинстве случаев появляются трещины, расположенные поперек шва. Во избежание образования трещин кратер нужно выводить в сторону на основной металл 12Х18Н10Т. Соединения 12Х18Н10Т - 30ХГСА можно выполнять механизированной сваркой с присадкой и без присадки. В обоих случаях при правильно выбранном режиме получаются плотные, хорошие швы.
Макроструктура соединений, сваренных вручную и механизированным способом, показывает полное сплавление двух металлов. Поры в шве отсутствуют. Различная протравливаемость шва указывает на неравномерное перемешивание сталей 12Х18Н10Т и 30ХГСА вследствие большой скорости процесса сварки.
В переходных зонах соединений 12Х18Н10Т и 30ХГСА, сваренных с присадкой 12Х18Н10Т, микроструктура аналогична соединению, сваренному без присадки.
В соединениях 12Х18Н10Т - 30ХГСА механические свойства металла по различным данным меняются в соответствии с изменением химического состава и режима термического воздействия при сварке. Характер изменения этих свойств выявляется на графике распределения твердости, представленном на фиг. 251.
Сварка стали 12Х18Н10Т со сплавом нихром по своему характеру и приемам мало отличается от сварки нихрома. В качестве присадки можно применить 12Х18Н10Т или нихром в виде проволоки или полосок, нарезанных из основного металла. Сплав 12Х18Н10Т меньше подвержен окислению и требует аргона меньшей чистоты, поэтому в качестве присадки предпочтительнее применять проволоку марки 12Х18Н10Т.
При сварке соединения 12Х18Н10Т - нихром вследствие сильной окисляемости нихрома происходит интенсивнее окисление обратной стороны шва с образованием пористой корки. Во избежание этого сварку нужно производить на подкладке или с защитной обратной стороны шва аргоном. Для сварки соединения 12Х18Н10Т - нихром требуется чистый аргон или технический аргон, но очищенный от примесей кислорода, влаги и углекислого газа.
Режимы ручной и механизированной аргонно-дуговой сварки соединений 12Х18Н10Т - нихром приведены в таблице 120.
Микроструктура переходной зоны со стороны нихрома такая же, как и со стороны 12Х18Н10Т. Наплавленный металл имеет структуру аустенита с размерами зерна по 7-му баллу.
Соединения 30ХГСА - нихром можно выполнять ручной и механизированной аргоно-дуговой сваркой с аустенитными присадками из стали 12Х18Н10Т или нихрома.
Вследствие наличия в обоих металлах легко окисляющихся элементов удовлетворительное качество шва получается только при сварке в среде чистого и технического аргона при условии очистки от влаги, кислорода и углекислого газа.
Сварные соединения 30ХГСА - нихром, сваренные при указанных режимах, не имеют пороков.
Соединения имеют полный провар как со стороны стали 30ХГСА, так и со стороны нихрома.
Микроструктура со стороны стали 30ХГСА меняется от сорбита (основной металл) до крупноигольчатого мартенсита в переходной зоне, ширина переходной зоны 3 мм.
Микроструктура наплавленного металла присадки нихром представляет собой дендриты твердого раствора. Максимальные размеры зерна аустенита в переходной зоне (со стороны сплава нихром) соответствуют 4-му баллу. Ширина переходной зоны 0,6 мм.
На фиг. 252 представлен график распределения твердости в поперечном сечении соединения 30ХГСА - нихром.
Технология сварки разнородных сталей
Разнородными принято считать стали, которые отличаются атомно-кристаллическим строением, т.е. имеют ГЦК-, ОЦК- решетку или принадлежат к разным структурным классам (перлитные, ферритные, аустенитные), а также стали с однотипной решеткой, относящиеся к различным группам по типу и степени легирования (низколегированные, легированные, высоколегированные). Они содержат в сумме до 5, 10 или свыше 10 % хрома и других легирующих элементов соответственно.
В табл. 1 приведены основные группы сталей, применяемых в машиностроении. Из них формируют различные сочетания для изготовления сварных конструкций.
Табл. 1 Классификация сталей, применяемых в сварных соединениях разнородных сталей
Класс сталей и сварочных материалов
Характеристика сталей
Марки (примеры)
Перлитные и бейнитные
09Г2С, 10ХСНД, 20ХГСА
30ХГСА, 40Х, 40ХН2МА, 38ХВ
Теплоустойчивые (Cr-Мо и Cr-Mo-V)
12МХ, 12Х1МФ, 20Х1М1Ф169
Мартенситные, ферритные, ферритно-мартенситные, аустенитно-мартенситные, ферритно-аустенитные
12 %-ные хромистые, жаростойкие
08X17Т, 15Х25Т, 20X17Н2
12 %-ные хромистые, жаропрочные
Аустенитные стали и сплавы на никелевой основе
Аустенитные коррозионно-стойкие и криогенные
Жаропрочные никелевые сплавы
Конструкции, сваренные из разнородных сталей, называют комбинированными. Они применяются в тех случаях, когда условия работы отдельных частей конструкции отличаются температурой, агрессивностью среды, особыми механическими воздействиями (износ, знакопеременное нагрузка и т.п.).
Особенности технологии сварки комбинированных конструкций из сталей различных структурных классов
Одна из причин пониженной свариваемости перлитной и аустенитной сталей - образование хрупкого мартенситного слоя или карбидной гряды в объеме переходной кристаллизационной прослойки, у которой уровень легирования металла снижается, приближаясь к перлитной стали. Образование этой прослойки объясняется ухудшением перемешивания жидкого металла в пристеночных слоях. При небольшом запасе аустенитности металла шва толщина этой прослойки может достигнуть критической величины, при которой происходит хрупкое разрушение сварного соединения.
Поэтому при выборе способов и режимов сварки отдают предпочтение технологии, при которой толщина кристаллизационной прослойки минимальна. Этого достигают следующими методами:
- Применением высококонцентрированных источников тепла (электронный луч, лазер, плазма);
- Разделкой кромок или их наплавкой (рис. 1), уменьшающей долю участия сталей;
- Выбором режимов сварки с минимальной глубиной проплавления;
- Переходом к дуговой сварке в защитных газах, обеспечивающей интенсивное перемешивание металла ванны.
Преимущества сварки комбинированных конструкций в защитных газах связаны с увеличением температуры расплавленного металла, снижением поверхностного натяжения и, соответственно, увеличением интенсивности его перемешивания, что вызвано ростом приэлектродного падения напряжения сварочной дуги и увеличением кинетической энергии переноса капель электродного металла и плазменного потока в дуге.
Добавление в аргон кислорода, азота, углекислого газа усиливает отмеченные преимущества. Добавки кислорода повышают температуру ванны также тем, что вызывают экзотермические окислительно-восстановительные реакции. В результате отмеченных явлений снижается уровень структурной и механической неоднородности в зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом.
При ручной дуговой сварке положительные результаты получают в противоположном варианте, т.е. при снижении температуры сварочной ванны, что зависит от температуры плавления электрода. Снижения температуры плавления электрода достигают увеличением содержания никеля и марганца. Применение таких электродов является наиболее радикальным мероприятием и при сварке под флюсом, одновременно уменьшающем ширину кристаллизационных и диффузионных прослоек (рис. 2).
При сварке под флюсом перемешивание ванны также может быть усилено увеличением силы тока, напряжения или скорости сварки. Однако рост этих параметров приводит к неблагоприятному изменению схемы кристаллизации (увеличению угла срастания кристаллитов), что увеличивает риск образования горячих трещин. Скорость сварки, как правило, не должна превышать 25 м/ч. Интенсивному электромагнитному перемешиванию ванны препятствует наличие шунтирования магнитного поля перлитной сталью, а также нарушение шлаковой защиты. В этом процессе весьма эффективен ввод внутренних стоков тепла в виде охлаждающей присадки (рис. 3), также снижающей температуру ванны.
Табл. 2 Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки перлитных и бейнитных сталей с аустенитными сталями и сплавами
Группа свариваемых сталей (см. табл. 1)
Композиция наплавленного металла
Предельная температура эксплуатации, °С
Термическая обработка
VI – VIII + XI – XIII
При формировании следующего слоя 2 со стороны перлитной стали в нем участвует основной металл (т. П), и корневой шов (отрезок а - в), образуя ванну состава т. Д, а также входящий в нее электрод (т. В), что в сумме создает металл слоя со структурой в - г, соответственно долей их участия. Аналогично слой 3 со стороны аустенита характеризуется отрезком е - д.
Большой запас аустенитности металла шва позволяет предотвратить образование малопластичных участков с мартенситной или карбидной структурой в корневых швах и слоях, примыкающих к перлитной стали в условиях неизбежного колебания долей их участия. Однако для этого варианта технологии будет характерна высокая склонность к возникновению горячих трещин в однофазном аустенитном металле шва, образующихся по границам зерен, сформированных в результате миграции. Для их предотвращения в швах со стабильно аустенитной структурой наплавленный металл легируют элементами, снижающими диффузионные процессы при высоких температурах, применяют электроды типа Х15Н25АМ6, содержащие 6 % Мо и 0,2 . 0,3 % N. Они препятствуют развитию высокотемпературной ползучести и межзеренного проскальзывания в твердом металле при сварке, повышая при этом пластичность в температурном интервале хрупкости и тем самым предотвращают образование горячих трещин. Более сложный вариант технологии необходим при сварке жестких узлов из аустенитной и среднеуглеродистой стали мартенситного класса, когда в корневых слоях из-за увеличения до 0,5 доли участия основного металла возможно образование горячих трещин, а в верхних слоях - холодных трещин типа "отрыв" и "откол". В этом случае корневые слои выполняют электродами, содержащими до 60 % Ni и 15 % Мо.
Указанные электродные материалы с однофазной аустенитной структурой шва применяют и при сварке перлитных сталей с термоупрочняемыми жаропрочными аустенитными сталями и никелевыми сплавами.
В большинстве таких случаев при сварке перлитных и термически неупрочняемых аустенитных сталей группы IX применяют другой - аустенитно-ферритный электрод, образующий в наплавленном металле 10 . 12 % ферритной фазы и допускающий долю участия перлитной стали в металле шва до 30 %. При смешивании материала электрода и расплава в том же соотношении будет получен шов, содержащий 4 . 6 % дельта-феррита, что исключает образование горячих трещин, но несколько увеличивает толщину кристаллизационной прослойки.
Такой вариант технологии допустим при сварке аустенитных сталей с перлитными (группы II - III), содержащими активные карбидообразователи для ограничения диффузии углерода, либо содержащих весьма малое количество углерода путем его частичной замены азотом.
Для сварных узлов, эксплуатирующихся при высоких температурах, необходимо применение высоконикелевых электродов типа ХН60М15. Швы, выполненные такими электродами хорошо работают в условиях теплосмен из-за равенства коэффициента линейного расширения с перлитной сталью (см. табл. 10.2). Этими электродами заваривают дефекты литья сталей групп IV и V без последующей термообработки.
При недостаточности или неприемлемости указанных технологических вариантов прибегают к сварке через проставки или к предварительной, в том числе комбинированной (см. рис. 10.9) наплавке кромки перлитной стали аустенитным металлом, с последующей сваркой таких заготовок аустенитно-ферритными сварочными материалами с регламентированным количеством ?-Fe (2 . 6 %).
При сварке кислотостойких и жаропрочных высокохромистых ферритных сталей (гр. VIII) с аустенитными (гр. XI . XIII) принципиально возможно применение как аустенитных, аустенитно-ферритных, так и высокохромистых электродов, поскольку при перемешивании в ванне указанных сталей с электродным металлом при доле его участия до 40 % металл шва сохраняет такую же структуру, как и у наплавленного указанными электродами. При этом с повышением температуры эксплуатации выше 500 °С предпочтительны высокохромистые электроды. При эксплуатации в условиях термоциклирования необходимо сваривать указанные сочетания сталей аустенитными электродами на никелевой основе, поскольку их коэффициент линейного расширения близок с высокохромистой сталью. Для удовлетворения требований жаростойкости шва следует применять электроды с высоким содержанием хрома (25 . 27 %) и никеля (12 . 14 %), что позволяет их эксплуатировать при 1000 °С.
При неагрессивных рабочих средах соединения указанных сталей, подвергаемые термообработке, могут быть выполнены электродами типа Э-08Х15Н25АМ6, которые допускают значительное перемешивание с основным металлом без образования горячих трещин. Если термообработка невозможна, рекомендуется облицовка кромок закаливающихся сталей электродами на никелевой основе.
Третий вариант технологии предусматривает предварительную наплавку на перлитную закаливающуюся сталь аустенитного слоя, при которой производится предварительный или сопутствующий подогрев, обеспечивающий необходимую скорость охлаждения, с последующим отпуском для устранения закалки. После этого детали из перлитной стали с наплавленными кромками сваривают с аустенитной сталью на режимах, оптимальных для последней.
Во всех случаях сварки разнородных сталей важным параметром процесса является уровень содержания водорода в шве, зависящий от длины дуги и температуры прокалки электродов. Водород вызывает пористость швов и способствует развитию зародышей всех указанных выше типов холодных трещин в закаленных зонах. Поэтому необходимо применять низководородистые электроды с основным покрытием и флюсы на фтористо-кальциевой основе.
Другое сочетание сталей разнородных структурных классов в сварных конструкциях - сварка перлитных и высокохромистых сталей. При сварке перлитных сталей с 12 %-ными хромистыми сталями необходимо предотвратить образование мартенсита и холодных трещин, а также развития диффузионных прослоек при отпуске и высокотемпературной эксплуатации. При выборе сварочных материалов следует исключить образование хрупких переходных участков в зонах перемешивания сталей. Для обеспечения наибольшей пластичности шва применяют сварочные материалы перлитного класса (табл. 3). В этом случае в переходных участках со стороны высоколегированной стали, содержащих до 5 % хрома, сохраняется высокая пластичность, вязкость, а также длительная прочность соединения в целом. Для снижения размеров диффузионных прослоек перлитный наплавленный металл должен легироваться определенным количеством более активных, чем хром, карбидообразующих элементов.
Табл. 3 Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки перлитных сталей с мартенситными, ферритными и аустенитно-ферритными
Читайте также: