1   2
Ім'я файлу: МММ...Хуета.docx
Розширення: docx
Розмір: 156кб.
Дата: 09.12.2020
скачати
Пов'язані файли:
РЕФЕРАТ Рось.docx
riznovudu_monitor.doc

3.1 Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей



Высоколегированные аустенитные хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 20Х23Н18, 09Х14Н19В2БР и др.) имеют повышенное содержание основных легирующих элементов - хрома и никеля, придающие им соответствующую структуру и свойства: коррозионностойкость, жаростойкость, жаропрочность. Для сокращения высоколегированные аустенитные хромоникелевые стали можно обозначать в соответствии с содержанием основных легирующих элементов цифрами, например 18-8, 25-20 и др. Первая цифра обозначает содержание хрома, вторая - никеля.

Почти все аустенитные хромоникелевые стали обладают высокой пластичностью не только при комнатных и повышенных температурах, но и при низких. Все они имеют высокую коррозионную стойкость в агрессивных средах. Недаром их называют нержавеющими. Рассмотрим диаграмму состояния ( рис. 21) системы железо (Fe) - никель (Ni).

Видно, что никель (Ni) является аустенитообразующим элементом и довольно сильным. При содержании Ni > 5% получаем аустенит при всех температурах. При введении в систему Fe - Ni еще и хрома (Cr) картина несколько меняется.

Таким образом, стали содержащие >7% Ni, являются аустенитными. Отсутствие превращения аустенита в мартенсит упрощает технологию сварки: нет необходимости в предварительном подогреве и последующей термообработки.

Вместе с тем однофазная аустенитная структура предопределяет ряд технологических трудностей, основными из которых являются:

Возникновение склонности к межкристаллитной коррозии (МКК) под действием термического цикла сварки (ТЦС).

Повышенная склонность к образованию горячих трещин (ГТ) в металле шва и ОШЗ.

Для повышения сопротивляемости образованию горячих трещин в настоящее время применяется:

Создание двухфазной структуры металла шва (аустенитно-ферритной, аустенитно-карбидной).

Легирование элементами, снижающими склонность металла шва к горячих трещин при температурах, близких к температуре солидуса.

Снижение содержания вредных, в том числе ликвирующих, примесей за счет использования чистых сварочных материалов.

Влияние ТЦС на возникновение склонности к МКК и меры ее предотвращения. Обычно аустенитные хромоникелевые стали содержат углерода порядка 0,06 - 0,14 %, а растворимость углерода в хромоникелевом аустените при комнатной температуре не превышает 0,02 % . Следовательно, такие стали представляют собой пересыщенный твердый раствор углерода в хромоникелевом аустените, образующийся в результате быстрого охлаждения.

При нагревании до определенной температуры (400-800 0С) углерод выделяется из твердого раствора и становится химически активным элементом. В данной системе наибольшим средством к углероду обладает хром.

Эти карбиды имеют сложный состав (CrnСm) и содержат значительное количество хрома. В результате сталь теряет свою пластичность, а сами границы зерен обедняются хромом. Сталь, содержащая меньше 12 % хрома теряет свою способность противостоять агрессивным средам, т.е. подвержена МКК, которая, развиваясь по границам зерен, распространяется в толщину металла. Металл, пораженный МКК, разрушается под действием даже незначительных нагрузок. Скорость выделения карбидов хрома возрастает с ростом температуры и временем выдержки. Соответственно увеличивается и склонность к МКК.

При температуре ниже 400 0С диффузионная подвижность углерода мала, с повышением температуры она увеличивается. При дальнейшем увеличении температуры имеют место два равновесных процесса - выпадение и повторное растворение углерода, т.к. с увеличением температуры растворимость углерода в аустените увеличивается. При Т > 900 0С карбиды хрома вновь растворяются, углерод переходит в твердый раствор, возникает так называемая «повторная» стойкость к МКК. Понятно, что при V1 -МКК нет, а при V2 - МКК есть. Поэтому такие стали необходимо варить на жестких режимах (при малых qn) и без предварительного подогрева. Если можно - даже с принудительным охлаждением.

Основными металлургическими путями предотвращения восприимчивости металла к МКК являются:

Увеличение содержания хрома - недостаток этого пути: увеличение себестоимости и появление хрупкости в результате присутствия карбидов.

Уменьшение содержания углерода (сложно).

Введение стабилизирующих элементов, имеющих большее средство к углероду, чем хром и образующих наиболее устойчивые карбиды (титана, ниобия, тантала).

Обеспечение аустенитно-ферритной структуры - необходимое количество ферритной фазы (3-8 %) в аустенитном шве обеспечивается дополнительным легированием сварных швов хромом, кремнием; а иногда молибденом и ванадием.

При этом (при наличии феррита) общая протяженность границ зерен увеличивается, а общее количество карбидов должно сохраниться, кроме того, в двухфазном металле карбиды выделяются по границам ферритных зерен, где содержание хрома выше, чем в аустените. Ферритные зерна, расположенные между аустенитными, работают как шпонки и упрочняют металл. Однако такой способ не применим при избирательной коррозии феррита. Все эти металлургические факторы уменьшают восприимчивость к МКК.

К технологическим фактором, как уже упоминалось, относится уменьшение времени пребывания металла шва и ОШЗ в интервале опасных температур (680-780 0С), что достигается в большинстве случаев уменьшением q n .

Фактическое время пребывания металла шва и ОШЗ в интервале «опасных» температур обозначим ф. При ф > фкр - межкристаллитная коррозия возникает, а при ф < фкр - МКК нет.

Последнее и есть основное условие, которое необходимо обеспечить при сварке. Из практики (с некоторым запасом) установлено, что если

фкр/ ф ?1,45, то МКК не возникает. Время пребывания металла шва и ОШЗ при опасных температурах поддается расчету.

Особенности технологии и техники сварки. Высоколегированные аустенитные стали обладают комплексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например коррозионностойких, хладостойких, жаропрочных и т. д. В связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут различными. Это определяет и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки и т. д.), направленную на получение сварного соединения с необходимыми свойствами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Характерные для высоколегированных сталей теплофизические свойства определяют некоторые особенности их сварки. Пониженный коэффициент теплопроводности 25,0 - 33,3 Вт/(мК) (для углеродистых сталей 37,6 - 41,7 Вт/(мК)) при равных остальных условиях, значительно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне. В результате одинаковые изотермы в высоколегированных сталях более развиты, чем в углеродистых. Это увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий. Поэтому для уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии. Примерно в пять раз более высокое, чем у углеродистых сталей удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня для ручной дуговой сварки. При механизированной дуговой сварке следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Сварка в защитных газах. В качестве защитных используют инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый газ) газы, а также различные смеси инертных или активных газов. Этот метод сварки по сравнению с рассмотренными выше имеет ряд существенных преимуществ. Его можно использовать для соединения металлов широкого диапазона толщин - от десятых долей до десятков миллиметров. При сварке толстых металлов в некоторых случаях этот способ сварки может конкурировать с электрошлаковой сваркой.

Применение инертных газов существенно повышает стабильность дуги. Значительное различие теплофизических свойств защитных газов и применение их смесей, изменяя тепловую эффективность дуги и условия ввода тепла в свариваемые кромки, значительно расширяют технологические возможности дуги. При сварке в инертных газах наблюдается минимальный угар легирующих элементов, что важно при сварке высоколегированных сталей. При сварке неплавящимся электродом в защитных газах возможности изменения химического состава металла шва более ограничены по сравнению с другими способами сварки и возможны за счет изменения состава сварочной (присадочной) проволоки или изменения доли участия основного металла в образовании металла шва (режим сварки), когда составы основного и электродного металлов значительно различаются.

При сварке плавящимся электродом появляется возможность изменения характера металлургических взаимодействий за счет значительного изменения состава защитной атмосферы, например создания окислительных условий в дуге, путем применения смеси газов, содержащих кислород, углекислый газ и др. Этим способом можно выполнять сварку в различных пространственных положениях, что делает ее целесообразной в монтажных условиях по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами.

Неплавящимся (вольфрамовым) электродом сваривают в инертных газах или их смесях. Для сварки высоколегированных сталей используют аргон высшего или 1-го сорта по ГОСТ 10157 - 73. Обычно сварку вольфрамовым электродом технически и экономически целесообразно использовать при сварке для металлов толщиной до 7 мм (при толщине до 1,5 мм применение других способов дуговой сварки практически невозможно из-за образования прожогов). Однако в некоторых случаях, например, при сварке неповоротных стыков труб, сварку вольфрамовым электродом применяют на сталях и больших толщин.
Выводы
Высокое качество формирования обратного валика вызывает необходимость применения этого способа и при сварке корневых швов в разделках при изготовлении ответственных толстостенных изделий. В зависимости от толщины стали и конструкции сварного соединения сварку выполняют с присадочным материалом или без него вручную с использованием специальных горелок или автоматически. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Исключение составляют стали и сплавы с повышенным содержанием алюминия, когда для разрушения поверхностной пленки окислов, богатой алюминием, следует применять переменный ток.

Сварку можно выполнять непрерывно горящей или импульсной дугой. Импульсная дуга благодаря особенностям ее теплового воздействия позволяет уменьшить протяженность околошовной зоны и коробление свариваемых кромок, а также сваривать металл малой толщины при хорошем формировании шва. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны при этом способе сварки способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероятность образования горячих трещин. Однако эта же особенность может способствовать образованию околошовных надрывов при сварке высоколегированных сталей. Для улучшения формирования корня шва используют поддув газа, а при сварке корневых швов на металле повышенных толщин - специальные расплавляющиеся вставки.

При сварке погруженной дугой особенности процесса, определяющие увеличение доли теплоты, идущей на расплавление основного металла, позволяют без разделки кромок за один проход сваривать металл повышенной толщины. Однако уменьшение концентрации нагрева приводит к термическому циклу сварки, сходному с термическим циклом при электрошлаковой сварке. В результате расширяется зона термического влияния и возникает опасность перегрева в ней основного металла, т. е. ней возможны те же дефекты, что и при электрошлаковой сварке.

Для высоколегированных сталей применяться и плазменная сварка. Большое ее преимущество - малый расход защитного газа. Получение плазменных струй различного сечения (круглого, прямоугольного и т. д.) и значительное изменение расстояния от плазменной горелки до изделия значительно расширяют технологические возможности этого способа. Плазменную сварку можно использовать для весьма тонких металлов и для металла толщиной до 12 мм. Применение ее для соединения сталей большой толщины затрудняется возможностью образования в швах подрезов.

Сварку плавящимся электродом выполняют в инертных, активных газах или их смесях. При сварке высоколегированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы (алюминий, титан и др.), следует использовать инертные газы, преимущественно аргон. При сварке в инертных газах возможен капельный и струйный перенос электродного металла. При струйном переносе дуга имеет наиболее высокую стабильность и значительно улучшается перенос электродного металла в сварочную ванну; практически исключается разбрызгивание металла. Это особенно важно при сварке швов в вертикальном и потолочном положениях.

Отсутствие разбрызгивания и связанных с этим очагов коррозии благоприятно при сварке коррозионно-стойких и жаростойких сталей. Однако струйный перенос возможен на токах выше критического, при которых возможно образование прожогов при сварке тонколистового металла. Добавка в аргон до 3 - 5% кислорода уменьшает величину критического тока. Кроме того, создание при этом окислительной атмосферы в зоне дуги уменьшает и вероятность образования пор, вызванных водородом. Последнее достигается и применением смеси аргона с 15 - 20% углекислого газа. Это позволяет снизить расход дорогого аргона. Однако при указанных добавках газов увеличивается угар легирующих элементов, а при добавке углекислого газа возможно и науглероживание металла шва. Добавкой к аргону 5 - 10 % азота может быть повышено его содержание в металле шва. Азот, являясь сильным аустенитизатором, позволяет изменять структуру металла шва.

При сварке в углекислом газе низкоуглеродистых высоколегированных сталей с использованием низкоуглеродистых сварочных проволок, если исходная концентрация углерода в сварочной ванне менее 0,10 %, происходит науглероживание металла на 0,02 - 0,04 %. Этого достаточно для резкого снижения стойкости металла шва к межкристаллитной коррозии. Одновременно окислительная атмосфера, создаваемая в дуге за счет диссоциации углекислого газа, способствует угару до 50 % титана и алюминия.

Несколько меньше выгорают марганец, кремний и др. Поэтому при сварке коррозионно-стойких сталей в углекислом газе применяют сварочные проволоки, содержащие раскисляющие и карбидообразующие элементы (алюминий, титан и ниобий).

Науглероживание металла шва в некоторых случаях может оказать благоприятное действие при сварке жаропрочных сталей. При наличии в металле шва энергичных карбидообразователей (титана и ниобия) его науглероживание при увеличении в структуре количества карбидной фазы повышает жаропрочность. Недостатком сварки в углекислом газе является большое разбрызгивание металла (потери достигают 10-12%) и образование на поверхности шва плотных пленок окислов, прочно сцепленных с металлом. Это может резко снизить коррозионную стойкость и жаростойкость сварного соединения.

Список литературы

1.http://9val.com.ua/index.php?show_aux_page=12

2. https://sdelaemsami.ru/drevniymir/zan012.html

3.https://studwood.ru/1612740/tovarovedenie/tehnologiya_svarki_vysokolegirovannyh_austenitnyh_staley

4.https://studme.org/218117/tehnika/tehnologiya_svarki_hromonikelevyh_austenitnyh_staley

5.http://metallicheckiyortal.ru/articles/prokat/list/xromonikelevie_splavi_stali_i_ix_primenenie_v_prom

6. https://tutmet.ru/svarka-austenitnyx-zharoprochnyx-stalej.html
1   2

скачати

© Усі права захищені
написати до нас