Технология сварки плавлением низкоуглеродистых и низкоуглеродистых низколегированных сталей

Обновлено: 15.05.2024

Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных сталях и определяет механические свойства сталей этой группы. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов. Стали с содержанием углерода до 0,25% относятся к низкоуглеродистым. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают: кипящую — кп, полуспокойную — пс и спокойную — сп. Кипящая сталь, содержащая не более 0,07% Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат не менее 0,12% Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и отличаются меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке.

Сталь углеродистую обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380—71 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают; например, СтЗ. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марки этих сталей указывают их группу, например, БСтЗ, ВСтЗ. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят с обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г). Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех степеней раскисления и сталь ВСтЗГпс, а также стали БСт1, БСт2, БСтЗ всех степеней раскисления и сталь БСтЗГпс поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы В.

Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 и 20) и повышенным (марки 15Г и 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии с ГОСТ 1050—74 и ГОСТ 4543—71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы для изготовления конструкций применяют в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки с отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из этих сталей, для повышения прочностных свойств можно подвергать последующей термической обработке.

Стали, содержащие специально введенные элементы, которые отсутствуют в углеродистых сталях, называют легированными. Марганец считают легирующим компонентом при содержании его в стали более 0,7% по нижнему пределу, а кремний — при содержании свыше 0,4%. Поэтому углеродистые стали марок ВСт3Гпс, ВСт3Гпс, 15Г и 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют ее свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкций.

В промышленности при производстве сварных конструкций широко используют низкоуглеродистые низколегированные стали. Суммарное содержание легирующих элементов в этих сталях не превышает 4,0% (не считая углерода), а углерода 0,25%.

В зависимости от вводимых в сталь легирующих элементов низколегированные стали разделяют на марганцовистые, кремнемарганцовистые, хромокремненикелемедистые и т. д. Наличие марганца в сталях повышает ударную вязкость и хладноломкость, обеспечивая удовлетворительную свариваемость. По сравнению с другими низколегированными сталями марганцовистые стали позволяют получать сварные соединения более высокой прочности при знакопеременных и ударных нагрузках. Введение в низколегированные стали небольшого количества меди (0,3—0,4%) повышает стойкость стали против коррозии (атмосферной и в морской воде). Для изготовления сварных конструкций низколегированные стали используют в горячекатаном состоянии. Термическая обработка улучшает механические свойства стали, которые, однако, зависят от толщины проката. Особенно важно, что при этом может быть достигнуто значительное снижение температуры порога хладноломкости. Поэтому некоторые марки низколегированных сталей для производства сварных конструкций используют после упрочняющей термической обработки.

Технология сварки плавлением низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей

Технология сварки углеродистых и низколегированных сталей

ТРУДНОСТИ ПPИ СВАРКИ. Основная - трудно избежать образования пор из-за недостаточного раскисления основного металла. Средством борьбы с порообразованием служит снижение доли основного металла в наплавленном металле шва

Подготовка к сварке. Для разделки сталей, а также подготовки кромок используют газовую, плазменную или воздушно-дуговую резку. После нее участки нагрева металла зачищают резцовым или абразивным инструментом до удаления следов термообработки. Непосредственно перед сборкой стыка кромки зачищают на ширину 20 мм до металлического блеска и обезжиривают.

Зачистка абразивным инструментом

Стыки собирают в сборочных кондукторах либо с помощью прихваток, которые выполняют с полным проваром и их переплавкой при наложении основного шва. Прихватки с недопустимыми дефектами следует удалять механическим способом. На потолочные участки шва прихватки накладывать не рекомендуется, поскольку там они труднее поддаются переплавке при выполнении основного шва. На сталях 10 и 20 прихватки выполняют только с помощью присадочной проволоки. Ее поверхность должна быть чистой, без окалины, ржавчины и грязи. Очищать проволоку можно как механическим способом, гак и химическим травлением в 5%-ном растворе соляной кислоты.

Высота прихваток, мм

Толщина кромок свариваемых изделий, мм

Установка прихваток

1-5 - очередность установки прихваток А, Б - выводные планки для начала и окончания сварки

Выбор параметров режима. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Сварочный ток назначают: при однопроходной сварке - в зависимости от толщины конструкции, а при многопроходной - исходя из высоты шва. Высота шва (валика) при ручной аргонодуговой сварке должна составлять 2-2,5 мм. Ориентировочно сварочный ток выбирают из расчета 30-35 А на 1 мм диаметра вольфрамового электрода.

Напряжение на дуге должно быть минимально возможным, что соответствует сварке короткой дугой.

Скорость сварки выбирают с учетом гарантированного проплавления кромок и формирования требуемой выпуклости сварного шва.

Техника сварки. При выполнении первого (корневого) шва возможна сварка без присадочной проволоки, но при этом все прихватки должны быть проплавлены. Нельзя сваривать без присадочной проволоки конструкционные углеродистые стали марок 10 и 20, так как в металле шва могут появиться поры. Сварку ведут углом вперед. Присадочную проволоку подают навстречу движению горелки, причем угол между ними должен составлять 90°. Следует избегать резких движений проволокой - они приведут к разбрызгиванию присадочного металла или окислению конца проволоки.

Присадок должен всегда находиться в зоне защиты аргоном.

Корневой шов сваривают без поперечных колебаний. При наложении последующих слоев горелкой совершают колебательные движения, амплитуда которых зависит от формы разделки кромок.

Кратер шва при отсутствии системы плавного снижения сварочного тока заваривают путем введения в кратер капли присадочного металла, одновременно плавно увеличивая дугу до ее естественного обрыва. Газовую защиту убирают, отводя горелку через 10-15 с после обрыва дуги.

РЕЖИМЫ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Подготовка кромок и вид сварного соединения (1-6 - очередность проходов)

СВОЙСТВА НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ИХ СВАРИВАЕМОСТЬ

Кипящая сталь характеризуется резко неравномерным распределе­нием серы и фосфора и, как следствие, возможностью образования горячих трещин при сварке и переходом металла в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Поэтому, в противоположность спо­койным и полуспокойным сталям, она для применения в ответствен­ных сварных конструкциях не рекомендуется. Углеродистая сталь обыч­ного качества по ГОСТ 380-71 поставляется в трех группах: А — в сварных конструкциях не используется (она не имеет химического анализа и поставляется по механическим свойствам); Б — поставляют по химическому составу; В — поставляют по химическому составу и механическим свойствам. Содержание вредных для сварки примесей в этих сталях колеблется: серы < 0,05%, фосфора < 0,04% (пример обо­значения ВСтЗсп). Углеродистые качественные стали содержат пони­женное количество серы, и иногда содержание марганца в них достига­ет 1% (поставка по ГОСТ 1050-79).

Низколегированные стали имеют большое количество марок, в ка­честве легирующих добавок применяют Mn. Si, Си, V, Nb и др. Яркими представителями этих сталей являются 10ХСНД (аог > 400 МПа) и 09Г2С (ад2 > 350 МПа). Химический состав и механические свойства некоторых наиболее употребляемых марок низкоуглеродистых и низ­колегированных сталей приведены в табл. 7.1 и 7.2.

Химически» состав некоторых марок низкоуілеролистых и мижолеч прованных сталей

Низкоуглеродистые обычные стали

Повышенное содержание марганца

Си до 0,65 Ni до 0,8 СгдоО.9

1. Содержание серы в группе егалей ВСт ко более 0,05%, в палях остальных трупп - не более 0,04%

2. Содержание фосфора не бодее 0,01%.

Механические свойства некоторых марок нилкоуглеродистых и низколегированных сталей

Механические свойства (не менее)

Широкое распространение в промышленности находят микро - легированные стали, применяемые для изготовления конструкций ответственного назначения. Они позволяют экономить легирую­щие элементы и при термомеханической и термообработке обеспечивают высокую прочность и сопротивляемость хрупкому разрушению металла. Обычно эти стали содержат < 0,2% углерода и легируются микродобавкам Al, Сг, Zг, V, Ті, Nb, Мо, В. Они

обеспечивают получение высоких значений прочности. Так, сталь 14Г2АФ имеет апг > 400 МПа и ав > 550 МПа, а сталь 12ГНЗМФА а, и > 600 МПа и ав > 700 МПа.

При малом содержании углерода эти стали обладают удовлетво­рительной свариваемостью. При сварке на больших погонных энер­гиях (>100 кДж/см) ударная вязкость металла ЗТВ несколько сни­жается из-за роста зерна и неблагоприятных фазовых превращений в металле ЗТВ.

В судостроении широко применяется ряд марок конструкцион­ных высокопрочных сталей типа АБ. К ним относятся улучшаемые стали АБ, АБ1, АБ2. Наилучшее сочетание физико-металлургичес­ких и технологических свойств феррито-перлитных сталей АБ с пре­делом текучести 390 МПа и более достигается за счет закалки и вы­сокого отпуска.

Хромоникельмолибденовая сталь марок АБ1 и АБ2 с максималь­ными значениями предела текучести соответственно 500 и 588 МПа легирована Cr, Mo, V, АІ, Са. После закалки и высокого отпуска в этих сталях формируется мелкодисперсная ферритная структура с кар­бидной фазой. С учетом обеспечения требований свариваемости со­держание углерода в сталях типа АБ составляет 0,08. 0,1%. Для обес­печения чистоты этих сталей по содержанию сульфидных и окисных неметаллических включений содержание серы и фосфора в них ог­раничено соответственно 0,01 и 0,02%,

При сварке этих сталей пластическая деформация, возникающая при остывании шва, способствует повышению его предела текучести. Обычно обеспечение равнопрочности сварных соединений при свар­ке таких сталей затруднений не вызывает. Сварка на форсированных режимах, повышенной толщине металла однопроходным швом, низ­кие температуры — все это может привести к появлению закалочных структур на участке перегрева, полной и неполной перекристаллиза­ции металла ЗТВ.

Низколегированные стали иногда поставляются в термообрабо­танном состоянии (закалка для повышения прочностных свойств). При сварке таких сталей на участке рекристаллизации под действи­ем высокого отпуска происходит разупрочнение металла. Эти зат­руднения преодолевают технологическими приемами. Так, термоуп­рочняемые стали рекомендуется сваривать длинными участками, а термически не упрочненные (отожженные), наоборот, короткими (во избежание закалки в ЗТВ).

С повышением погонной энергии растет ширина разупрочненной зоны рядом со швом, что ведет к снижению твердости металла в ней.

Это вызывается высокотемпературным нагревом и малыми скорос­тями охлаждения. В то же время в зоне могут присутствовать участ­ки, где наиболее резко выражены явления перегрева и закалки; они представляют собой наиболее вероятные места с точки зрения обра­зования холодных трещин.

При сварке короткими участками, по горячим, предварительно положенным проходам, скорость охлаждения всех зон соединения мала. Их структуры равновесны, и последующая термическая обра­ботка не нужна. Только изредка, в особенных случаях, конструкция после сварки может быть подвергнута высокому отпуску для снятия остаточных напряжений и восстановления свойств металла в ЗТВ (нормализация сварных узлов, выполненных ЭШС).

Стойкость против образования горячих трещин в металле шва при сварке этих сталей удовлетворительна. Они в отдельных случа­ях возникают при содержании углерода более 0,2%, при сварке уг­ловых швов и корневых проходов. Низкоуглеродистые и низколе­гированные стали хорошо свариваются всеми способами сварки плавления, как правило, без введения предварительного или сопут­ствующего подогрева.

Важным требованием, предъявляемым к сварным конструкциям из этих сталей, является обеспечение равнопрочности сварных со­единений с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном шве. Гарантией обеспечения этого требования и служит получение механических свойств металла шва и ЗТВ не ниже нижнего предела прочности соответствующих свойств основного металла. Геометри­ческие размеры и формы шва должны соответствовать требованиям нормативной документации.

Механические свойства металла шва и сварного соединения опре­деляются его структурой, которая зависит от химического состава стали, режимов сварки, предыдущей и последующей термообработ­ки. Как правило, химический состав шва при сварке незначительно отличается от состава основного металла. Различие заключается лишь в стремлении уменьшить содержание углерода в шве с целью предуп­реждения структур закалочного характера; возможный недостаток прочности при этом компенсируется дополнительным подлегирова - нием металла шва кремнием и марганцем за счет проволоки, флюса или электродного покрытия.

Повышение скорости охлаждения металла шва также может при­водить к повышению его прочности при одновременном снижении уровня пластичности и ударной вязкости. Скорость охлаждения ме­талла шва определяется толщиной свариваемого металла, его физи­ческими свойствами, конструкцией сварного соединения, режимами сварки и начальной температурой изделия.

СВАРКА НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Стали этих групп относятся к хорошо сваривающимся практически всеми видами сварки. Основные требования при их сварке — обеспече­ние равнопрочности сварного соединения основному металлу, отсутст­вие дефектов, требуемая форма сварного шва, производительность и экономичность. При сварке плавлением эти требования обеспечива­ются выбором и применением типовых сварочных материалов, режимов и технологии выполнения сварки.

Для изготовления сварных конструкций из этой группы в первую очередь применяют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25 %. Низкоуглеродистые стали обыкновенного качества в зависи­мости от назначения подразделяют на три группы: А, Б, В. Для ответст­венных сварных конструкций в основном используют стали группы В с гарантируемыми химическим составом и механическими свойствами. Выпускаются низкоуглеродистые качественные стали с нормальным (10, 15, 20 и др.) и повышенным (15Г, 20Г) содержанием марганца.

Низкоуглеродистые стали хорошо свариваются всеми способами дуговой сварки. Однако они обладают невысокими механическими ха­рактеристиками и их применение связано с увеличением металлоемко­сти и массы конструкций. Уменьшить удельный расход стали можно, повышая прочностные характеристики. С этой целью в сталь вводят ле­гирующие элементы, которые, образуя твердые растворы и химические соединения, повышают ее свойства. Это позволяет снизить массу изго­товляемых конструкций. Сейчас все шире применяют низкоуглероди­стые и низколегированные стали с содержанием легирующих элементов до 2,5 %. Основными легирующими элементами являются марганец, кремний, хром и никель. Для повышения коррозионной стойкости стали вводят медь (0,3-0,4 %). Такие стали обладают хорошей свариваемо­стью. Предусмотрен выпуск 28 марок низколегированных сталей, при­меняемых для сварных конструкций.

К группе низколегированных сталей относятся теплоустойчивые стали перлитного класса, используемые в энергетическом машино­строении (12МХ, 12Х1МФ, 20ХМФЛ и др.), в которых содержание ле­гирующих компонентов допускается до 4 %. Для повышения жаропроч­ности при температурах 450-585 °С, их легируют молибденом и вольф­рамом. Однако низколегированные стали более чувствительны к тепло­вому воздействию, чем низкоуглеродистые, особенно при сварке на форсированных режимах металла большой толщины. В зоне термиче­ского влияния более заметны явления перегрева, рост зерна и возможно образование закалочных структур, что будет служить причиной образо­вания холодных трещин. Поэтому при сварке низколегированных ста­лей к параметрам режима сварки предъявляются более жесткие требо­вания, чем при сварке нелегированных низкоуглеродистых сталей. Сварка ограничивается узкими пределами изменения параметров режи­ма, чтобы одновременно обеспечить минимальное возникновение зака­лочных структур и уменьшить перегрев.

Ручную дуговую сварку покрытыми электродами низкоуглероди­стых сталей выполняют электродами типа Э38, Э42, Э46 со всеми типа­ми покрытий (кислыми, рутиловыми, целлюлозными и основными) ма­рок МР-3, СМ-5, АНО-2, ОЗС-3, УОНИ-13/45 и др.

Низколегированные низкоуглеродистые стали сваривают электро­дами типов Э42, Э50 с основным покрытием марок УОНИ-13/45, СМ-11, УОНИ-13/55 и др.

Для сварки под флюсом в основном применяют марганцевые высо­кокремнистые флюсы (ОСЦ-45, АН-348) и низкоуглеродистые свароч­ные проволоки Св-08, Св-08А, Св-08ГА (для низкоуглеродистых) и Св — 08ГА, Св-10Г2, Св-08ХН, Св-08ХМФА и др. (для низколегированных сталей).

При сварке в защитных газах используют углекислый газ, а также смеси углекислого газа с аргоном и кислородом, в качестве сварочных проволок в этом случае применяют проволоки марок Св-08ГС, Св-08Г2С и др., для повышения коррозионной стойкости используют проволоку марки Св-08ХГ2С.

Теплоустойчивые стали чувствительны к термическому циклу при сварке, следствием которого являются появление холодных трещин, процессы старения, разупрочнения, охрупчивания и опасность трещин при эксплуатации. Основными мерами борьбы с этими процессами яв­ляются применение основного металла с минимальным содержанием примесей и пониженным содержанием углерода, сварка с предвари­тельным подогревом для сталей 12ХМ, 15ХМ (200-250 °С), для сталей 20ХМФ, 15Х1М1Ф (350-450 °С), выбор оптимального режима сварки, термообработка после сварки. Сварку производят покрытыми электро­дами с фтористо-кальциевым покрытием типа Э-МХ, Э-ХМФ на посто­янном токе обратной полярности. Применяют также сварку в углеки­слом газе и под флюсом с использованием сварочных проволок, легиро­ванных элементами, входящими в состав свариваемых сталей.

К этой группе относятся стали с суммарным содержанием леги­рующих элементов до 10 %. Они обладают высокими прочностными и пластическими характеристиками, повышенной стойкостью против хрупкого разрушения и некоторыми специальными свойствами. Проч­ность таких сталей 800-2000 МПа, поэтому их используют в ответст­венных конструкциях, воспринимающих значительные нагрузки, на­пример в авиационной технике, химическом и энергетическом машино­строении и др.

Для сталей этой группы характерным является многокомпонентное комплексное легирование. Почти все стали этой группы относятся к перлитному классу. Однако некоторые из них, содержащие легирую­щих элементов 5-6 % и более, могут относиться к мартенситному или переходным классам (30Х2ГСНВМ, 28ХЗСНМВФА и др.). Высокие ме­ханические свойства среднелегированных сталей достигаются при соот­ветствующем легировании и надлежащей термической обработкой, по­сле которой проявляется положительное влияние легирования. Поэтому такие конструкционные стали характеризуются как химическим соста­вом, так и видом термической обработки. Стали этой группы, как пра­вило, подвергают улучшению (закалке с последующим высоким отпус­ком) или закалке и низкому отпуску. В качестве легирующих компонен­тов для этих сталей применяют хром, марганец, кремний, никель, титан и др. При изготовлении ряда конструкций от материала требуется также сохранение прочностных характеристик при высоких температурах и длительном воздействии постоянных нагрузок. Для повышения жаро­прочности сталей в их состав дополнительно вводятся такие легирую­щие элементы, как молибден, вольфрам, ванадий, энергично повышаю­щие температуру разупрочнения стали при нагреве. В отожженном со­стоянии предел прочности стали 25ХНВФА, в состав которой входят вольфрам и ванадий, 850 МПа при 5=1,5 %. Закалкой при 910 °С, охла­ждением в масле и последующим отпуском при 350 °С получают оВ=1400 МПа, 5=10 %. При высокой прочности сталь обладает доста­точной пластичностью и хорошо сохраняет свои прочностные характе­ристики во время нагрева. При 300 °С прочность составляет 90 %, а при 500 °С — 50 % от исходной.

К этой же группе закаливающихся сталей по своему отношению к сварке относят и нелегированные средне — и высокоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3-0,6 % — стали 30, 35, 40, 45, 50, 60, 25Г, 35Г, 45Г. Высокоуглеродистые стали в сварных конструкциях, как правило, не используются. Необходимость их сварки возникает при наплавке и ремонте. Для изготовления сварных узлов из легированных высоко­прочных сталей используется большинство известных способов сварки плавлением. Однако этот технологический процесс более сложен по сравнению с процессом изготовления конструкций из сталей предыду­щей группы. Эти материалы относятся к закаливающимся сталям, по­этому в сварных соединениях могут образовываться хрупкие и мало­пластичные зоны, чувствительные к возникновению трещин. Характер­ными общими трудностями при сварке этих сталей являются:

* образование закалочных структур при охлаждении после свар­ки и в связи с этим склонность к холодным трещинам;

* опасность образования горячих трещин;

*■ разупрочнение металла сварного соединения по сравнению с основным металлом. Это необходимо учитывать при разработке техно­логии и предусматривать специальные мероприятия для предохранения от подкалки и выравнивания свойств (подогрев перед сваркой, после­дующую термическую обработку и т. п.).

Для ответственных конструкций широко используют легированные стали перлитного класса средней прочности ов=900-1300 МПа. Это ста­ли 25ХГСА, ЗОХГСА и другие с меньшим или большим содержанием углерода и сложнолегированные стали с низким содержанием углерода, например 12Х2НБФА, 23Х2НБФА. Они отличаются лучшей свариваемо­стью по сравнению с высокопрочными легированными сталями типа 30ХГСН2А, 28ХЗСНвФА, 30Х2ГСНвМ и другие ов=1500-2000 МПа. в зависимости от степени легирования и содержания углерода стали этой группы относятся к удовлетворительно, ограниченно или плохо сваривающимся сталям. Главная трудность при сварке сталей этой группы — образование закалочных структур и холодных трещин, поэто­му основные металлургические и технологические меры по обеспече­нию качества сварных соединений основываются на устранении этой трудности и являются общими для большинства рассматриваемых ста­лей.

Получение надежных сварных соединении осложняется также по­вышенной чувствительностью к концентраторам напряжении при ста­тических и особенно при динамических нагрузках. Такая опасность тем больше, чем выше легирование стали, особенно углеродом, поэтому разрабатывать технологические процессы нужно очень тщательно, а также повышать культуру проектирования и производства.

Необходимые меры по обеспечению получения качественных сварных соединений проводятся на разных этапах создания конструк­ций.

До сварки при составлении технологии главное внимание должно быть уделено рациональному выбору сварочных материалов: основного и присадочного металла, защитных средств. Основной металл с пони­женным содержанием углерода и примесей (серы, фосфора) обладает более высокой стойкостью против холодных и горячих трещин.

Для повышения пластичности сварного шва и увеличения сопро­тивляемости трещинам содержание углерода в присадочном металле должно быть не более 0,15 %; целесообразно предусмотреть широкую разделку кромок, чтобы обеспечить формирование шва в основном за счет более пластичного присадочного металла. Высокая технологиче­ская прочность сварного шва достигается при ограничении содержания легирующих элементов в присадочной проволоке до следующих преде­лов, %: 0,15 С; 0,5 Si; 1,5 Мп; 1,5 Сг; 2,5 Ni; 0,5 V; 1,0 Mg; 0,5 Nb. В ка­честве защитных средств необходимо использовать покрытия и флюсы основного типа, а также инертные газы (для легированных сталей). Для уменьшения сварочных напряжений, являющихся одной из причин образования трещин, необходимо при конструировании избегать жест­ких узлов, скоплений швов, пересекающихся и близко расположенных швов.

Во время сварки предусматриваются следующие технологические меры.

1. Тщательная подготовка и сборка под сварку, минимальное смещение кромок (менее 10-15% толщины), минимальный зазор, L ка­чественные прихватки и зачистка кромок.

2. Регулирование термического цикла сварки для обеспечения требуемой скорости охлаждения шва и зоны термического влияния. Скорость охлаждения регулируют изменением режимов сварки (сила тока, скорость сварки, погонная энергия), применением специальных технологических приемов (сварка короткими и длинными участками, наложение отжигающего валика, сварка блоками, 1 каскадом и др.) и применением подогрева, который может быть предварительным, сопут­ствующим и, последующим. Подогрев является наиболее действенным способом регулирования скорости охлаждения, и его используют, когда регулированием режимов сварки и специальными технологическими приемами не удается обеспечить требуемую скорость охлаждения и структуру сварного соединения. Чем выше содержание углерода и леги­рующих элементов, тем выше температура подогрева.

3. Уменьшение содержания водорода в сварном шве, так как во­дород является одной из главных причин образования холодных тре­щин. Это достигается применением покрытых электродов с фтористо­кальциевыми покрытиями и основных флюсов, защитных газов с пони­женной влажностью; сваркой на постоянном токе обратной полярности; тщательной подготовкой под сварку свариваемого и присадочного ме­талла (зачистка, обезвоживание) и защитных материалов (сушка, про­калка).

4. Рациональная последовательность выполнения швов с целью уменьшения остаточных напряжений и деформаций.

После сварки для предотвращения холодных трещин производят незамедлительно высокий отпуск для снятия остаточных напряжений и стабилизации структуры. Для обеспечения равнопрочности сварного соединения после сварки производят полную термообработку изделия, которая заключается в закалке и последующем высоком отпуске или в нормализации. Если габариты изделия и имеющееся оборудование до­пускают полную термообработку, то химический состав металла шва должен быть близок химическому составу основного металла.

Если полная термообработка невозможна, то проблема равнопроч — ности (обычно для сталей ов=700-750 МПа) решается подбором режи­мов сварки и легированием через присадочную проволоку. При сварке закаливающихся сталей применяют в основном способы сварки — руч­ную дуговую, под флюсом, в защитных газах, электрошлаковую с ис­пользованием сварочных материалов, обеспечивающих заданную проч­ность и химический состав сварного шва.

Читайте также: