Сварка теплоустойчивых сталей - 2 часа

1. Трудности сварки теплоустойчивых сталей.

2. Влияние легирующих элементов на свойства металла шва.

3. Выбор рациональной технологии сварки.

 

1. Трудности сварки теплоустойчивых сталей

По сложившейся терминологии жаропрочные стали, работающие до температуры 500 - 580^о С называют теплоустойчивыми.

По степени легирования к теплоустойчивым сталям относят:

1. Низко и среднелегированные стали типа 12МХ, 15MX, 20XMA, 15X5M с перлитно-ферритной структурой (поставка обычно после нормализации).

2. Среднелегированные стали (хромомолибденванадиевые) типа 12Х2МФ, 15Х2МФ, c мартенситной и мартенситно-ферритной структурой.

Теплоустойчивые стали свариваются в диапазоне толщин от 2 до 200 мм, ручной дуговой сваркой, сваркой под флюсом, сваркой в углекислом газе, аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, контактной стыковой сваркой плавлением.

Теплоустойчивые стали используют в сварных конструкциях нефтехимических установок и устройств в энергетическом машиностроении. В связи с особенностями данных конструкций сварные соединения имеют концентраторы напряжений.

 

Сварные соединения труб с трубными досками	Соединение “на ус”	Соединение патрубка с корпусом

 

В связи с большой толщиной изделий сварка выполняется с сопутствующим подогревом и, как правило, непрерывно. Например, сварка шва корпуса реактора, может продолжаться непрерывно в течении 6 суток (3 смены).

При сварке возникают большие пластические деформации, но основной технологической трудностью сварки является образование холодных трещин.

К основным причинам появления холодных трещин при сварке теплоустойчивых сталей относят:

1. Повышение порога хладноломкости в ЗТВ выше комнатной температуры под действием легирования молибденом и ванадием и при наличии очагов концентрации напряжений.

2. Насыщение металла шва при сварке водородом.

Водород присутствует: в сварочных материалах, как примесь в защитном газе и получается при разложении в сварочной дуге водяного пара.

Для определения концентрации водорода в шве используют прибор – эвдиометр.

 

Устройство эвдиометра: 1 – спирт; 2 – мерная трубка; 3 – карандашная проба

 

Процесс выделения водорода из карандашной пробы в эвдиометре происходит от 1 до 3 суток, при этом водород вытесняет спирт. Концентрацию водорода определяют в см³ / 100 г.

Содержание водорода в металле шва при сварке теплоустойчивых сталей составляет:

- при сварке под флюсом 2 - 14 см³ / 100 г.

- при сварке покрытыми электродами 1 - 10 см³ / 100 г.

- при аргонодуговой СПЭ и СНЭ 1 - 2,5 см³ / 100 г.

Диффузионный водород в стали находится преимущественно в атомарном состоянии. Атомы водорода постоянно диффундируют, например, в пору потому, что там концентрация атомного водорода постоянно равна нулю (на поверхности поры: 2Н ® Н₂). В результате давление молекулярного водорода в поре растет. Для стали 12Х2МФБ при содержании диффузного водорода 5 см³ / 100 г при нормальной температуре давление молекулярного водорода в порах 10⁵ - 10⁶ МПа, а при температуре 200^о С давление на три порядка ниже.

 

2. Влияние легирующих элементов на свойства металла шва

Молибден - добавка 0,5 - 1% резко повышает сопротивление ползучести. При выборе сварочных материалов необходимо ориентироваться на нижнюю границу т.к. молибден способствует увеличению количества растворенного водорода.

Хром - легирование от 0,5 % и более предотвращает графитизацию стали и металла шва, которая наблюдается при эксплуатации изделий при температуре 400 ^о С и выше (® распад цементита с выделением углерода). С целью уменьшения содержания водорода нежелательно в металле сварного шва иметь концентрацию хрома более 5 %.

С точки зрения обеспечения минимального содержания растворенного водорода в сварном шве желательно обеспечить минимально возможное содержание углерода и кремния, а марганца – меньше 0, 75 %.

Никель - при содержании в теплоустойчивых сталях в пределах от 1 до 3 % увеличивается работа распространения трещины, т.е. растет сопротивляемость хрупким разрушениям.

 

3. Выбор рациональной технологии сварки

Для обеспечения рациональной технологии сварки необходимо предусмотреть ряд мероприятий по снижению концентрации водорода в шве. Для этого используют:

1. Сварочные материалы, дающие кислые шлаки на основе рутила (TiO_2,) и плавикового шпата (CaF₂) (например, керамический флюс КФ-16) и сварочную проволоку после вакуумно-дугового переплава (при этом переплаве минимальное содержание водорода).

2. Использование предварительного подогрева до 125 - 350^о С.

3. Сварку с погонной энергией, обеспечивающей скорость охлаждения в зоне термического влияния от 1 до 25^о С (погонная энергия 9,3 - 65,4 кДж / см).

4. Термическую обработку. В качестве термической обработки применяют:

- отпуск 650-760^о С, проводимый не позднее 1-3 суток после сварки. Для большинства теплоустойчивых сталей отпуск необходимо производить сразу после сварки, а выдержка до 3 суток перед отпуском возможна, если после сварки проведена термическая операция “отдых”.

- отдых + отпуск. Отдых – это специальная термическая обработка сварных соединений, которая заключается в выдержке изделия после сварки (без его расхолаживания) при температуре от 100 - 200^о С в течении от 3 до 10 часов. Если продолжительность отдыха 3-4 часа, то сразу после отдыха производят отпуск (при этом снижается брак по холодным трещинам). Если продолжительность отдыха 8-10 часов, то перед отпуском возможно пролеживание изделий до 3 суток, а в ряде случаев при больших толщинах термическая обработка отпуск не требуется.

 

Лекция № 7

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: