Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Сварка аустенитных сталей



Аустенитные стали - наиболее многочисленная группа высоко­легированных сталей. Дополнительно стали легируются молибденом, ванадием, титаном, ниобием. Они содержат неболь­шое количество углерода - до 0, 20 %, имеют прочность на уровне

Вследствие того что в исходном состоянии структура стали аустенитная, а также из-за наличия большого количества легирующих элементов некоторые физические свойства аустенитных сталей существенно отличаются от свойств углеродистых сталей, что оказы­вает влияние на процесс сварки. Стали аустенитного класса имеют теплопроводность, которая примерно в четыре раза ниже, чем у низкоуглеродистых, а коэффициент линейного расширения в 1, 5 раза выше. При сварке это приводит к более неравномерному нагреву, увеличению деформаций и напряжений.

Стали аустенитного класса имеют высокое электрическое со­противление (в 3-5 раз выше, чем у низкоуглеродистых сталей), что вызывает более сильный нагрев электрода при ручной сварке или вылет проволоки при механизированных способах сварки. Аустенитные стали неферромагнитны, что позволяет магнитными способами осуществлять их сортировку.

Остановимся на основных трудностях, встречающихся при сварке сталей данного структурного класса.

Первой сложностью является повышенная склонность аусте­нитных сталей к образованию кристаллизационных трещин, что объясняется следующими причинами:

однофазной структурой шва, которая способствует беспрепят­ственному росту кристаллов и снижению пластичности;

увеличенной литейной усадкой расплавленного металла шва, что вызвано повышенным коэффициентом линейного расширения;

значительными растягивающими напряжениями, которые свя­заны с неравномерным нагревом металла, вызванным пониженной теплопроводностью стали;

многокомпонентным легированием, которое увеличивает веро­ятность попутного попадания в шов элементов, способствующих образованию легкоплавких эвтектик (S; Р; Рв; Zn и др.)

Основные направления борьбы с кристаллизационными трещи­нами при сварке аустенитных сталей следующие.

1. Создание в шве двухфазной аустенитно-ферритной структу­ры. Одновременное выпадение из жидкой фазы кристаллов аустенита и феррита приводит к измельчению и дезориентации структу­ры, т.е. уменьшению сечения столбчатых кристаллов и утончению межкристаллитных прослоек, разделенных участками первичного 5-феррита. Уже 3-5 % феррита достаточно, чтобы вероятность об­разования кристаллизационных трещин уменьшилась. Двухфаз­ную структуру получают за счет использования сварочных прово­лок, дополнительно легированных элементами-ферритизаторами, обычно хромом. Однако стремление получить аустенитно-ферритную структуру на глубоко аустенитных сталях, содержащих более 15 % Ni, требует введения большого количества ферритообразующих элементов, что может привести к потере пластичности в результате образования хрупких интерметаллидов хрома. Для таких Деталей целесообразно легирование проволоки NB и Ti, которые образуют мелкодисперсные карбиды, препятствующие росту зерна.

2. Ограничение в основном и наплавленном металле вредных (сера, фосфор) и ликвирующих (свинец, олово, висмут) примесей, а также га­зов кислорода и водорода. Для этого следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. Техника сварки должна обеспечивать минимальное насыщение металла шва газами. Этому способствует применение при сварке постоянного тока обратной полярности. При ручной сварке следует поддерживать короткую дугу и сварку вести без поперечных колебаний. При сварке в защитных газах, чтобы предупредить под­сос воздуха, следует поддерживать коротким вылет электрода и вы­бирать оптимальными скорость сварки и расход защитного газа. Необходимо также применять меры к удалению влаги из флюса или по­крытия электродов, выполняя их необходимую прокалку.

3. Регулирование процесса кристаллизации шва, что может осуществляться различными способами. Во-первых, необходимо правильно выбирать форму шва, что влияет на направление роста кристаллов. Направление роста кристаллов не должно совпадать с направлением действия растягивающих напряжений, как это проис­ходит для узких и глубоких швов. Кроме того неблагоприятная форма шва влияет на ликвацию примесей, вследствие чего они сосредоточиваются в цен­тре шва и ослабляют его, поскольку являются источником образо­вания легкоплавких эвтектик. Во-вторых, при полуавтоматической сварке целесообразны поперечные колебания проволоки, что изменяет схему кристаллизации и уменьшает вероятность трещин. В-третьих, при автоматической сварке целесообразно использовать электромагнитное перемешивание сварочной ванны (ЭМП). При ЭМП на жидкую сварочную ванну воздействуют переменным магнитным полем, вследствие чего в расплавленном металле возникают вихревые токи. Взаимодействуя с магнитным полем, они заставляют металл перемещаться, что затрудняет беспрепятственный РОСТ кристаллов и измельчает зерно.

4. Уменьшение силового фактора (растягивающих напряжений), го в результате термического цикла сварки. Снижение Действия достигается уменьшением тока по сравнению со сваркой углеродистых сталей на 10—30 %, заполнением разделки швами небольшого сечения и устранением жестких закреплений свариваемых кромок.

Второй сложностью при сварке аустенитных сталей является возможная потеря коррозионных свойств сварными швами. Это может произойти в результате взаимодействия хрома с углеродом и образования карбида хрома Сг23С3 Эта реакция особенно интенсивно происходит при температурах 600—750°С, вследствие чего пограничные слои зерен обедняются хромом. Его может стать меньше 12 %, после чего коррозионная стойкость резко падает (см.рис. 6.17). Основными направлениями борьбы с потерей коррозионных свойств являются следующие.

1. Уменьшение содержания углерода в основном металле и ме­талле шва до 0, 02-0, 03 %, что предотвращает образование карбидов хрома. Таким образом, наибольшей коррозионной стойкостью обладают аустенитные стали и швы, содержащие минимальное ко­личество углерода.

2. Дополнительное легирование шва титаном, ниобием, ванади­ем за счет большего содержания этих элементов в сварочной прово­локе, чем в стали. Обладая большим сродством к углероду, Ti, NB, V вступают с ним в реакцию и предотвращают образование карби­дов Сг. Этим обеспечивается его необходимое содержание в шве и коррозионная стойкость не нарушается.

3. Применение высоких скоростей охлаждения швов в интерва­ле температур 600-800°С, при которых происходит интенсивное образование карбидов хрома. Это позволяет снизить время пребы­вания шва и околошовной зоны при данных температурах. Осуще­ствляется за счет ограничения сварочного тока, уменьшения разме­ров швов, принудительного охлаждения.

4. Проведение термообработки - закалки или отжига. При температуре Т> 800°С карбиды хрома растворяются. В большинстве случаев при сварке аустенитных сталей термообработка не требуется. Ее применяют тогда, когда в состоянии после сварки соедине­ния проявляют склонность к межкристаллитной или ножевой кор­розии либо предназначены для работы в условиях, вызывающих коррозионное растрескивание.

Аустенитные стали свариваются различными способами: руч­ной сваркой, под флюсом, в среде защитных газов, электрошлаковой сваркой.

Ручная сварка широко используется при монтаже химического и энергетического оборудования. Сила тока, как уже отмечалось, на 10-30 % ниже, чем для углеродистых сталей. Используются электроды с основным покрытием. Химический состав стержня электрода соответствует химическому составу стали, но содержит, как правило, больше хрома и меньше никеля для обеспечения двухфазной аустенитно-ферритной структуры шва. Некоторые марки электрода имеют повышенное содержание ниобия, титана или ванадия.

Длина электрода для сварки аустенитных сталей меньше, чем для углеродистых, так как стержень имеет повышенное электрическое сопротивление и в процессе сварки сильно нагревается. Это может привести к отслоению покрытия.

Сварка под флюсом является одним из основных способов сварки аустенитных сталей, поскольку имеет преимущества перед ручной сваркой по производительности процесса и стабильности свойств сварного соединения. Широко применяется при изготовле­нии емкостей в нефтяной и химической промышленности. При сварке используются безокислительные низкокремнистые фторид-ные и высокоосные флюсы, создающие в зоне сварки безокисли­тельные или малоокислительные среды, способствующие мини­мальному угару легирующих элементов. Проволоки используются меньшего диаметра, чем при сварке углеродистых сталей, обычно 2—3 мм, что необходимо для получения швов небольших размеров. Вылет электрода уменьшается в 1, 5-2 раза в результате повышен­ного электросопротивления проволок. Легирование шва осуществ­ляется в основном через проволоку (табл. 6.28).

В качестве защитных газов используется аргон или углекислый газ, а также их смеси. Сварку неплавящимся электродом в аргоне экономически целесообразно применять для малых толщин - до 5—6 мм. Часто этим способом сваривается корневой или подвароч-ный шов перед односторонней сваркой под флюсом.

При сварке в СО2 происходит науглероживание металла шва и снижается стойкость против межкристаллитной коррозии вследст­вие образования карбидов Сг. Одновременно ркислительная атмо­сфера, создаваемая в дуге за счет диссоциации углекислого газа, способствует угару до 50 % титана и алюминия. В связи с этим сва­рочная проволока должна содержать большее количество карбидо-образующих элементов — титана, ниобия. Усложняет процесс свар­ки в СО2 и повышенное разбрызгивание, при котором происходит Достаточно сильное прилипание брызг. Места падения брызг, а также зоны плотного сцепления окисных пленок с металлом могут стать очагами коррозии.

Сварка ферритных сталей

К ферритному классу относятся стали с содержанием Сг> 17 % при одновременном отсутствии никеля и малом содержании углеро­да (С< 0, 15 %). По коррозионной стойкости они не уступают аустенитным, но превосходят их по жаростойкости. Они предназначены для работы в условиях малого нагружения и хорошо противостоят коррозионному растрескиванию при соприкосновении с агрессив­ными газами при высокой температуре. Ферритные стали применя­ются в химической, энергетической, пищевой промышленности. Основная трудность при сварке - снижение ударной вязкости металла под действием высоких температур, которое происходит в первую очередь из-за интенсивного роста зерна, обу­словленного однофазной ферритной структурой. Наиболее круп­ные зерна находятся на участке перегрева сварного соединения. Здесь величина зерна может достигать в сечении 1мм. Протяжен­ность участка с пониженной ударной вязкостью распространяется на 2-3 мм, непосредственно примыкающих к линии сплавления и подверженных нагреву выше температуры 1100°С. В результате этого сварное соединение имеет склонность к охрупчиванию, осо­бенно при переменных и ударных нагрузках, а также при отрица­тельных температурах.

Основными способами предотвращения охрупчивания являют­ся создание в шве двухфазной структуры и легирование металла энергичными карбидообразующими элементами.

Двухфазная аустенитно-ферритная структура имеет более мел­кое и дезориентированное зерно, что обеспечивает более высокую пластичность сварного соединения. Создание в шве двухфазной структуры осуществляется обычно за счет применения сварочных проволок, легированных никелем.

Легирование шва карбидообразующими элементами Ti и NB, имеющими большее сродство к углероду, чем хром, приводит к образованию карбидов Ti и NB, имеющих высокую температуру плав­ления. Располагаясь по границам зерен, карбиды препятствуют их росту и, таким образом, делают структуру более мелкозернистой. Одновременно происходит предотвращение образования карбидов хрома, что способствует повышению коррозионных свойств.

Термическая обработка высокохромистых сталей не обеспечи­вает измельчения зерна и применяется редко. В некоторых случаях высокий отпуск позволяет улучшить коррозионные свойства стали, несколько уменьшить остаточные напряжения.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-06-09; Просмотров: 238; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.022 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь