Сварка легированных сталей

Легирование сталей применяется для придания прочности металлу. Благодаря этому его можно применять в экстремальных условиях, а изделия из него отличаются высокой надежностью. Но для легированной стали следует использовать специальную сварку, которая сможет обеспечить полное сохранение прочностных характеристик, и главное готовый шов должен обладать характеристиками основного сплава. По этой причине лучше перед проведением рассмотреть, какая технология сварки легированных сталей чаще применяется, а также изучить качества легированных металлов.

Характеристика легированных сталей

Чтобы повысить антикоррозийные качества сталей при легировании часто используются специальные компоненты – кремний, молибден, хром, ванадий и другие. Кроме этого данная процедура повышает теплоустойчивость, усиливает механические характеристики, свойства жаропрочности и другие качества стали.

В соответствии с уровнем легирования сплавы разделяют на следующие виды:

• Обычные легированные (в их основе содержится от 2,5 до 10 % особых добавок);
• Низколегированные (в составе имеется не больше 2,5 % легирующих элементов);
• Высоколегированные (в основе содержится более 10 % добавок).

Стали с низким легированием включают в основу до 0,22 % углерода. Поэтому их часто называют низколегированными низкоуглеродистыми. Сплавы этого вида обычно свариваются по таким же методикам, что и простые металлы с низким показателем углерода.

Низколегированные стали бывают конструкционного, высокопрочного и теплоустойчивого вида. Их сваривание протекает по особому принципу, во время этого процесса должно соблюдаться много нюансов.

Главным свойством сплавов со средним показателем легирования являются механические качества. Они имеют высокую устойчивость к охрупчиванию, за счет этого их можно использовать в агрессивных атмосферах, при низких и высоких температурных показателях, при повышенных нагрузках. Стали среднего легирования имеют прочность в пределах от 588 до 1960 Мпа.

Сварка углеродистых и легированных сталей также имеет некоторые сложности и нюансы. Изделия из металла с высоким легированием обладают некоторыми свойствами в соответствии с тем, к какому подвиду они относятся:

• Устойчивые к отрицательному химическому влиянию в газовых средах при температурных показателях более 550 градусов Цельсия (жаростойкие);
• Нержавеющие (к ним относятся металлы, которые не подвергаются межкристаллитной, электрической и химической коррозии);
• Устойчивые против высоких температурных показателей (от 1000 градусов Цельсия). Они являются жаростойкими.

Особенности сварки низколегированных сталей

Выше было указано, что сварка легированных сталей с показателем углерода не больше 0,22 %, производится по такому же принципу, как и стандартная углеродистая сталь. Разница будет не очень большая.

Она состоит в том, что в готовых швах могут формироваться особые заколоченные структуры, и они обычно появляются при высоких темпах охлаждения. Но их можно легко устранить. И для этого требуется обеспечить небольшие пределы погонной энергии при сварке, и в результате в швах не будут формироваться заколоченные структуры.

А вот чтобы получить швы с высокой прочностью в состав металла соединений добавляются специальные компоненты. Для защиты шва от повышенной хрупкости используется проволока, и через нее выполняется дополнительное легирование соединения.

Для получения качественного и прочного шва используются особые электроды для сварки легированных сталей – Э50А и Э42А. На поверхность данных стержней нанесено покрытие из фтора и кальция.  Оно обеспечивает высокую пластичность, а также повышает эффективность противодействия появления кристаллизационных трещин.

При выполнении газопламенной сварки может использоваться правый или левый метод. При первом показатель расхода ацетилена будет не больше 130 дм³ в час, а вот при втором – от 75 до 100 дм³. После окончания сварочных работ выполняется проковка стали шва, при этой процедуре должна выдерживаться температура 850 градусов Цельсия.

Выполнение полуавтоматической сварки в газовой атмосфере, а также ручной технологии покрытыми электродами подходит для теплостойкой низколегированной стали. А вот для хромомолибденованадиевых сплавов подойдут электроды марок ЭМХФ, а для хромомолибденовых – стержни ЭМХ.

А вот другие виды стержней для сваривания углеродистых и низколегированных сплавов лучше не использовать, они не смогут обеспечить достаточно прочности итогового шва. И рекомендуется производить прогревание свариваемой конструкции до 350 градусов.

Газовая сварка легированных сталей подходит для теплоустойчивых металлов, применение этой технологии позволяет добиться хороших результатов. И для этого требуется соблюдать особые условия:

• Важно проводить прогревание (предварительное) до 300 градусов Цельсия, но можно немного меньше;
• Металл в ванне должен обладать устой структурой. Именно благодаря такому состоянию из него не будет выгорать молибден и хром;
• Расход ацетилена наблюдается из расчета на один миллиметр свариваемого металла не больше 1000 кубических дециметров в час.

Во время проведения многослойного процесса важно добиться того, чтобы количество перерывов было небольшим. Также после выполнения газопламенной сварки легированных и конструкционных углеродистых сталей горелку следует медленно подавать вверх. Данный прием позволяет полностью очистить расплав от газов. А вот сплавы с молибденовым или хромомолибденовым составом обязательно проходят термообработку.

Как проводится технология сварки высоколегированных сплавов

Во время работ с высоколегированными сталями требуется использовать особый сварочный режим, который будет гарантировать небольшую степень нагрева металла. И это связано с большим коэффициентом расширения, небольшой степенью теплопроводности сталей высоколегированного типа. Именно из-за этих свойств шов и сама деталь могут быть подвергнуты короблению.

Обычно при поведении электродугового сварочного процесса, при котором происходит сваривание металлов с высоким содержанием добавочных элементов, все это будет значительно снижать явление угара. И при выполнении сварки запрещено колебать сварочного стержня. Соединение аустенитных высоколегированных изделий рекомендуется выполнять электродами с укороченной конструкцией, именно это позволит уменьшить наплавочный коэффициент.

Но для высоколегированных сплавов разрешается применять любые варианты сварки плавлением. Если производится ручная дуговая сварка легированных сталей с применением покрытых стержней, то лучше применять варианты с покрытием из фтора и кальция. И процесс производится на обратно-полярном постоянном токе.

Ниже указаны полезные рекомендации от профессионалов, которые следует соблюдать во время сварочных работ:

• На 1 миллиметр сечения электрода следует выбирать ток с напряжением не больше 30 Ампер;
• На протяжении 60-90 минут необходимо производить прокаливание электродов. И эту процедуру стоит выполнять перед началом сварочных работ, температура должна удерживаться на уровне 250-400 градусов Цельсия;
• Во время проведения нижней сварки сила тока должна удерживаться на 15-20 % выше, чем при потолочной и вертикальной.

Если применяются вольфрамовые стержни, то при выполнении сварочного процесса рекомендуется использовать постоянный ток с прямой полярностью.

Хорошие качества шва у высоколегированных аустенитных металлических изделий можно получить при проведении плазменной сварки. Но также можно выполнять сварку в среде аргона и гелия, во время нее можно получить соединение приемлемого качества, потому что участок сваривания будет защищен от влияния воздуха.

И стоит учесть важное условие: во время проведения сварки сталей высоколегированного вида с большим уровнем алюминия обязательно нужно проконтролировать, чтобы на поверхности металла была разрушена оксидная пленка. И это можно провести путем воздействия переменного тока.

Стальные изделия с содержанием хрома можно сваривать при помощи газовой технологии. И в этом случае рекомендуется подобрать небольшую мощность пламени (стоит помнить, что расход ацетилена не должен быть более 70 кубических дециметров). Также обязательно нужно выбрать подходящие флюсы (обычно используется состав «НЖ-8»). Применение флюсов обеспечивает полное удаление оксидов хрома, а также защищает от выгорания хрома.

Для обработки стали с толщиной более 3 мм рекомендуется использовать правый способ сварки. А вот если металл имеет толщину меньше 3 мм, то подойдет левый вариант. Во время сварочных работ нельзя нагревать одну и ту же обрабатываемую зону, а также делать перерывы. И  желательно выдерживать наибольший допустимый показатель скорости сварки высоколегированного хромистого металла.

Металлы хромистого и аустенитного вида часто поражаются межкристаллитной коррозией, а она оказывает негативное влияние на качественные характеристики сварочных работ. И чтобы предотвратить данное явление требуется в металле уменьшить объем углерода (до 0,03 %). 

И для этого следует провести следующие действия:

• Закаливание металла (во время этого процесса температура должна удерживаться в пределах 1100 градусов Цельсия);
• Легирование шва и основного металла при помощи таких компонентов, как ванадий, ниобий, цирконий, титан;
• Легирование околошовного металла алюминием, ванадием, кремнием;
• Соединение нужно подвергать стабилизационному отжигу в течение 2-3 часов.

Технология сварки сталей со средним показателем легирования

В процессе сваривания сталей со средним легированием могут образовываться холодные и кристаллизационные дефекты в области шва. Зачастую могут проявляться сложности в получении необходимых пластических и прочностных качеств в зоне оплавления и околошовной области. Кроме этого во время проведения сварки не всегда можно добиться равнозначности в механических свойствах основного металла и металла соединения.

Чтобы предотвратить все вышеперечисленные проблемы часто применяются следующие способы:

Выполняется изменение цикла в термообработки кромок из стали. Во время этого процесса проводится их подогрев при сварочных работах или он может быть предварительным до определенного показателя температуры

• Подбор оптимального режима сварочной технологии;
• Снижение в области шва и в металле изделий показателя водорода;
• Применение особых проволок для сварки, которые имею минимальные показатели температуры плавления;
• Предварительная наплавка кромок.

Во время сварки сталей со средним легированием также часто применяются методы, которые улучшают качество шва. К ним относится обработка с использованием ультразвука, резкое снижение показателей температуры при окончании сварки практически до 0 градусов Цельсия, проковка.

Обычно во время сварки сталей со средним уровнем легирования применяются  фтористо-кальциевые маловодородистые стержни. А процесс сварки выполняется по ручной технологии (с использованием тока с обратной полярностью). Если требуется сделать швы с крупным сечением, то может применяться блочный или каскадный способ сварки. И обязательно требуется прогревать металл до 180-200 градусов Цельсия. Купить электроды оптом можно у производителя zpsplav.