Сварка высокопрочных сталей
Изготовление сварных узлов из ьысокопрочных сталей есть одним из самые сложных вопросов сварочного производства. Для таких изделий самый целесообразно применение автоматизированных способов сварки.
Для изделий из материалов маленьких толщин, до 4 мм, чаще всего используется сварка в среде аргона неплавящимся вольфрамовым электродом. Преимущественное распространение наряду с этим взяла разработка однопроходной сварки на бронзовой подкладке с подачей в зону дуги присадочной
проволоки, близкой по составу к главному металлу. Но эта разработка страдает рядом больших недочётов и во многих случаях не снабжает получения сварных соединений требуемого качества.
отличных показателей получаются при двусторонней сварке неплавящимся электродом без присадочной проволоки. Но и наряду с этим довольно часто не обеспечивается нужная стойкость сварных соединений против образования трещин.
Помимо этого, ее недочётом есть повышенная трудоемкость процесса, и не всегда конструкция изделия позволяет применить двустороннюю сварку.
Сейчас для толщин до 4 мм рекомендуется двухслойная односторонняя аргоно-дуговая сварка, в то время, когда шов выполняется за два прохода. Первый шов сваривается без присадки, а второй — с присадкой и более широкий, чем первый, так что данный второй шов всецело перекрывает первый, а глубина его провара не превышает 60 — 70% толщины свариваемых страниц.
Для обеспечения таковой формы второго слоя вольфрамовый электрод при сварке перемещается поперек шва с амплитудой и определённой частотой.
Наряду с этим достигается прочность сварных соединений, равная прочности главного металла, и обеспечивается более высокая стойкость швов против образования трещин если сравнивать с обрисованными выше технологическими вариантами сварки.
Подробности из материала большей толщины рационально сваривать под слоем флюса. Наряду с этим рекомендуется применять низкокремнистый и низкомарганцовистый плавленый флюс АН-15 и проволоку, близкую по составу к главному металлу.
Сварка может вы-встать в зависимости от толщины свариваемого металла в пара слоев. Для получения равнопрочного сварного соединения используется некое утолщение свариваемых кромок.
Рис. 1. Схема односторонней сварки в два прохода
Главная трудность при сварке высокопрочных конструкционных сталей содержится в повышенной чувствительности их к закалке, что ведет к резкому повы-шенйю твердости металла в околошовных территориях. Особенно это страшно в соединениях, делаемых сваркой плавлением. На рис.
3 представлен график распределения твердости в сварном соединении отожженных пластин из стали 25ХСНВФА толщиной 6 мм, выполненном автоматической сваркой под флюсом.
В ходе формирования шва происходит интенсивный нагрев околошовной территории до больших температур. Последующее охлаждение приводит в ходе распада у-жёсткого раствора к происхождению в данной территории структуры крупноигольчатого мартенсита, характеризующегося хрупкостью и высокой твёрдостью, и больших остаточных напряжений.
Зто повышает склонность сварного соединения к образованию трещин и ведет к деформации изделия, что в целом быстро снижает его работоспособность. С целью ослабления получения и напряжённого состояния недалеко от шва более равновесных структур при изготовлении сварных изделий употребляются соответствующие технологические мероприятия, к числу которых относятся выбор соответствующих сварочных метода и материалов сварки, подогрев свариваемых кромок, соответствующая термическая обработка свариваемого материала.
Рис. 2. Утолщение свариваемых кромок при сварке высокопрочных сталей
В большинстве случаев для получения качественных соединений нужно использовать методы и материалы сварки, снабжающие однородность металла шва с главным металлом по структуре и химическому составу. Наряду с этим крайне важно предотвратить замусоривание металла шва фосфором и серой, газами (02, N2, Н2) и шлаковыми включениями, и обеспечить вероятно более мелкокристаллическую первичную структуру металла шва.
Но в некоторых случаях при повышенном содержании углерода и легирующих элементов отмечается пониженная стойкость металла шва к кристаллизационным трещинам. В этом случае употребляется присадка, разрешающая взять металл шва устойчивый к горячим трещинам, а высокие механические характеристики соединения достигаются методом повышения толщины главного металла в околошовной территории.
Для термической обработки изделий относительно компактной формы и небольших габаритов употребляются либо печи для неспециализированного нагрева в печах, либо местный нагрев посредством газовых горелок, индукторов и т. п. Наряду с этим нужно учитывать, что термическая обработка соединений этих подробностей обязана производиться во время от момента окончания сварки до момента, пока еще трещины в околошовной территории не появились. В одних случаях это время может составлять пара часов, в других — пара мин..
Возможность образования этих трещин тем громадная, чем больше содержание в стали углерода и легирующих элементов, повышающих вое: приимчивость стали к закалке, чем больше жёсткость закрепления и толщина металла соединяемых элементов. Своевременная тер-, мическая обработка соединений может всецело устранить опасность образования трещин.
В некоторых случаях эту операцию возможно выполнить методом наложения на главный шов дополнительного, так именуемого, отжигающего слоя, в особенности действенного при сварке толстого металла.
Рис. 3. Распределение твердости в соединении стали 25ХСНВФА по окончании автоматической сварки под флюсом: 1 — без подогрева, 2, 3 — с индукционным подогревом
Частенько представляется вероятным избежать появления трещин в сварных соединениях методом применения предварительного либо сопутствующего подогрева свариваемых кромок. Наряду с этим рекомендуются подогрев до 200 — 300 °С и режимы сварки с низкой погонной энергией.
Но довольно часто и подогрев до 150 — 200 °С дает в полной мере удовлетворительные результаты. Для подогрева, в особенности не толстого материала, употребляются газовые горелки.
Очень целесообразен подогрев посредством индукторов, питающихся током промышленной частоты.
Рис. 4. Схема установки для автоматической сварки с индукционным сопутствующим подогревом сварных швов: 1 — подробность, 2 — индуктор, 3 — трансформатор, 4 — сварочный автомат, 5 — зажимное приспособление
Сейчас с целью образования недалеко от шва более равновесных структур с относительно малым числом мартенсита и для соответственного понижения твердости предложена сварка высокопрочных сталей по поменянному термическому циклу. Наряду с этим вводится второй источник тепла в виде газового пламени маленькой мощности либо индукционного нагрева, располагаемых на определенном расстоянии по окончании сварочной дуги и перемещающихся относительно изделия со скоростью сварки.
Это разрешает расширить время нахождения каждого элементарного количества металла околошовной территории в диапазоне температур превращения, что, со своей стороны, ведет к заметному увеличению структурной однородности сварного соединения и его конструктивной прочности. На рис.
25 приведена схема установки для автоматической сварки с индукционным сопутствующим подогревом сварных швов. Длительность подогрева определяется длиной индуктора.
Сопутствующий индукционный подогрев сварного шва разрешает в широких пределах и с большей точностью регулировать параметры термического цикла. Данный метод применим и при сварке под флюсом.
Из приведенных данных видно, что сопутствующий подогрев разрешает повысить пластичность сварного соединения без уменьшения его прочности.
С целью улучшения качества соединений узлов из конструкционных сталей, делаемых контактной сваркой, силу тока и продолжительность импульса изменяют по особым графикам, что разрешает совместить в одной операции термическую обработку и сварку взятого соединения. Так, сварку с последующим отпуском либо нормализацией ведут по графику, при котором за сварочным импульсом тока с некоторым промежутком направляться подогревающий импульс отпуска.
Это разрешает избежать происхождения хрупких территорий металла в соединении при сварке сталей, упрочняющихся закалкой. Продолжительность промежутка между импульсами должна быть достаточной для охлаждения нагретого металла ниже температуры начала мартенситного превращения.
Величина тока при втором импульсе должна быть ниже, чем при сварочном импульсе, так, дабы повторный нагрев не вызывал перекристаллизации стали.
Подобные режимы дают при сварке низколегированных конструкционных сталей соединения, владеющие более большими вязкостью и прочностью, чем при простых одноимпульсных режимах сварки, и разрешают избежать появления закалочных трещин. В некоторых случаях для получения очень отличных сварных соединений высокопрочных конструкционных сталей при большой толщине подробностей рекомендуются более сложные режимы с предварительным подогревом, с подогревом при затвердевании и с последующим отпуском.
Рис. 5. Температурный график режима сварки с последующей термической обработкой
Для обрисованных сверхсложных тепловых процессов нужна особая коммутационная аппаратура либо важная переделка и перекомплектовка серийной сварочной аппаратуры.
