книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

до 200—250° С. Листовые конструкции с толщиной листов 3—4 мм и менее сва­ ривают без подогрева. При невозможности термической обработки всей конструк­ ции из стали 42Х2ГСНМ после сварки из-за больших размеров или для сохране­ ния геометрических параметров рекомендуется применять переходники с большей толщиной стенки из стали 30Х2ГСНВМ, приварку которых к узлам и деталям из стали 42Х2ГСНМ производят с последующей термической обработкой, а сварку их между собой осуществляют в термически обработанном состоянии. В этом слу­ чае допустима только сварка кольцевых швов при утолщенных кромках в местах сварки. Сварные швы на утолщенных кромках подвергают местному отпуску индук­ ционным нагревом с получением стп —• 100 -s- 130 кгс/мм2. Ширина зоны нагрева для получения температуры отпуска не должна выходить за пределы утолщения кромок.

Отпуск с помощью ТВЧ должен производиться не позднее чем через 15 мин после окончания сварки.

Узлы из высокопрочных сталей 28ХЗСНМВФА,ЗЗХЗСНМВФА, 43ХЗСНМВФА сваривают аргонодуговым методом предпочтительно в отожженном состоянии. Для предупреждения образования холодных трещин не позднее чем через 15 мин после сварки следует произвести высокотемпературный (650° С) или низкотемпе­ ратурный (250—300° С) стабилизирующий отпуск. Для получения требуемых меха­ нических свойств сварную конструкцию подвергают соответствующей термической обработке.

Допускается сварка отдельных узлов в термически обработанном состоянии кольцевыми швами с последующим местным индукционным отпуском на регламен­ тируемую ширину в зависимости от механических свойств зоны отпуска и диаметра свариваемых элементов (трубных заготовок, обечаек, шпангоутов). Для стали 43ХЗСНМВФА в месте сварки делается утолщение кромок, например, путем рас­ катки обечаек с оставлением утолщенных кромок и механической обработки их. Местный отпуск после сварки в этом случае аналогичен местному отпуску при сварке стали 42Х2ГСНМ.

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

Для дуговой сварки конструкционных среднеуглсроднстых и легированных сталей применяют различные электроды (табл. 5) в зависимости от прочности и пластичности свариваемой стали, а также условий эксплуатации сварных конструк­ ций. Для сварки сталей 40 и 45, а также легированных сталей средней прочности рекомендуется использовать электроды УОНИИ-13/55, УОНИИ-13/65 и УОНИИ13/85 [17]. Эти электроды обеспечивают высокую пластичность и ударную вяз­ кость металла шва и стойкость против образования трещин.

Для сварки материала толщиной до 2,0 мм применяют электроды ВИАМ-25 с тонким стабилизирующим покрытием. Эти электроды используют также неза­ висимо от толщины свариваемого материала для сварки трубчатых элементов, выполнения коротких швов и швов, расположенных в труднодоступных местах. Сварные соединения, выполненные тонкообмазанными электродами, имеют резкие переходы к основному металлу, обладают низкой прочностью при вибрационных и повторных статических нагрузках. Для повышения динамической прочности в местах концентрации напряжений следует создавать плавные переходы к основ­ ному металлу с помощью запиливания, комбинированного способа сварки, наклепа и т. п.

Для сварки сталей средней и высокой прочности при толщинах более 2,0 мм наряду с электродами типа УОНИИ-13 рекомендуются электроды ВИЮ-6 (Св18ХМА) и НИАТ-ЗМ (Св-08А) [ 17]. Для получения швов с высокими пластическими свойствами и малой чувствительностью к концентраторам напряжений рекомен­ дуется применять электроды со сварочной проволокой, обеспечивающей аустенит­ ную структуру шва. В этом случае прочность шва ниже прочности основного метал­ ла (ов ^ 60 кгс/мм2). Однако работоспособность конструкций в условиях динами-

ние и увеличенное число дефектов в шве. Однако при необходимости под флюсом сваривают и детали с толщиной кромок 2—3 мм. Сварку под флюсом можно про­ изводить как на переменном, так и на постоянном токе. Диаметр сварочных про­ волок 2—5 мм.

Автоматическую сварку под флюсом можно выполнять как с разделкой кро­ мок (при больших толщинах деталей), так и без нее. Для предупреждения прожо­ гов при односторонней сварке применяют остающиеся (стальные) и съемные под­ кладки (медные или в виде флюсовой подушки). При применении медных подкладок медь может попасть в металл шва, что вызывает образование горячих трещин.

Рис. 5. Схема использования плавающей подкладки, предупрежда­ ющей появление трещин корня шва

С целью предупреждения попадания меди и более качественного формирования проплава иногда применяют флюсо-медную подкладку. Применение остающихся приваренных стальных подкладок при сварке высокопрочных сталей в некоторых случаях, например, замыкающих швов сосудов из стали ЗОХГСА, приводит к обра­ зованию трещин в корне шва (рис. 5, а) при сварке, а иногда и при термической обработке (если состав материала подкладки отличен от состава основного металла изделия), В этом случае целесообразно применять дополнительную тонкую «пла­ вающую» подкладку толщиной 1,0—1,5 мм, предупреждающую приваривание основной подкладки (рис. 5, б).

Подкладные кольца и замковые соединения для сварки стали ЗОХГСНА не рекомендуются, так как они снижают надежность изделия в эксплуатации. Вместо подкладных колец первые слои целесообразно выполнять аргонодуговой сваркой на весу. Электродную проволоку и флюс для сварки конструкционных сталей выбирают согласно табл. 7. Электродную проволоку Св-18ХМА при сварке сталей 10Г2А и 12Г2А целесообразно применять для повышения прочности свар­ ных соединений при статических, вибрационных и повторно-статических нагрузках. Сварку под флюсом АН-348-А производят на постоянном или переменном токе, а под флюсом АН-15 на постоянном токе обратной полярности. Ориентировочные

обеспечивающие более высокую чисго-

ту металла шва по сере и окисным включениям. Во избежание пористости и наводороживания швов флюсы перед сваркой необходимо прокаливать, с тем чтобы их влажность не превышала 0,1%. Это достигается нагревом флюсов до 300— 350° С с выдержкой 2—3 ч. Конструкционные низко- и среднелегированные стали сваривают под флюсом, как правило, без подогрева. Подогрев усложняет ведение сварочного процесса. Только в случае сварки жестких узлов, а также сварки ста­ лей ЗОХГСА и ЗОХГСНА большой толщины применяют подогрев при 250—300° С.

После сварки во всех случаях необходим общий отпуск при 600° С или мест­ ный при 300° С для предупреждения образования холодных трещин. Иногда для сварки сталей ЗОХГСА и ЗОХГСНА можно использовать высоколегированную коррозионно-стойкую проволоку (см. табл. 7), обеспечивающую аустенитную или аустенитно-мартенситную структуру шва. Прочность таких швов уступает прочности основного металла, однако высокий запас пластичности обеспечивает достаточно хорошую работоспособность конструкции. Наибольшее применение при сварке высокопрочных сталей получила проволока Св-10Х16Н25АМ6.

СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Дуговую сварку в защитных газах можно осуществлять в среде как инертных, так и активных газов. При этом предпочтение следует отдавать автоматической

иполуавтоматической сваркам, обеспечивающим наилучшее качество швов и высокую производительность процесса.

Вкачестве инертных газов используют чистый аргон В и В по ГОСТ 10157—73

итехнический гелий первого сорта по МРТУ 51-77—66; в качестве активного газа используют сварочный углекислый газ по ГОСТ 8050—76. Сварка может быть “осуществлена неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами. При сварке в активном газе применяют только плавящийся электрод. В качестве неплавящихся электродов для ручной и автоматической сварок на постоянном токе прямой полярности применяют вольфрамовые прутки по ТУ ВМ2-529—57, лан-

и итрированного вольфрама СВИ-1 по ТУ 48-42-73—71; при сварке на переменном токе применяют чистые вольфрамовые прутки по ТУ ВМ2-529—57. Активирован­ ный вольфрам при постоянном токе повышает стабильность катодного пятна на конце электрода, вследствие чего повышается устойчивость дуги в широком диапа­ зоне рабочих токов.

При выборе присадочного материала (электродной проволоки) для дуговой сварки в среде защитных газов следует руководствоваться табл. 9.

Для предупреждения образования пор рекомендуется применять присадоч­ ные материалы с повышенным содержанием раскислителей Si и Мп (Св-08Г2С; Св-12ГС; Св-08ГСМТ и др.). На свойства металла шва влияет качество углекислого газа. Повышенное содержание в нем водяных паров и воды способствует образова­ нию пор даже при хорошей защите от воздуха и надлежащем количестве кремния и марганца в сварочной ^анне. Сварку легированных сталей следует выполнять без присадки или с присадкой, аналогичной или близкой по составу основному металлу.

Для повышения стойкости металла шва против образования горячих трещин при применении плавящегося электрода сварку металла с повышенным содержа­ нием углерода (более 0,25%) рекомендуется выполнять с минимальным расплав­ лением основного металла. Для предупреждения появления горячих трещин в металле шва при сварке сталей типа «хромансиль» рекомендуется применять сварочную проволоку Св-08Г2СМ по ТУ 14-130-54—73. При многослойной сварке изделий из сталей «хромансиль», подвергаемых упрочняющей термической обра­ ботке, рекомендуется применять проволоку Св-08ХЗГ2СМ. В качестве защитной среды при сварке проволокой Св-18ХМА рекомендуется газовая смесь аргона с 5% С02, обеспечивающая при сварке хорошее формирование сварных швов и незна­ чительное разбрызгивание.

Формирование сварных швов улучшается при сварке конструкционных сталей с использованием смеси газов — аргона и гелия (до 25%); чтобы избежать порис­ тости в шве, а также улучшить устойчивость горения дуги при сварке на перемен­ ном токе, дополнительно вводят небольшое количество кислорода (до 1%). При сварке в среде защитных газов легированных конструкционных сталей (25ХГСА, ЗОХГСА, 28ХЗСНМВФА) и др. иногда наблюдается пористость в сварных швах, вызываемая повышенным содержанием газов, особенно азота в основном металле (более 0,02—0,03% ). В этом случае борьба с пористостью путем подбора проволоки, защитных газов, режимов сварки и других технологических мероприятий являет­ ся малоэффективной, необходим отбор плавок, содержащих менее 0,02% N.

Для формирования сварного шва без выступающего проплава, действующего как концентратор напряжения в месте перехода к основному металлу, в сварных соединениях высокопрочных сталей (28ХЗСНМВФА, 30Х2ГСНВМ и др.) мартен­ ситного класса с пределом прочности выше 150 кгс/мм2, сварку рекомендуется выполнять вольфрамовым электродом в аргоне в потолочном положении с защи­ той обратной (верхней) стороны шва газом, состав которого зависит от состава свариваемого металла. Например, при сварке высокопрочных сталей типа 28ХЗСНМВФА для защиты с обратной стороны рекомендуется применять угле­ кислый газ или его смесь с 3—5% кислорода.

Неплавящимся электродом рекомендуется сваривать изделия из материала толщиной не более 4—5 мм. Сварку плавящимся электродом можно применять при изготовлении изделий материалов толщиной 1 мм и выше. Для материала толщиной до 2 мм рекомендуется автоматическая аргонодуговая сварка неплавя­ щимся электродом без присадки или с присадочной проволокой; целесообразна сварка импульсной дугой. При большей толщине сварку производят с примене­ нием присадки.

При сварке высокопрочных сталей толщиной 3—5 мм высокое качество свар­ ных соединений может обеспечиваться при сварке по методу ИЭС им. Е. О. Патона; первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй —

споперечными колебаниями электрода и механической подачей присадочной про­ волоки. Глубина проплавления при этом должна быть 60—70% толщины основ­ ного металла. Сварку производят короткой дугой с дуговым промежутком 0,5—

1.0мм. Указанный метод сварки применяют для уменьшения перегрева сварного соединения, получения благоприятной кристаллизации металла шва, уменьшения коробления и повышения механических свойств сварного соединения. При этом возрастают пластичность, вязкость шва, сопротивление развитию трещины и конст­ руктивная прочность сварных соединений; металл шва не имеет столбчатой направленности; не обнаруживается перегрева околошовных зон; шов имеет форму

сплавными переходами к основному металлу.

При необходимости сварки на весу рекомендуется применять аргонодуговую сварку переменным током промышленной или повышенной частоты (хотя возможно выполнение сварки и на постоянном токе прямой полярности). Сварку неплавя­ щимся электродом производят без скоса кромок в один проход для толщин 2,5— 4.0 мм на переменном то£с промышленной частоты, а для толщин 1,0—2,5 мм на токе повышенной частоты.

Сварку неплавящимся электродом на постоянном токе рекомендуется произ­ водить в два прохода: для толщин 1—3 мм без разделки кромок, свыше 3 мм — с разделкой. При сварке без разделки кромок первый проход можно осуществлять без присадки, а при сварке с разделкой — как без присадки, так и с присадкой (в зависимости от формирования проплава). Если проплав имеет вогнутую поверх­ ность, то следует применять присадку при сварке как первого, так и второго слоя. При свободном доступе к шву со стороны проплава возможна сварка с двух сторон без присадки. Режим сварки выбирают в зависимости от толщины свариваемой стали (табл. 10).

В процессе сварки обратную сторону сзарочного шва надо защищать от воз­ действия воздуха путем подачи аргона в продольную канавку в подкладке из кор­ розионно-стойкой стали. Глубина канавки составляет примерно половину толщи­

бежание перегрева сварного соединения и уменьшения его деформаций применяют импульсно-дуговую сварку вольфрамовым электродом на постоянном токе прямой полярности.

при сварке в гелии. Длину дуги поддерживают 1— 3 мм. Диаметр проволоки выбирают в соответствии с толщиной основного металла, а скорость подачи в соответствии с заданным сечением шва.

При равных погонных энергиях и скоростях сварки для тонколистового металла (0,3—0,8 мм)' проплавляющая способность импульсной дуги выше про­ плавляющей способности постоянно горящей дуги. С повышением тока, длитель­ ности импульса и жесткости режима глубина проплавления и ширина шва уве­ личиваются. При сварке импульсной дугой конец вольфрамового электрода зата­ чивают под углом 60—90° по мере оплавления. Техника сварки импульсной дугой не отличается от техники сварки постоянно горящей дугой. Ориентировочные режимы сварки приведены в табл. 11.

Для увеличения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке сталей применяют активирующие флюсы (АФ). Применение АФ повышает про­ плавляющую способность дуги в 1,5—2 раза (рис. 6), что обеспечивает значитель­ ный экономический эффект за счет повышения производительности процесса, повышения качества, исключения разделки кромок и многопроходной сварки при толщинах 8—10 мм [11, 14]. Для сварки низколегированных и высокопрочных сталей рекомендуется применять флюс ФС-71, представляющий смесь компонентов (Si02, NaF, Ti02, Ti, Сг20 3). Эффективно применять АФ при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом высокопрочных сталей типа 28ХЗСНМВФА, подверг­ нутых электрошлаковому переплаву и требующих для обеспечения заданного