книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

Однако термическая обработка не может проводиться вне временной связи со сварочной операцией. Если непосредственно после сварки изделие остудить до комнатных температур, то в металле швов и зон термического влияния будет получена структура мартенсита. Последующий высокий отпуск при термической обработке приводит к получению сорбитной структуры. Однако за период охлаж­ дения при температурах ниже ~100° С и за период рылеживания изделия до на­

чала термической обработки в сварных соеди­ нениях могут образовываться трещины как вы­ ходящие на поверхность, так и внутренние надрывы размером (длиной) 1—4 мм, которые потом могут развиваться.

ной точки сваренное изделие поместить в печь не снижая его температуры ниже ~ 350° С, то мартенситного превращения в швах и в зонах термического влияния не произойдет, трещин в соединениях не образуется, но конечная структура будет грубозернистой ферритно-карбидной. Металл с такой структурой обладает малой прочностью и низкой вязкостью.

Наилучшие свойства могут быть получены, когда после сварки с темпера­ тур сопутствующего подогрева производят «подстуживание» примерно до 100° С, выдержку при этой температуре в течение 2 ч (для завершения распада аустенитмартенсит, без образования трещин) и посадку в печь для термической обра­ ботки всего изделия [4]. Как показали исследования Р. А. Козлова, такие же результаты получаются, если металлу изделия или в области выполненных свар­ ных соединений дать «отдых» при 100—120° С в течение ^ 10 ч. После такого отдыха изделие можно охлаждать до комнатной температуры и выдерживать до термической обработки в течение длительного времени. Трещин после такого «отдыха» не наблюдается, а структура и свойства после термической обработки отпуска получаются оптимальными. Схема термических режимов 3 и 4, обеспе­

чивающих получение сварных соединений без трещин и с хорошими конечными структурами и свойствами, приведена на рис. 9.

Свойства сварных соединений для обеспечения равной прочности с основ­ ным металлом зависят не только от режима термической обработки изделия после сварки, но и от режима термической обработки перед сваркой. Если отпуск после закалки перед сваркой производился при температурах ниже, чем те, которые использовались при термической обработке после сварки, то в сварных соединениях обнаруживается наиболее слабая зона на небольшом расстоянии (до 4—5 мм) от границы сплавления, в которой при сварке достигалась темпера-

Многослойная Термическая

Рис. 9. Термический цикл сварки с сопутствующим подогре­ вом и последующей термической обработкой закаливающихся хромистых сталей; сплошные кривые — сопутствующий подо­ грев до ~380° С:

/ — после сварки — охлаждение до комнатной температуры; 2 — после сварки посадка в печь; 3 — после сварки подстужнванне и выдержка до термической обработки; штриховые кривые — сопутст­ вующий подогрев до 160° С; 4 — после сварки; «отдых» при ~100° С в течение 10 ч

тура наиболее разупрочняющего отпуска. Термическая обработка изделия после сварки в таких случаях не восстанавливает свойств металла в этой зоне до свойств основного металла (рис. 10) [4]. Для обеспечения равной прочности отпуск после сварки рекомендуется осуществлять при температуре приблизительно на 20° С ниже температуры отпуска заготовок до сварки.

Термическая обработка сварных соединений после сварки влияет не только на механические свойства, но и на коррозионную стойкость, жаропрочность и другие свойства. Например, контактирование закаленного металла шва и металла околошовиой зоны с незакаленным (отпущенным) основным металлом приводит сварные соединения стали 14Х17Н2 в состояние отсутствия коррозионной стой­ кости, и при воздействии агрессивной среды появляется избирательная коррозия закаленной зоны. При этом коррозионная стойкость зависит и от соотношения поверхностей шва и основного металла, взаимодействующих с агрессивной средой (рис. 11) [1].

Хромистые стали обладают некоторой склонностью к межкристаллитной коррозии (МКК); это характерно не только для ферритных, но и для мартенситно­ ферритных сталей. Особо высокую склонность к МКК они приобретают после быстрого охлаждения с высоких температур. Для восстановления стойкости против МКК можно использовать высокий отпуск, причем его температура и длительность для разных сталей различаются.

Виды сварки (в основном ручная, дуговая покрытыми электродами), обеспечиваю - шие получение наплавленного металла с аустенитной или аустенитно-ферритной структурой, применяемые для получения соединений хромистых сталей мартен­ ситного и мартенситно-ферритного класса, как правило, не обеспечивают равнопрочности сварных соединений и могут быть рекомендованы только для усло­ вий работы при статической нагрузке с небольшими напряжениями.

СВАРКА ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ФЕРРИТНЫХ СТАЛЕЙ

К ферритным высокохромистым относятся стали с 13% Сг при очень низ­ ком содержании углерода (например, на нижнем уровне содержания углерода в стали 08X13), некоторые низкоуглеродистые стали с 17% Сг и добавками ти­ тана, а также молибдена (стали — 12X17, 08Х17Т, 15Х18СЮ, опытные типа Х17М2Т, а также с 25—30% Сг (например, сталь 15Х25Т). Общей характери­ стикой для этих сталей является их склонность к росту зерен при высокотемпе­ ратурной обработке, в том числе и в результате сварочного нагрева в околошовной зоне и в металле швов (при составе швов, аналогичном составу феррит­ ных сталей). При крупном зерне такие стали теряют пластичность и вязкость при комнатных (и более низких) температурах. Изменение ударной вязкости в зависимости от температуры испытания стали 08Х17Т^и металла околошовной зоны этой стали при автоматической сварке под флюсом приведено на рис. 12 [1]. При этом вакуумный и электрошлаковый переплавы высокохромистых ста­ лей позволяют (в связи с уменьшением содержания газов и неметаллических включений) повысить ударную вязкость основного металла, но не исключают понижения вязкости околошовных зон сварных соединений.

Ti

При отсутствии в сталях титана или при малом его количестве

C + y N

их нагрев выше 950° С и быстрое охлаждение приводят к ухудшению общей кор розионной стойкости и появлению склонности к межкристаллитной коррозии, Отпуск при 760—780° С повышает пластичность и коррозионную стойкость металла и сварных соединений.

Для максимального ограничения роста зе­ рен при сварке предпочтительны способы свар­ ки с сосредоточенными источниками тепла (на­ пример, дуговая сварка предпочтительней газо­ вой) и при использовании малой погонной энергии. Наиболее распространенными являют­ ся ручная дуговая сварка покрытыми электро­ дами и механизированная сварка в углекислому газе и под флюсом. При малых толщинах иногда применяют аргонодуговую сварку неплавящимся электродом.

При ручной дуговой сварке и сварке в С02 применяют электроды (электродные проволо­ ки), обеспечивающие получение металла шва, по составу подобного свариваемому металлу, или металла шва с аустенитной или аустенит­ но-ферритной структурой, иногда с большим со­ держанием ферритной составляющей. В первом случае хрупкость, связанная с крупным зер­ ном, представляет опасность не только для околошовной зоны, но и для металла сварного шва. В некоторой степени она может быть

уменьшена, если применять сварочные материалы, обеспечивающие состав металла швов, который при сварочных скоростях охлаждения позволяет получать не чисто ферритную структуру, а структуру с некоторым содержа­ нием мартенситной составляющей. Это возможно при сварке сталей, содер­ жащих Сг < 18%, путем введения в метадл шва углерода, азота, никеля и марганца. В зависимости от свойства закаленного при сварке металла шва выбирают режим последующей термической обработки. Однако появление такой гетерогенной структуры снижает коррозионную стойкость сварных соединений в некоторых химически агрессивных средах.

Аустенитно-ферритные швы получают, используя сварочные материалы, обеспечивающие получение хромоникелевого или хромоникелевомарганцевого металла. При этом необходимо учитывать и разбавление в шве наплавленного металла расплавленным основным. Так как при автоматической сварке под флю­ сом доля расплавленного основного металла в шве как правило, больше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, количество аусгенизаторов в электродной проволоке при автоматической свар-ке должно быть больше, чем

Х25Н18 (например, Св-13Х25Н18). При этом приходится учитывать, что в неко­ торых агрессивных средах коррозионная стойкость соединений хромистых ста­ лей с хромоникелевымн» швами может оказаться ниже стойкости основного ме­ талла. Последующая термическая обработка таких сварных соединений (высо­ кий отпуск при 650—800° С) нс всегда является благоприятной для улучшения их эксплуатационных характеристик. Когда по условиям эксплуатации свар­ ных соединений допустима невысокая пластичность, для исключения возмож­ ности появления при сварке трещин (особенно при достаточно большей жесткости свариваемого изделия) применяют предварительный и сопутствующий подогрев при 120—180° С и последующую термическую обработку.

Для сварки высокохромистых ферритных сталей с получением наплавленного металла такого же типа применяют электроды с покрытиями основного типа, с большим количеством ферротитана и алюминия. Наиболее распространенными являются электроды марок ЦЛ-10 и НЗЛ/Ж17 для сварки сталей с 17% Сг и электроды марок НЗЛ/ХЗО для сварки сталей с 25—30% Сг. Химический состав металла наплавленного такими электродами, приведен в табл. И. Там же при­ ведены составы наплавленного металла хромоникелевыми электродами, исполь­ зуемыми для сварки ферритных и хромистых сталей.

Механические свойства металла, наплавленного электродами различны* марок приведены в табл. 12. При использовании электродов из высокохромистых сталей эти свойства определяют и свойства сварных соединений из сталей подоб­ ного состава. При использовании хромоникелевых электродов, из-за огличия химического состава наплавленного металла от химического состава сваривае­ мых хромистых сталей, свойства металла шва значительно отличаются от свойств наплавленного металл. Поэтому в табл. 12 приведены свойства наплавленного металла и свойства сварных соединений стали 12Х17Т толщиной 10 мм, сварен­ ных электродами ЦЛ-9 [2].

При механизированных процессах сварки ферритных хромистых сталей (сварка в С02, а также сварка под флюсом) с использованием сварочных мате­ риалов, обеспечивающих получение швов с ферритной структурой, даже после­ дующий. высокий отпуск не повышает вязкости^швов^отя такой отпус1Тнёско.Ш7Ко улучшает коррозиониыё хар актеристики.сварных соединёнй^Тталеи типа 08X17Т. Более распространенными являются электродные проволоки из хромоникелевых сталей, относящиеся к аустенитному и аустенитно-ферритному классам. При этом для обеспечения коррозионной стойкости, например в азотной и уксусной кис­ лотах, сопоставимой со стойкостью основного металла, в швах должны содер­ жаться титан и ниобий. Так, для сварки стали 08Х17Т в углекислом газе удов­ летворительные результаты могут быть получены при электродных проволоках