Конструкционные материалы. Свариваемость и сварка
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 . 6 |
|
|
|
Конструкции сварных стыковых соединений труб |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
Конструктивныеэлементы |
Способ |
|
Конструктивныеразмеры |
|
Наружный |
||||
|
подготовленныхкромок |
|
|
|
|
|
|
|
диаметртрубы |
||
|
разделки |
сварки |
, |
|
, |
, |
мм |
α, |
град |
||
|
|
свариваемыхдеталей |
|
S мм |
|
а мм |
b |
|
Dн, мм |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
РАД |
1–3 |
|
≤ 0,3 (1±0,5) |
|
– |
|
– |
≤ 100 |
|
|
|
Г |
1–3 |
|
1±0,5 |
|
– |
|
– |
≤ 100 |
|
Тр-1 |
|
ААД |
≤ 4 |
|
≤ 0,3 |
|
– |
|
– |
≤ 159 |
|
|
|
РД |
2–3 |
|
1±0,5 |
|
– |
|
– |
≤ 159 |
|
|
|
АФ |
4–8 |
|
1,5+0,5 |
|
– |
|
– |
≥ 200 |
|
|
|
РД, МП |
3–5 |
|
1+0,5 |
|
|
|
|
РД, МП– |
|
|
|
РД, МП |
6–14 |
|
1,5±0,5 |
|
|
|
|
независимо, |
|
|
|
АФ |
15–25 |
|
2+0,5 |
|
|
|
±3 |
АФ– более200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
Тр-2 |
|
К(РАД), К(ААД) |
4–25 |
|
≤ 0,5 (1,5±0,5) |
1±0,5 |
≥ 32 |
|||
|
|
|
(25–45) |
||||||||
|
|
|
РАД, |
2–10 |
|
≤ 0,5 (1,5±0,5) |
|
|
≤ 630 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
ААД |
|
|
|
|
|
|
|
≤ 159 |
|
|
|
Г |
3–8 |
|
1,5±0,5 |
|
|
|
|
|
|
Тр-3 |
|
РД |
≥ 16 |
|
4–5 |
|
– |
15±2 |
> 100 |
|
|
|
|
РД |
≥ 16 |
|
|
|
|
|
7+1 |
> 100 |
|
Тр-3а |
|
|
4–5 |
|
– |
|
||||
|
|
|
|
4–5 |
|
4+1 |
|
|
12+2 |
> 200 |
|
|
Тр-3б |
|
АФ |
|
|
– |
|||||
|
|
> 5 |
|
6+1 |
|
12+2 |
> 200 |
||||
|
|
|
МП |
≥ 10 |
|
8+1 |
|
– |
15±2 |
≥ 133 |
|
|
Тр-3в |
|
|
|
|||||||
|
Тр-3г |
|
РД |
≥ 5 |
|
4–5 |
|
– |
30±3 |
> 100 |
|
61 |
Тр-3д |
|
МП |
≥ 5 |
|
8+1 |
|
– |
(25–45) |
||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 3 . 6
62 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
Конструктивныеэлементы |
Способ |
|
Конструктивныеразмеры |
|
|
Наружный |
||||
|
|
|
|
||||||||
|
разделки |
подготовленныхкромок |
сварки |
, |
|
, |
, |
|
α, |
град |
диаметртрубы |
|
|
свариваемыхдеталей |
|
S мм |
|
а мм |
b мм |
|
|
Dн, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Тр-6 |
|
МП |
≥ 16 |
|
2±0,5 |
1,5+0,5 |
|
10±2 |
≥ 133 |
|
|
|
К(РАД), К(ААД) |
≥ 10 |
|
≤ 0,5 (1,5±0,5) |
1,5+0,5 |
|
10±2 |
≥ 133 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тр-7 |
|
К(РАД), К(ААД) |
> 5 |
|
≤ 0,5 (1,5±0,5) |
3±0,2 |
|
15±2 |
≥ 108 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечания: 1. В таблице приняты следующие условные обозначения способов сварки: РД – ручная дуговая покрытыми электродами; РАД – ручная аргонодуговая неплавящимся электродом; ААД – автоматическая аргонодуговая неплавящимся электродом; АФ – автоматическая под флюсом; МП – механизированная в углекислом газе; Г – газовая; К (РАД) – комбинированная: корень – ручная аргонодуговая, остальное – ручная дуговая или механизированная в углекислом газе; К (ААД) – комбинированная: корень – автоматическая аргонодуговая, остальное – ручная дуговая или механизированная в углекислом газе.
2. Зазор «а» для способов сварки РАД, ААД, К (РАД), К (ААД) указан без скобок в случае выполнения корневого слоя шва (первого прохода) без присадочной проволоки, в скобках – с присадочной проволокой.
3.3.1. Ручная дуговая сварка
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами используется при монтаже котлов и паропроводов, в заводских условиях при изготовлении тройников, сварке блоков трубопроводов, приварке труб к коллекторам, а также при сварке литых деталей и заварке дефектов сварки.
Сварку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. При этом сварку следует выполнять возможно короткой дугой, длина дуги должна быть не более диаметра электрода. Диаметр электрода в зависимости от его марки 2,5–3 мм и более.
Сварку выполняют на умеренных режимах во избежание перегрева металла. Сила тока выбирается в зависимости от диаметра электрода иположения шва в пространстве. Примерные значения тока при сварке в нижнем положении шва в зависимости от диаметра электрода приведены ниже. При вертикальном и потолочном положениях шва ток должен быть уменьшен на 10–20 %. Для каждой марки электродоврежимнеобходимоуточнятьпопаспортнымданным.
Рекомендуемые значения сварочного тока для электродов различного диаметра:
Диаметрэлектрода, мм |
Силатока, А |
2,5 |
70–90 |
3,0 |
90–110 |
4,0 |
120–170 |
Сварку ведут узкими валиками без поперечных колебаний с тщательной заваркой кратера перед обрывом дуги. Угол разделки под сварку делают меньше, чем для низколегированных и углеродистых сталей.
Для ручной дуговой сварки применяют электроды с основным фтористо-кальциевым покрытием. Основную часть покрытия составляет карбонат кальция и плавиковый шпат. Введение легирующих элементов в металл шва происходит через покрытие.
63
Данные электроды обеспечивают:
–повышенную раскисленность металла шва;
–малое содержание в сварном шве водорода и неметаллических дисперсных включений;
–надежную газовую защиту расплавленного металла от азота
ивоздуха.
Использование электродов с основным видом покрытия гарантирует сочетание высоких прочностных, пластических свойств и ударной вязкости шва.
Для предотвращения образования пор требуется обязательная просушка электродов перед сваркой.
В табл. 3.7 приведены некоторые марки электродов для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей, в табл. 3.8 представлено соответствие отечественных и зарубежных марок электродов.
Таблица 3 . 7
Области применения электродов с основным типом покрытия для сварки теплоустойчивых сталей
Маркастали |
Типэлектрода |
Маркаэлектрода |
|
12ХМ |
Э-09МХ |
ЦУ-2МХ |
|
15МХ |
Э-09Х1М |
ЦЛ-28, УОНИ-13ХМ, |
|
20ХМЛ |
ТМЛ-1У, ТМЛ-2У |
||
|
|||
15Х1М1Ф |
Э-09Х1МФ, |
ЦЛ-39, ЦЛ-20, ЦЛ-45 |
|
12Х1МФ |
Э-10Х1М1 |
ЦЛ-3, ЦЛ-47 |
Таблица 3 . 8
Соответствие марок и типов электродов, применяемых при сварке теплоустойчивых сталей
Типэлектрода |
|
Маркиэлектродов |
|
Отечественных |
|
Зарубежных |
|
|
|
||
Э-09Х1М |
ТМЛ-1У, ТМЛ-2У |
|
SL 19G, CMB-96, OK 76.18, |
ит.п. |
|
Cromo 335Kb, Fox DCMS, E-B321 |
|
|
|
||
Э-09Х1МФ |
ЦЛ-39, ЦЛ-20, ЦЛ-45 |
Fox DCMV, E-B324, Super CrMoV3, |
|
ит.п. |
|
Super CrMoV3/c |
|
|
|
||
64
В отдельных случаях, когда подогрев и последующая термообработка невозможны или когда необходима сварка перлитных теплоустойчивых сталей с аустенитными, допустимо использовать электроды на никелевой основе ЦТ-36 (Св-08Н60Г8М7Т).
3.3.2. СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ
Сварку в среде углекислого газа применяют для выполнения однопроходных швов и для заварки дефектов литья из-за опасности образования шлаковых включений между слоями сварки. Для сварки используют проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния наряду с основными легирующими элементами. Рекомендации по маркамсварочнойпроволокиприведеныниже.
Рекомендуемые сварочные материалы для механизированной сварки плавящимся электродом:
Маркастали |
Маркасварочнойпроволоки |
12МХ, 15ХМ |
Св-08МХ, Св-08ХМА-2, Св-08ХГСМА |
12Х1МФ, 15Х1М1Ф |
Св-08ХМФА, Св-08ХМФА-2, Св-08ХГСМФА |
Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности, режимы сварки выбирают в зависимости от диаметра электродной проволоки. Ориентировочные режимы сварки неповоротных стыков представлены в табл. 3.9. Расход углекислого газа обычно составляет 900–1200 л/ч.
Таблица 3 . 9
Ориентировочные режимы механизированной сварки в углекислом газе неповоротных стыков трубопроводов
Режимсварки |
Диаметр |
Ток, А |
Напряжение |
|
проволоки, мм |
дуги, В |
|||
|
|
|||
Вертикальногостыка |
1,2 |
120–180 |
19–22 |
|
Горизонтальногостыка |
140–200 |
22–25 |
||
|
||||
Горизонтальногостыка |
1,6 |
240–280 |
24–26 |
|
Горизонтальногостыка |
2 |
280–340 |
26–28 |
65
Аргонодуговая сварка применяется для выполнения корневого слоя при многопроходной сварке стыков труб паропроводов и поверхностей нагрева котлов. Автоматическая аргонодуговая сварка применяется в условиях монтажа при сварке неповоротных стыков паропроводов.
Ручную аргонодуговую сварку выполняют возможно короткой дугой на постоянном токе (70–100 А) прямой полярности вольфрамовым электродом диаметром 2–4 мм. Значение тока сварки уточняют при выполнении пробных стыков. Зажигание и гашение дуги следует производить в разделке трубы или на уже наложенном шве на расстоянии 20–25 мм от его конца. Подачу аргона необходимо прекращать спустя 5–8 с после обрыва дуги, и в течение этого времени подавать аргон на кратер для защиты металла шва от воздействия воздуха.
При многопроходной сварке стыков труб паропроводов большой толщины аргонодуговую сварку применяют для выполнения корневого слоя шва, она осуществляется в сборочном приспособлении сразу после прихватки стыка. Корневой слой (1–3-й проходы) выполняется, как правило, с применением присадочной проволоки, может выполняться без присадочной проволоки, если зазор в стыке не превышает 0,5 мм. Сила тока 90–110 А при диаметре проволоки 1,6–3 мм.
При автоматической аргонодуговой сварке корневую часть шва рекомендуется выполнять в импульсном режиме с непрерывным или шаговым перемещением электрода. Допускается сварка стационарной дугой. Примерные режимы для сварки корневого слоя представлены в табл. 3.10. Сварку корневой части шва можно выполнять по слою активирующего флюса марок ВС-2ЭК.
При сварке второго прохода (после сварки корневой части шва) параметры режима следует выбирать такими, чтобы исключить сквозное проплавление корневого слоя. Толщина наплавленного слоя при втором проходе должна составлять 1,5–2,0 мм, последующих слоев – 3–4 мм. Заполнение разделки рекомендуется выполнять за два полупрохода «на подъем». Допускается сварка
66
«за полный оборот» при толщине наплавленного слоя не более 2 мм. Для заполнения разделки применяется присадочная проволока диаметром 1,2–2 мм. При выполнении облицовочного валика сварочный ток должен быть уменьшен по сравнению с током, на котором заполнялась разделка, на 15–20 %.
Таблица 3 . 1 0
Ориентировочные режимы автоматической аргонодуговой импульсной сварки неплавящимся электродом корневой части шва стыков труб
Толщина |
Время |
Ток |
Длитель- |
Длительность |
Скорость |
корневой |
прогрева, |
импульса, |
ностьим- |
сварки, |
|
частишва, мм |
с |
А |
пульса, с |
паузы, с |
мм/с |
|
|||||
1,0 |
0,5 |
80–95 |
0,10–0,15 |
0,15–0,25 |
4,4–5,0 |
1,5 |
1,5 |
90–95 |
0,10–0,15 |
0,15–0,25 |
3,1–3,3 |
2,0 |
1,8 |
105–110 |
0,20–0,25 |
0,25–0,30 |
2,8–3,3 |
2,5 |
2,0 |
120–125 |
0,50–0,60 |
0,40–0,50 |
2,2–2,5 |
3,0 |
2,5 |
140–145 |
0,60–0,70 |
0,70–0,80 |
1,9–2,2 |
3,5 |
3,0 |
155–165 |
0,75–0,90 |
0,70–0,80 |
1,4–1,9 |
Примечание. Во всех случаях ток паузы 10–15 А, длина дуги 1,0–1,5 мм.
Марки сварочной проволоки, применяемой для аргонодуговой сварки низколегированной теплоустойчивой стали, приведены ниже. При сварке теплоустойчивых сталей перлитного класса с аустенитными или при невозможности подогрева и последующей термической обработки при аргонодуговой сварке используют проволоку Св-08Н60Г8М7Т.
Области применения сварочной проволоки для аргонодуговой сварки:
Маркастали |
Сварочнаяпроволока |
12ХМ |
Св-08МХ |
15МХ |
Св-08МХ |
20ХМЛ |
Св-08ХМ |
15Х1М1Ф, |
Св-08ХМФА, |
12Х1МФ |
Св-08ХГСМФА, Св-14Х1М1ФА |
67
3.3.3. Сварка под слоем флюса
Автоматическую сварку под слоем флюса применяют при сварке поворотных стыков трубопроводов, коллекторов котлов, корпусов аппаратов нефтехимической промышленности и других изделий с толщиной стенки 20 мм и более.
Автоматическую сварку под слоем флюса допускается производить как на переменном токе, так и на постоянном токе обратной полярности. Для уменьшения разупрочнения хромомолибденованадиевых сталей в околошовной зоне рекомендуется использовать режимы с малой погонной энергией. Ориентировочные режимы сварки указаны в табл. 3.11.
|
|
|
Таблица 3 . 1 1 |
||
Режимы автоматической сварки под слоем флюса |
|||||
|
|
|
|
|
|
Типстали |
|
Диаметр |
Ток, А |
Напряжение |
|
|
проволоки, мм |
дуги, В |
|||
|
|
|
|||
Хромомолибденованадиевые |
3 |
350–400 |
30–32 |
||
(скоростьсварки40–50 |
м/ч) |
||||
|
|
|
|||
Хромомолибденовые |
|
4 |
520–600 |
30–32 |
|
|
5 |
620–650 |
32–34 |
||
|
|
||||
С целью обеспечения высоких характеристик работоспособности швов для автоматической сварки применяют низкоактивные флюсы спониженным содержанием окислов марганца и кремния (табл. 3.12). Этим достигается низкое содержание в швах оксидных включений –
Таблица 3 . 1 2
Сварочные материалы, применяемые для сварки под слоем флюса теплоустойчивых сталей
Маркастали |
Проволока |
Флюсы |
|
12ХМ |
Св-08МХ |
АН-348А, АН-22, |
|
АН-60, ОСЦ-45, ФЦ-11 |
|||
|
|
||
15МХ |
Св-08МХ |
АН-348А, АН-22, АН-43 |
|
20ХМЛ |
Св-08ХМ |
АН-60, ОСЦ-45, ФЦ-11, ФЦ-16 |
|
15Х1М1Ф, |
Св-08ХМФА, Св-08ХГСМФА, |
АН-22, ЗИО-Ф2 |
|
12Х1МФ |
Св-14Х1М1ФА |
||
|
68
продуктов кремниевого и марганцевого восстановительного процесса, атакже стабильность содержания марганца и кремния в многослойныхшвах, чтообеспечиваетвысокуюпластичностьметаллашва.
3.3.4. Электроконтактная сварка
Электроконтактная сварка используется в основном для выполнения стыковых соединений труб поверхностей нагрева котлов в заводских условиях. Контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением является основным технологическим процессом при изготовлении элементов поверхностей нагрева котлов.
Сварку труб диаметром 30–40 мм осуществляют на автоматизированных машинах ЦСТ-200 и ЦСТ-200М. Привод механизма оплавления и осадки у машин раздельный. При оплавлении передвижение подвижной плиты машины осуществляется кулачковым механизмом с электроприводом постоянного тока, что обеспечивает плавное регулирование скорости оплавления. Программа, задаваемая кулачком, построена таким образом, что скорость оплавления непосредственно перед осадкой резко возрастает. Это способствует повышению качества сварных соединений. Машина ЦСТ-200М позволяет осуществлять сварку с подогревом, что используется при изготовлении поверхностей нагрева из сталей 12Х2МФСР и 12Х2МФБ.
Необходимое качество сварки труб достигается при выполнении следующих рекомендаций. Установочная длина каждой трубы должна составлять 0,8–1,0 наружного диаметра трубы, но не менее 30 мм. Сварку необходимо производить при минимально возможном вторичном напряжении (5,5–6,5 В), исключающем возникновение коротких замыканий при оплавлении. Припуск на оплавление выбирают в зависимости от толщины стенки трубы:
Толщинастенкиδ, мм |
3 |
4 |
5 |
7 |
Припуск, мм |
8 |
12 |
14 |
19 |
Длительность оплавления принимают из расчета обеспечения средней скорости оплавления 0,75–1,25 мм/с. Конечная скорость
69
оплавления должна возрастать для перлитных сталей в 3–4 раза по сравнению со средней, а для труб из высоколегированных сталей – в 5–6 раз. Общий припуск на осадку должен составлять (1,0…1,5)δ, а припуск на осадку под током – 0,5–0,8 общего припуска на осадку. Скорость осадки рекомендуется для труб из стали 12Х1МФ
и15Х1М1Ф не менее 30 мм/с, а для труб из сталей 12Х2МФСР
и12Х2МФБ – не менее 60 мм/с. Параметры сварки:
–номинальная мощность 200 кВ·А;
–максимальная свариваемая площадь 900 мм2;
–усилие сжатия до 180 кН;
–средняя скорость оплавления 0,75–1,25 мм/с;
–припуск на грат – 1,5 от толщины стенки.
Для уменьшения внутреннего грата в некоторых случаях во время сварки продувают трубы азотом или азотно-водородной смесью под избыточным давлением около 0,1 МПа. При этом в связи с охлаждающим действием газа на зону стыка режимы сварки труб поверхностей нагрева следует корректировать с увеличением времени сварки и припуска на оплавление. После сварки грат может удаляться с помощью специальных снарядов, которые закладываются в змеевик под действием сжатого воздуха и разрушают грат. Диаметр снарядовсоставляетобычно0,9 отвнутреннегодиаметратрубы.
Стыки труб из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф маловосприимчивы к закалке и термической обработке, после сварки их можно не подвергать отпуску. Кратковременный отпуск необходим для стыков трубизсталей12Х2МФБ((750 ± 10) °Свтечение10–20 мин).
70