Зварювання аустенітних сталей визнається досить складним, але при цьому цілком здійсненним процесом, який має чималу кількість нюансів. Їх слід враховувати тоді, коли планується зварювати конструкції з подібних сплавів.
Трохи інформації про аустенітних сплавах Аустенітні сталі - це композиції на залізній основі з великим обсягом легуючих добавок, ключовими з яких є хром і нікель. Загальний обсяг всіх легуючих елементів в таких сплавах може дорівнювати 65 відсоткам.
Композиції аустенітного класу активно експлуатуються в різних сферах машинобудування, включаючи енергетичне і хімічне, так як вироби з них можуть ефективно функціонувати при різних показниках температури. Розрізняють високолеговані, жароміцні, корозійностійкі і жаростійкі композиції. Всі вони володіють різними властивостями, що й обумовлює їх службове призначення. Наприклад, жароміцні сталі, покращувані вольфрамом і молібденом, здатні довгий час протистояти високим температурним навантаженням. Конструкції з корозійностійких сплавів не бояться шкідливого впливу агресивних середовищ, а жаростійкі зберігають свою хімічну структуру при температурах до +1150 градусів.
Після грамотно проведеної термообробки описувані сплави з'являються унікальні пластичні та міцності характеристики. Так, після гарту за рівнем пластичності вони перевершують звичайні вуглецеві сталі в кілька разів. В цілому варто відзначити, що саме режими термічної обробки мають величезний вплив на структуру аустенітної сталі (таке ж, як і їх хімічний склад). За системою легування цікавлять нас композиції поділяють на два великі класи: Хромомарганцевие і хромонікелеві. Крім того, окремо виділяють хромонікельмарганцевие і хромонікельмолібденових склади.
Опис особливостей зварювання Такі стали зварювати досить складно, так як вони мають явно виражену схильність до формування в околошовной області та безпосередньо в зварному шві гарячих тріщин і мікронадриви. Зазначені дефекти з'являються через виникнення в сплаві крупнозернистою макроструктури (іншими словами, вони мають міжкристалічними характер).
Метал зварних з'єднань, коли мова йде про аустенітних композиціях, характеризується особливою формою кристалізації (її називають ячеисто-дендритних), яка стає причиною появи легкоплавких фаз і дуже великих кристалів стовпчастого типу. Збільшити стійкість швів можна за допомогою спеціальних технологій, що дають можливість усунути зазначену структуру металу. Суть таких методик зазвичай полягає в подрібненні кристалів, а також у зменшенні кількості сірки і фосфору в металі. Дуже часто з гарячими тріщинами борються за допомогою зниження рівня проплавления металу і за допомогою використання матеріалів для зварювання, які виробляються з сталей електрошлакового переплаву або вакуумної виплавки. Іноді істотно знизити небезпеку утворення тріщин можна збільшенням ліквірующіх добавок (наприклад, бору) до таких показників, які дозволяють отримати на кристалітів рясну евтектику.
Якщо ж зазначені методики не підходять, використовується універсальний спосіб попередження тріщин, який передбачає модифікацію кристаллизационной схеми зварних швів, що приводить до збільшення ступеня розчинності ліквірующіх добавок в первинному фериті, присутньому в них. При зміні схеми відзначається дезорієнтація і подрібнення структури фериту і кристалів аустеніту, що значно знижує активність появи тріщин. Процес модифікації швів виконується за допомогою добавки таких легуючих компонентів, як молібден, хром, алюміній або кремній.
Тонкощі зварювання жароміцних сплавів аустенітного класу Зварні з'єднання таких сталей повинні протягом довгого часу експлуатації при високих температурах не змінювати своїх механічних (вельми, зауважимо, високих) можливостей. Виконати цю умову непросто через те, що в металі шва при швидкому його охолодженні після зварювання спостерігається закріплення нерівноважних структур. Вони зменшують пластичні характеристики зварного з'єднання вже при температурі близько +350 ° С (так як відбуваються бурхливі дифузійні процеси).
Крім того, при температурах від +500 до +650 ° С відзначається формування α-фази і в той же самий час випадання карбідів, від +350 до +500 ° С (при виконанні операції термічного старіння) - утворення крихкості. Дуже крихким метал стає і при витримці, виробленої при температурі близько 800 ° С (вона призводить і до зменшення міцності з'єднання). З метою мінімізації зазначених негативних явищ у жароміцних сплавах намагаються зменшити вміст вуглецю (в металі шва і в основному металі).
У жароміцних сталях нерідко утворюються і тріщини в околошовной області, викликаються зниженням міцності і пластичних показників основного металу під час його термічної обробки. Подібні дефекти обумовлені тим, що кисень і вуглець у великих кількостях, будучи поверхнево-активними елементами, здатні стати причиною виникнення евтектики легкоплавкого типу. А при тривалій роботі конструкцій, зроблених з жароміцних сталей, в області зварного шва нерідко з'являються інтерметалліді і карбіду (дрібнодисперсні), які роблять з'єднання тендітним.
Всі ці проблеми вирішуються наплавленням спеціального металевого шару з двофазної структурою, яка не має нічого спільного з основним металом. Але при експлуатації зварних конструкцій додатковий шар упрочняется, що через деякий час знову призводить до утворення деформованої ділянки і все тих же тріщин. Позбутися від них можна високотемпературної (порядку 1100 градусів) Аустенізація і наступним за нею самонаклепом або стабілізуючим відпалом. Останній здійснюється при температурі не менше 750 градусів.
Електрошлакове зварювання аустенітних сплавів Даний вид зварювання зводить до мінімуму вірогідність появи гарячих тріщин, що обумовлено технологією її виконання. Електрошлаковий процес характеризується: • відсутністю значимих кутових деформацій у стикових зонах; • невеликою швидкістю пересування нагрівального обладнання; • "м'якої" кристалізацією ванни.
При цьому високі робочі температури (від 1200 ° С) з плином часу призводять до біляшовних (за своєю суттю локальним) руйнувань металу шва. Якщо ж електрошлаковому зварюванні піддаються сплави з високою корозійною стійкістю, в з'єднанні нерідко формується так звана ножова корозія, нівелювати яку можна за допомогою стабілізуючого відпалу та загартування металу. Виконується описуваний вид зварювання електродами пластинчастої форми (їх товщина знаходиться в межах 6-20 міліметрів) або трьохміліметрової дротом. Пластинчасті стрижні рекомендується застосовувати для деталей, що мають малі по довжині зварні шви, але більшу товщину.
Дріт дає можливість змінювати процес кристалізації з'єднання і форму зварної ванни, за рахунок чого ризик появи тріщин значно знижується. Але виробництво дроту вимагає великих фінансових і трудових витрат, ніж виготовлення пластинчастих стрижнів. Крім того, її жорсткість зменшує надійність функціонування подаючих і токоподводящих механізмів устаткування, використовуваного для зварювання. Флюси для електрошлакового процесу: • АН-292, АНФ-7, АНФ-Ш, АН-26, АНФ-8 - для з'єднання конструкцій з жаростійких і жароміцних сплавів; • АНФ-14, АНФ-6, 48-ОФ-6 - для зварювання сталей з високими антикорозійними властивостями. При роботі з жароміцними композиціями допускається застосовувати і безокіслітельние фторидні флюси, але їх використання в деяких випадках вимагає обдування шлакової ванни (її верхніх шарів) струменем аргону.
Ручне дугове зварювання Цей процес проводиться таким чином, щоб поставлене хімсклад шовного металу залишався незмінним за будь-яких просторових положеннях і варіантах з'єднань. При цьому до уваги обов'язково приймається обсяг наплавленого металу і ступінь проплавленняосновного металевого шару.
Домогтися дотримання даних умов можна за допомогою зміни складу покриття застосовуваних електродів. Покриття підбирають так, щоб у шві не було тріщин гарячого типу, і був присутній (у необхідних кількостях) первинний ферит. Найчастіше, використовуються фторістокальціевие стрижні. Ними не здійснюють поперечні коливання (а також в процесі зварювання підтримують коротку дугу), що знижує небезпеку появи вад, обумовлених прилипанием бризок.
Фахівці рекомендують здійснювати ручну зварку нитковим швами за допомогою електродів перетином три міліметри. Бажано, крім усього іншого, протягом 60-90 хвилин перед початком процесу прожарювати зварювальні стрижні при температурі від 250 до 400 градусів. Подібна попередня їх підготовка виключає ймовірність формування пір в одержуваному з'єднанні. Покриті стрижні експлуатують при електродугової зварюванні на обратнополярном постійному струмі. Показник його сили, як правило, вибирають по відношенню до перетину зварювального електрода на 15-30 А / мм вище. На максимальному струмі виконують роботи в нижньому положенні. А у вертикальному і стельовому положеннях потрібно використовувати меншу (на 10-30 відсотків) силу струму.
Зварювання в атмосфері захисних газів Методика дозволяє зварювати вироби різної товщини - від десятих частин до декількох десятків міліметрів, застосовуючи активні та інертні гази, а також їх суміші. За рахунок такого розмаїття захисного середовища зварювальник має можливість підбирати умови введення в метал необхідної кількості тепла і змінювати ефективність електродуги, розширюючи тим самим технологічний потенціал зварювальної операції.
Зварювання в захисній газовій атмосфері може проводитися в будь-яких просторових положеннях. З цієї причини вона дуже часто використовується замість дугового процесу, особливо в тих випадках, коли захисна середу створюється інертним гелієм або аргоном. У даній ситуації зварювання ведуть плавкими або вольфрамовими стрижнями. Вони ідеальні для з'єднання виробів 5-7 міліметрів товщиною (наприклад, тонкостінних труб) і зварювання кореневих швів.
Зварювання в захисних газах здійснюється імпульсної або палаючої дугою. Раціональніше використовувати перший вид дуги, так як він знижує прояви жолоблення крайок, які піддаються зварюванню, а також знижує довжину біляшовних ділянки, гарантуючи при цьому якісне створення шва на невеликій по товщині конструкції. Вольфрамові стрижні для зварювання аустенітних сплавів експлуатують без присадочного матеріалу або з таким. Вибір конкретного способу залежить від конструкції і товщини зварного з'єднання. Зварювання проводиться на струмі (постійному), що має пряму полярність, в автоматичному режимі або вручну (тоді потрібно застосовувати пальники спеціального виду). Відзначимо, що автоматичне зварювання аустенітних композицій з великим обсягом алюмінію ведеться на змінному струмі.
У суміші газів і в активних газах зазвичай використовують плавляться зварювальні стрижні. Вони, втім, підходять і для виконання операції в інертних середовищах. Останні, зокрема, рекомендують для з'єднання виробів з високолегованих сплавів, у складі яких є титан, алюміній та інші компоненти, які вважаються легкоокисними. Плавкі електроди забезпечують високу якість процесу при імпульсно-дугового зварювання, виконуваної в суміші вуглекислого газу, кисню і аргону, а також в чистому аргоні. Даним способом, як правило, з'єднують конструкції малої товщини. Імпульсно-дугове операція в інертному середовищі забезпечує мінімальну ймовірність утворення тріщин.
Плазмової зварюванням у захисній атмосфері найчастіше з'єднують сталі товщиною не більше 12 міліметрів. Використовувати плазму для зварювання більш масивних деталей немає сенсу, так як у зварних швах формуються підрізи, що знижують якість операції. Дроту Св-06Х20Н11МЗТБ, 08Х25Н13БТЮ, 08Х20Н9С2БТЮ, 06Х19Н10МЗТ, 07Х18Н9ТЮ для зварювання аустенітних сплавів з великим рівнем легування створюються з урахуванням того, що вони зобов'язані забезпечувати необхідні механічні показники і високу стійкість проти іржавіння. У зв'язку з цими вимогами в дротах мається високий вміст хрому, ніобію, алюмінію, титану та кремнію.
Всі нюанси зварювання аустенітних сталей під флюсом Нафтохімічні і хімічні підприємства для з'єднання елементів різноманітного спеціального обладнання з аустенітних сплавів найчастіше використовують саме зварювання під флюсом. Вона гарантує незмінність характеристик металу і його складу по всій протяжності зварного з'єднання. При цьому вказане сталість властивостей спостерігається і при зварюванні з обробленням крайок, і при операції без оброблення.
Зазначене достоїнство зварювання під флюсом дозволяє одержувати будь по довжині шви без появи в них кратерів і забезпечує наступні переваги: • втрати на недогарки і чад істотно знижуються (до 10-20 відсотків); • поверхня з'єднання формується без будь-яких ускладнень; • допускається з'єднання сталевих виробів завтовшки до 4 сантиметрів без потреби в обробленні крайок (при цьому забезпечується високий зазор); • знижується трудомісткість заходів підготовчого плану, так як на заготовках більше 12 мм завтовшки не потрібно обробляти кромки; • збільшується стійкість металу до іржавіння, обумовлена малої чешуйчатостью зварних з'єднань; • відмінний захист зварювальної області від процесів окислення.
Легування з'єднувального шва здійснюється через зварювальний дріт або флюс. Більш якісну стабільність структури шва забезпечує дріт, яка виготовляється по Державному стандарту 2246. Як флюси застосовуються склади без фтору (високоосновні), а також фторидні композиції з низьким вмістом кремнію. Саме такі флюси (АНФ-14, АН-26 та інші) забезпечують угар компонентів, що вводяться в сталь з метою легування, і формують слабо- або зовсім безокіслітельние середовища.
БОРИСТЕН фторідний флюс АНФ-22 рекомендується застосовувати в тих випадках, коли є висока ймовірність виникнення в процесі зварювання тріщин. А нейтральні склади типу 48-ОФ-Ю або АНФ-5 ідеально годяться для проведення зварювальної операції з використанням дротів, в які входить бор, титан або алюміній. Якщо зварювання здійснюється під бесфторістимі флюсом складами, процес ведеться прямому по полярності струмі, під фтористими - на зворотному. В обох випадках при цьому застосовується постійний струм. У порівнянні зі зварюванням вуглецевих сталей силу струму для виконання зварювання аустенітних композицій беруть на 10-30 відсотків меншу (за умови, що потрібно отримати аналогічний рівень проплавления металу).
Зверніть увагу! Флюси, які застосовуються для з'єднання виробів з високолегованих сталей, перед зварюванням завжди прожарюють. Температура даної операції - від 500 до 900 градусів, тривалість - не менше 60 і не більше 120 хвилин. Якщо всі поради по зварюванню дротами з високим ступенем легування під флюсом будуть враховані, зварений шов стовідсотково отримає задані характеристики.
