книги / Сварка при низких температурах

Механические свойства сварных соединений определялись пос­ ле сварки и после высокого отпуска (при температуре 620° С, вы­ держке 3 мин/мм, охлаждение с печью до 300° С со скоростью до 60° С/ч, дальнейшее охлаждение на воздухе), после-нормализа-’ ции (выдержка при температуре 920° С — 1 мин, охлаждение на воздухе) с последующим высоким отпуском. Рекомендуемые ре­ жимы сварки в зависимости от толщины свариваемого металла приведены в табл. 28.

Данные таблицы показывают, что производительность электрошлаковой сварки стали марки М на 30—40% выше, чем стали марки 22К. Эти данные показывают также, что колебания1режима сварки в практически возможных пределах не снйжают'качества сварного шва.

Результаты испытаний на ударный изгиб металла шва приве­ дены на фиг. 52. Эти данные показывают, что металл шва стали марки М после сварки имеет более высокую ударную вязкость и значительно ниже порог хладноломкости, чем для стали марки 22К (соответственно —10° и 0°С). Нормализация шва с последую­ щим высоким отпуском снижает порог хладноломкости до —60° С (для стали марки 22К до —30°С). Более высокие показатели ис­ пытаний металла шва стали марки М исследователь объясняет

кГ«/с«*

Фиг. 52. Изменение ударной вязкости металла шва в зависи­ мости от температуры испытания:

а — сталь марки М; б —сталь марки 22К; / —после сварки; 2 —по­ сле отпуска; 3 —после нормализации и отпуска.

меньшим содержанием углерода и более благоприятной структу­ рой.

При испытании свойств металла околошовной зоны на различ­ ных расстояниях от границы сплавления металла шва и основного металла было установлено, что сталь марки М имеет лучшие пока­ затели, чем сталь марки 22К. Для электрошлаковой сварки стали марки М рекомендуется электродная проволока марки Св10Г2, обеспечивающая равнопрочность сварного соединения с основным металлом. При сварке с применением электродной проволоки ма­ рок Св08 и С08ГА металл шва имеет меньший предел прочности, чем основной металл.

. Электрошлаковая сварка хромоникелевой стали большой толщи­

и микроструктуры швов хромоникелевой стали большой толщи­ ны, выполненных электрошлаковой сваркой с применением элек­ тродных проволок марок Х18Н9Т, Х20Н10Г6, Х20Н10Г6Т и Х25Н15 диаметро/м 3 мм и флюса марки АН-22 с содержанием до

7% МпО.

Результаты испытаний на ударную вязкость образцов Менаже приведены в табл. 29.

162

* Для исключения влияния состава и доли основного металла на структуру и свойствашвов, свариваемые кромки предварительно наплавлялись электродной проволокой, принятой ' для данного случая сварки.

Исследуемые швы можно разделить на три группы по химиче­ скому составу, магнитным свойствам, виду и характеру выделения второй фазы.

Первая группы — швы, выполненные с применением проволоки марки Х18Н9Т, отличаются малым содержанием элементов — аустенизаторов (марганец, никель). Ударная вязкость этих швов при температуре —70° С равна 15 кГм/см2, а при понижении тем­ пературы до —183° С — уменьшается до 7 кГм/см2. Как видно из таблицы, закалка резко повышает ударную вязкость особенно при низких температурах.

Вторая группа -j— швы, выполненные с применением проволок марок Х20Н10Г6 и Х20Н10Г6Т; ударная вязкость значительно па­ дает с понижением температуры и при —183° С составляет всего лишь 2,8 кГм1см2. Титан снижает ударную вязкость швов этого ти­ па, особенно в закаленном состоянии.

Третья группа — швы, выполненные с применением проволоки марок Х20Н14Г6 и Х20Н15. Химический состав этих швов отлича­ ется повышенным содержанием элементов — аустенитизаторов; ударная вязкость швов в исходном состоянии (30 кГufcu2) не из­ меняется до температуры —70° С и несколько падает при —183° С (20 кГм1см2). При электрошлаковой сварке переход титана из ме­ талла проволоки в металл шва составляет приблизительно 30%.

только марганцем. При легировании титаном и марганцем (при-co­

держании 0,3% Ti) закалка незначительно повышает свойства шва. Очевидно сложные карбиды титана и марганца не растворя­

жении рекомендуется электрошлаковая сварка с применением про­ волок с высоким содержанием элементов — аустенитизаторов, т. е. применять проволоку марок Х20Н15, Х20Н14Г6. Проволока марок Х18Н9Т или Х20Н10Г6 может быть использована только для свар­ ки конструкций, которые после сварки возможно подвергать за­ калке с температуры 1100° С. Грубая, столбчатая структура метал­ ла аустенитного сварного шва при условии однофазного строения не приводит к понижению ударной вязкости и повышению темпе­ ратуры порога хладноломкости.

Применение электрошлаковой сварки при изготовлении кожуха доменной печи. На металлургическом заводе при изготовлении ко­

•этой работе. Для опытов были использованы.пластины.размерами 700 X 400 X 36 мм из сталей марок Ст. 3 и 15ХСНД. Сборку пла­ стин производили с зазором 22—24 мм. Сварку проводили при —40° С на постоянном токе, величина тока 300—400 а, напряже­ ние 40—42 в, скорость подачи электродной проволоки 250 м/ч, глу­ бина шлаковой ванны 20—25 мм. Сварка выполнялась при помощи

164

аппарата типа А-372 под флюсом марки АН-8, с электродной про­ волокой марок Св08ГА и Св10Г2. Результаты испытаний, приве­ денные в табл. 30, показали, что снижение температуры образцов до —40° С не приводят к ухудшению свойств металла шва и свар­ ного соединения по сравнению со сваркой при температуре +20° С. Ударная вязкость металла шва при сварке с применением проволо­ ки марки Св08ГА оказалась значительно ниже, чем при сварке с проволокой марки Св10Г2. Дополнительные опыты показали, что еще худшие результаты получаются при использовании проволоки Св08А. При металлографическом исследовании дефектов швов не обнаружено. В монтажных условиях сварка производилась на тех же режимах и теми же материалами, что и в лаборатории с той лишь разницей, что скорость подачи электродной проволоки была увеличена до 300 м/ч. Температура воздуха была от —20 до —32° С. Сварка происходила спокойно и устойчиво, внешний вид швов получался хорошим.

Результаты механических испытаний приведены в табл. 31.

Данные табл. 31 показывают, что механические свойства свар­ ных образцов не ниже, чем у образцов, выполненных в лаборатор­ ных условиях при температуре —40° С.

Структура швов, полученных при различных температурах окружающего воздуха, как показали металлографические исследо­ вания, ничем не отличается.- Результаты испытаний позволяют ут­ верждать, что температура воздуха при электрошлаковой сварке не оказывает влияния на механические свойства металла шва и сварного соединения, что объясняется большим теплосодержанием по сравнению с ручной сваркой и, следовательно, незначительной скоростью охлаждения металла. При электрошлаковой сварке ус­ ловия работы сварщика почти не оказывают влияния на качество швов. Следовательно, электрошлаковая сварка может быть реко­ мендована при выполнении монтажных работ в зимних условиях при изготовлении конструкций из малоуглеродистой и низколеги­

165

машиностроительных заводов. Штанги длиной 3 м и диаметром 125 мм до разработки указанной технологии соединялись при помощи резьбы с массивными коваными головками. Электрошлаковая сварка дала возможность значительно упростить техно­ логию, устранив ковку при -изготовлении головок, исключив опе­ рации по нарезанию резьбы, а также операции, связанные с меха­ нической обработкой деталей штанги. К технологии сварки было предъявлено требование: обеспечить равнопрочность соединения основному металлу и ударную вязкость сварного соединения при температуре —20° С не ниже 4 кГм[см2, что было достигнуто пу­ тем подбора необходимых флюсов и электродной проволоки. Штанги изготовляли из стали марки Ст. 3. Сварку производили на аппарате типа А-372-М при следующем режиме: ток 500—550 а, напряжение 42—44 в, зазор между деталями 20—22 мм, скорость поперечных колебаний электродной проволоки 40 м/ч, «сухой» вы­ лет электрода 60—70 мм, глубина шлаковой ванны от 40 до 60 мм. Сварку производили двумя электродами диаметром 3 мм.

Указанный режим обеспечил высокое качество сварных соеди­ нений.

При исследовании использовались электродная проволока ма­ рок Св08, Св08Г, 10ГС и 10ГСМ, а также флюсы марок АН-348А и АН-8. В табл. 32 приведены результаты механических испытаний

167

сварных швов в зависимости от термической обработки и применя­ емых материалов при сварке.

Результаты исследования показали, что для электрошлаковой сварки могут быть использованы оба испытанных флюса.

Требуемые показатели ударной вязкости металла шва при тем­ пературе —20° С без последующей термической обработки уда­ лось получить только при использовании проволоки Св08Г в соче­ тании с проволокой СвЮГСМ. Однако от последней ввиду ее до­ роговизны пришлось отказаться. Поэтому рекомендовано исполь­ зование проволоки марок Св08Г и СвЮГС с последующей норма­ лизацией. Разработанная технология была с успехом использова­ на при изготовлении штанг для Куйбышевской ГЭС в 1955— 1956 гг.

Изготовление крупных фланцев. На одном из машинострои­ тельных заводов исследователями при участииИнститута элек­ тросварки им. Е. О. Патона разработана технология электрошла­ ковой сварки пластинчатым электродом поковок-фланцев азотных и кислородных регенераторов кислородных установок из стали марки 1Х18Н9Т. Техническими условиями требовалась ударная вязкость сварного соединения при температуре —180° С не менее 2 кГм1см2. Поковки фланцев, представляющие собой кольца с на­ ружным диаметром 3 м, шириной до 200 мм и высотой до 230 мму сваривают из двух или четырех кованых секторов пластинчатыми электродами из стали марки 1Х18Н9Т на следующем режиме: ток 2200—2400 а, напряжение 32 в, скорость подачи электрода 2 ж/ч,

зерна металла шва. Максимальное значение ударной вязкости для основного металла при той же температуре 26,5 кГм1см2.

Разработанная технология электрошлаковой сварки обеспечи­ ла высокое качество швов и сварных соединений с использованием пластинчатых электродов из стали марки 1Х18Н9Т.

СВАРКА В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Электродная проволока. В 1956 г. в СССР были разработаны тех­ нические условия на промышленную проволоку марок Св08ГСА (для сварки в углекислом газе малоуглеродистой стали вместо ра­ нее применявшейся проволоки СвЮГС) и Св08Г2СА (для сварки малоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей). Ме­ талл швов, выполненных проволоками марок Св08ГСА и Св08Г2СА, обладает высокими прочностными и пластическими свойствами и высокой ударной вязкостью при низких температу­ рах.

Е. Д. Кудинов и В. С. Аристов провели определение ударной вязкости наплавленного металла при температурах +20; 0; —20,

168

—40 и —60° С образцов, выполненных полуавтоматической свар­ кой, в среде углекислого газа плавящимся электродом и полуавто­ матической сваркой под флюсом на образцах малоуглеродистой стали [83].

При сварке в среде углекислого газа использовалась проволо­ ка диаметром 2 мм марки СвЮГС по ГОСТу-2246-54 и марки МК по ГОСТу 5058-57. При полуавтоматической сварке под флюсом использовалась электродная проволока марки Св08А по ГОСТу 2246-54 диаметром 2 мм и смесь флюсов марки ОСЦ-45 и АН-348А в соотношении 2:1 (по весу). Химический состав основ­ ного металла и электродных проволок приведен в табл. 33.

Проволока марки МК, содержащая большее количество раскислителей, чем проволока марки СвЮГС, показала лучшие ре­ зультаты как по механическим характеристикам, так и по отсутст­ вию дефектов в сварных швах даже при меньших значениях сва­ рочного тока.

В табл. 34 приведены результаты определения ударной вязко­ сти наплавленного и основного металла при различных темпера­ турах испытания. Результаты испытаний показывают, что при всех температурах ударная вязкость металла, наплавленного электродной проволокой марки МК, выше значений ударной вяз­ кости металла, полученного под флюсом и в среде углекислого га­ за с использованием проволоки марки СвЮГС, и что ударная вяз-

16д

’кость основного металла ниже ударной вязкости наплавки; при­ чем эта разность с понижением температуры испытания непрерыв­ но возрастает.

Кроме того, результаты испытаний показывают, что верхний температурный порог хрупкости наплавленного металла находит­ ся в интервале от —50 до —60° С, тогда как для основного метал­ ла он лежит в интервале от —30 до —40° С.

Сварка низколегированных сталей. Технология автоматической сварки в среде углекислого газа листовых низколегированных ста­ лей марок 15ХСНД, СХЛ-4 и 14ХГС толщиной 12 и 20 мм разра­ ботана в Институте электросварки им. Е. О. Патона [58]. Для изго­ товления образцов пластины из стали толщиной 20 мм сварива­ лись в стык с V-образным скосом кромок в три прохода, а пласти­ ны толщиной 12 мм — в один проход при токе 380—400 а, напря­ жении дуги — 28—30 в со скоростью 20 м/ч. Для сварки применя­ лась электродная проволока марки Св10ГС диаметром 2 мм и опытная «порошковая» проволока трех марок диаметром 3 мм. Хи­ мический состав проволок приведен в табл. 35.

Наиболее высокая ударная вязкость получается при использо­ вании кремнемарганцовистой порошковой проволоки N° 3, при этом порог хладноломкости металла шва лежит ниже —40° С.

Использование порошковой проволоки № 4, дополнительно ле­ гированной хромом, повлияло на повышение прочностных характе­ ристик, но вместе с тем пластичность в ряде случаев несколько снижается. Указанное легирование хромом практически не влияет на значения ударной вязкости. Порошковую проволоку возможно заменить обычной проволокой, близкой по химическому составу. Результаты исследования позволили рекомендовать проволоку марки 10Г2СА. Рекомендовано также при сварке углеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа добавлять флюсы марок АН-348А или ОСЦ-45, насыпая их перед дугой в ко­ личестве 30—50 г на погонный метр шва. Желательно применение флюса мелкой грануляции с поперечником зерна, равным 0,5 мм. Такая технология позволяет несколько уменьшить окисление мар­ ганца, кремния и других элементов. При этом возможно получе­ ние высококачественных сварных швов с использованием элек-

170