Особенности сварки среднелегированных сталей

Проблематика использования инверторных аппаратов для сварки стальных изделий со средней степенью легирования достаточно обширна и разнообразна. К стальным среднелегированным сплавам относятся металлургические соединения Fe, C и весьма разнообразных легирующих добавок, удовлетворяющие двум требованиям по химическому составу:

• Суммарное содержание всех примесей в железе лежит в пределах 5…10 %;
• Каждый легирующий элемент не может иметь концентрацию свыше 5 %.

Этот вид стальных сплавов чаще всего создается на основе комплексного введения легирующих элементов. Тем самым достигаются высокие эксплуатационные характеристики, в первую очередь – прочностные. Вносимые элементы способствуют механическому упрочнению основного феррита и позволяют варьировать другие характеристики за счет термообработки заготовок. Среднелегированные стали часто подвергаются сложной термической обработке – например, закалке на первом этапе и отпуском при низкой (высокой) температуре на втором. Предел прочности после таких «закалочных» манипуляций увеличивается до сотен кг на квадратный миллиметр сечения (например, для сплава 28Х3СНМВФА он достигает 200-210 кг/мм²). При этом удается сохранить пластичность изделий, а предел перехода в хрупкое состояние остается достаточно высоким.

За счет комбинации таких достоинств среднелегированная сталь широко используется в конструктивных целях. Она совместима с ударными, статичными и даже знакопеременными механическими нагрузками; допускает эксплуатацию в условиях низких, высоких и переменных температур; применима при высоком давлении или агрессивной внешней среде и т.д. Отсюда непосредственно следует важность качественной сварки таких ответственных изделий. А качественное сварочное оборудованиие можно приобрести в интернет-магазине сварочного оборудования "Циклон".

По сравнению с низколегированными сплавами сталь средней степени легирования сваривается существенно хуже. И улучшение аппаратной базы на качество сварки влияет слабо – самым лучшим сварочным оборудованием ESAB тут приемлемого результата не гарантируешь. Подобные сложности связаны с тремя основными группами проблем:

1. Высокая вероятность холодного растрескивания околошовной зоны – заметно чаще, чем металла самого шва. Холодные трещины в среднелегированной стали обусловлены термической миграцией углерода и примесных элементов из сварочной ванны в прилегающие к ЗТВ слои металла. Как следствие – повышенная хрупкость этих областей отложенного характера.
2. Общее снижение стойкости шва и околошовной зоны к возникновению кристаллизационных трещин. Обычно связана с образованием «сульфидных» лакун в комбинации с повышенной концентрацией углерода – такие зоны становятся «эпицентрами» кристаллизационного растрескивания.
3. Сложности получения идентичных основному металлу шовных новообразований – и в химическом, и в механическом смысле.

При сваривании стальных изделий из умерено легированных образцов большое значение имеет металлургический класс свариваемых изделий. Применение инверторных аппаратов для сварки должно учитывать эту металлургическую специфику в полной мере, так как скорость обработки инверторной дугой значительно выше, чем у морально устаревших трансформаторов и выпрямителей:

• Для перлитных и мартенситных сталей наиболее частым дефектом является холодное растрескивание вдоль линии швов. Причем чем выше прочность стальных заготовок – тем больше вероятность продольного растрескивания мартенсита и перлита со средним содержанием легирующих добавок;
• Для аустенита характерно объемное охрупчивание и возникновение «звездообразных» трещин с центрами в областях, богатых водородом;
• Если наплавляемый металл шва является устойчивым аустенитом, образования холодных продольных трещин в околошовной зоне практически не происходит. Аустенитная сталь растворяет водород существенно лучше перлита или мартенсита, но глубинная мобильность атомов водорода невелика. Поэтому в аустените возникает обогащенный водородом поверхностный слой, препятствующий десорбции атомов H в прилегающие к шву области металла. Для практической сварки важен факт, что аустенитные швы более пластичны, чем мартенситные и перлитные.

Появление холодных трещин в среднелегированных стальных сплавах проще всего предотвратить медленным охлаждением – т.н. «термический самоотпуск». При этом сохраняется пластичность шовных новообразований, если обеспечить защиту сварочной ванны от водорода. Это достигается специальными термическими режимами постсварочной обработки, применением низководородных вспомогательных материалов, предварительной прокалкой заготовок и электродов при T = 550…770 °С, обязательной зачисткой свариваемых кромок от посторонних включений и другими технологическими мерами. Качественным сварочным оборудованием – ESAB, тут уместны будут и другие известные бренды EWM или BlueWeld – вполне совместимы с такой сложной технологической картиной сварочных работ

Горячие трещины при сваривании среднелегированных сталей встречаются реже своих холодных аналогов. Их возникновение связано с присутствием углерода, фосфора и кремния, и особенно никеля с концентрацией свыше 2.5 % и марганца от 4.5 %. Такие элементы, как хром, титан, ванадий, молибден и вольфрам – напротив, снижают вероятность горячего растрескивания швов. Поэтому большое значение имеет грамотный подбор состава будущего шва, его рафинирование посредством Cr, W, Mo и т.п. Для профилактики возникновения горячих трещин эффективны меры по увеличению глубины провара, концентрации теплового воздействия и предварительный прогрев электродов и заготовок.

Равнопрочность швов и основного материала – одна из сложнейших задач при сваривании умеренно легированных сталей. Сами заготовки для должных эксплуатационных свойств подвергаются сложной обработке – отжигу и закалке, прокатке и обжатию, термомеханическому переплаву и т.п. Естественно, невозможно применить такое воздействие к швам и стыкам. За счет предварительного подогрева и термической обработки после сварочных работ удается несколько сгладить разницу между прочностными характеристиками основного металла и сварочного шва, но полной равнопрочности добиться не удается по объективным физическим причинам. Конкретный вид термических операций по равноупрочнению среднелегированной стали зависит от конструктивных и металлургических особенностей свариваемых элементов.

« назад