16.01.2023

Группа 512

Предмет: Ручная дуговая сварка (наплавка, резка) плавящимся покрытым электродом

Тема: Техника и технология ручной дуговой сварки (наплавки, резки) покрытыми электродами

Тема урока: Технология сварки среднелегированных сталей

Цель урока: изучить данную тему, составить конспект урока. 

 Свариваемость среднелегированных сталей.

Эти стали легированы одним или несколькими элементами, причем содержание каждого из них составляет 2—5%, а суммарное содержание — 5—10%.

Для изготовления сварных конструкций применяют среднелегированные конструкционные стали (30ХГСНА, 45Х и др.), содержание углерода в которых не превышает 0,5% по верхнему пределу, а такжежаропрочные стали (12Х5МА, 25Х3НМ и др. ), в состав которых входит до 0,25% С и обязательно до 5% Сг.

Среднелегированные стали принадлежат преимущественно к перлитному классу, однако та их часть, в которой содержание легирующих элементов выше 5—6%, может быть отнесена к мартенситному.

Как правило, для среднелегированных сталей применяют комплексное легирование, облегчающее возможность достижения высоких механических свойств. В этом случае легирующие элементы упрочняют феррит и повышают прокаливаемость стали, что позволяет в результате соответствующей термической обработки получить нужные свойства.

Такие стали часто подвергают улучшению — закалке с последующим высоким отпуском или закалке в сочетании с низким отпуском.Тогдапредел прочности стали значительно повышается (например, до 200 кГ/мм² для стали 28ХЗСНМВФА). Одновременноостаются достаточно высокими пластические свойства, и наблюдается повышенная стойкость металла против перехода в хрупкое состояние.

Высокие механические свойства среднелегированных сталей дают возможность использовать их для изготовления конструкций, работающих при ударных или знакопеременных нагрузках, при низкихили повышенных температурах и давлениях, в агрессивных средах и т. п.

К сварным соединениям из среднелегированных сталей предъявляют требования необходимой прочности в условиях эксплуатации и специальные требования (например, коррозионной стойкости). Выполнить их довольно трудно, поскольку с повышением легирования понижается свариваемость.

Следует отметить три основные причины, ухудшающие свариваемость среднелегированных сталей:

1) Возможность возникновения холодных трещин в околошовной зоне (реже — в металле шва) из-за повышенного содержания углерода, легирующих элементов и под воздействием водорода;

2) Пониженная стойкость металла шва к образованию кристаллизационных трещин, обусловленная повышенным содержанием углерода и легирующих элементов и воздействием серы;

3) Трудность получения металла шва, околошовной зоны и сварного соединения в целом с механическими свойствами, одинаковыми с основным металлом или близкими к его свойствам.

Холодные продольные трещины — наиболее распространенный дефект околошовной зоны при сварке среднелегированных сталей перлитного и мартенситного класса.Причины появления этих трещин здесь те же, что и у низколегированных термоупрочненных сталей, однако,чувствительность значительно большая и, к тому же, резко возрастающая с повышением прочности сварных соединений.Повышенное содержание в этих сталях углерода и легирующих элементов увеличивает устойчивость аустенита и смещает мартенситное превращение в область пониженных температур.

Опасность возникновения холодных трещин при сварке среднелегированных сталей можно существенно снизить замедлением скорости охлаждения в мартенситном интервале температур и созданием условий для развития самоотпуска мартенсита, в результате чего получится более пластичный металл.

Серьезной проблемой свариваемости среднелегированных сталей является пониженная сопротивляемость швов образованию горячих трещин.Это связано с необходимостью сохранения в шве повышенных концентраций углерода и других легирующих элементов для получения требуемых свойств металла шва.

Известно, что S и Р способствуют образованию межкристаллитных легкоплавких эвтектических прослоек,снижают сопротивляемость горячим трещинам.В то же время, добавки Сг, Мо, W, V и Ti влияют весьма благотворно.

Поэтому при сварке среднелегированных сталей следует тщательно выбирать композицию шва,осуществляя вместе с тем егорафинирование и модификацию.

Одновременно используют и технологические меры, применяя режимы, обеспечивающие высокий коэффициент формы провара,а такжеснижение темпа нарастания деформаций (например, предварительным подогревом).

Получение равнопрочных сварных соединенийиз высокопрочных среднелегированных сталей — не менее важная проблема их свариваемости.Трудность ее решения обусловленавысокими механическими свойствами этих сталей, получаемых с применением новейшей металлургической технологии (например, электрошлакового переплава), обжатия слитков на прессах перед прокаткой и сложной термической обработки (отжиг, нормализация, закалка с отпуском), улучшающих структуру, физическую и химическую однородность металла.

Сварные соединения аналогичным операциям не подвергают, поэтому литая столбчатая структура шва вместе с крупным зерном в околошовной зоне и участком разупрочнения оказываются неравноценными по свойствам основному металлу. Пути получения равнопрочных сварных соединений различныв зависимости от того,применяется ли после сварки термообработка.

Сварные соединения, не подвергающиеся термической обработке после сварки. Возможны два варианта получения таких сварных соединений:

1. Получение металла шва с пределом прочности при сохранении пластичности и вязкости, близкихк этим свойствам основного металла.Этому отвечает образование в швеперлитных структур тонкого строенияс минимальным выделением избыточного феррита.

2. Получение металла шва с аустенитной структурой и с пределом прочности до 55 кГ/мм². Соответственно регулируя термический цикл сварки, в обоих случаях можно получить и околошовную зону с нужными свойствами.

Высокие механические свойства металлов шва и околошовной зоны для первого варианта достигаются путем измельчения первичной и вторичной структур металла.Измельчение первичной структуры возможно за счет следующих процессов:

1) модифицирования металла элементами-модификаторами (Ti, А1 и др.);

2) увеличения скорости кристаллизации металла ванны путем создания меньшего объема ванны или применения многослойной сварки.

Однако следует иметь в виду, что при сварке сталей _в > 75 кГ/мм² пока еще не удается получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом. В этом случаепластичность и ударная вязкость металла шва будет ниже, чем у основного металла. Трудно избежать и разупрочнения в зоне термического влияния.

При изготовлении особо ответственных конструкций, для которых последующая термическая обработка недопустима, выполняют сварные соединения по второму варианту, т. е. обеспечивают получение металла шва с аустенитной структурой,адля равнопрочности с основным металлом увеличивают сечение шва.

В этом случае металл шва, отличаясь по химическому составу от основного металла, обладает очень высокой пластичностью и вязкостью(несмотря на наличие грубой литой структуры) и сохраняет высокую деформационную способность как при низкой температуре, так и при ударном приложении нагрузки. Наряду с большой деформационной способностью таких швов, наблюдается повышенная стойкость околошовной зоны к образованию холодных трещин, в особенности, отколов.

Сварные соединения, подвергающиеся термической обработке после сварки.

Если металл шва близок по химическому составу к основному, то все соединения целесообразно подвергнуть полной термической обработке — закалке с высоким отпуском.Этимдостигается равноценность сварного соединения основному металлу по всему комплексу физико-химических свойств.

Однако получить наплавленный металл того же химического состава, что и основной, очень трудно из-за низкой стойкости швов к образованию кристаллизационных трещин. Поэтому часто идут по пути некоторого снижения содержания в шве С и Si и замены их другими легирующими элементами, повышающими стойкость шва к образованию трещин.

Когда наплавленный металл по своему химическому составу несколько отличен от основного, используют режим термической обработки, установленный для свариваемой стали, но с корректировкой параметров применительно к сварным соединениям. Если, например, наплавленный металл содержит меньше углерода и легирующих элементов, чем основной, назначают нагрев под закалку до более высоких температур, благоприятно влияющих на изменение структуры околошовной зоны.

Иногда термическая обработка ограничивается лишь высоким отпуском — для получения более равновесных структур и полного снятия сварочных напряжений. Перекристаллизацию в наплавленном металле и в околошовной зоне высокий отпуск не обеспечивает. Поэтому с его помощью нельзя устранить грубую столбчатую структуру или крупнозернистость околошовной зоны.

Во всех случаях термическую обработку сварных соединений, выполненных из среднелегированных сталей, следует производить своевременно, т. е. в период от окончания сварки до возможного появления холодных трещин. В зависимости от состава стали, типа соединения и других факторов  этот период может длиться от десятков часов до нескольких минут.