§ 22. СВАРКА НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Низкоуглеродистые стали, содержа­щие до 0,25 % С, хорошо свари­ваются. Сварные соединения легко обрабатываются режущим инструмен­том.

К низколегированным сталям от­носят наиболее распространенные стали типа 15ХСНД. При сварке эти стали склонны к образованию закалочных структур.

Для предупреждения перегрева и образования закалочных структур реко­мендуется многослойная сварка с боль­шим интервалом времени между нало­жением слоев. Дуговую сварку металла толщиной 2 мм и более выполняют электродами УОНИ-13/45, УОНИ-13/65 на постоянном токе обратной поляр­ности.

Для изделий толщиной более 15 мм после сварки необходима термооб­работка — высокотемпературный отпуск (550—650 °С). Хромокремнемарганцовн — стые стали. 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА и 35ХГСА относятся к среднелегирован­ным конструкционным сталям повышен­ной прочности. При сварке они образу­ют закалочные структуры. В зави­симости от толщины металла приме­няют однослойную и многослойную сварку с малыми интервалами вре­мени между наложением слоев. Для сварки применяют электроды со стерж­нями Св-18ХГС, Св-18ХМА или низко­углеродистую проволоку Св-08А с по­крытием типа НИАТ-ЗМ, ЦЛ-18-63, ЦЛ-30-63, ЦЛ-14, УОНИ-13/85. Ориен­тировочные режимы сварки приведены в табл. 21. Изделия, сваренные из стали 25ХГСА, нагревают до темпера­туры 650—880 °С с выдержкой в течение 1 ч на каждые 25 мм толщины и охлаждают на воздухе или в горячей воде.

Теплоустойчивые стали 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 12Х1МФА, 15Х1М1Ф предназна­чены для изготовления деталей, рабо­тающих в условиях высоких температур (400—600 °С) и при давлении газа или пара до 30 МПа (трубчатые элементы паровых котлов, элементы нефтепере­гонной и химической аппаратуры и т. п.). Эти стали имеют склонность к образо­ванию трещин в зоне термического влияния. Поэтому требуется предвари­тельный подогрев до температуры 200— 300 °С и последующая термообработка (отпуск) по режиму; нагрев изделия до 710 °С, выдержка при этой темпера­туре не менее 5 мин на 1 мм толщины металла с последующим медленным охлаждением. Иногда эти стали от­жигают при температуре 670— 800 °С. Для сварки сталей 12ХМ, 15ХМ и 20ХМЛ применяют электроды ЦУ-2ХМ, ЦЛ-38, ЗИО-20, УОНИ-13ХМ. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности (см. также табл. 7, 8).

При сварке корневых швов в раз­делке на металле толщиной 10 мм и более используют электроды диамет­ром 3—4 мм. Рекомендуемые для данной марки электрода значения сва­рочного тока, его род и полярность выбирают согласно паспорту электрода, в котором обычно приведены и его
сварочно-технологические свойства, ти­пичный химический состав шва и меха­нические свойства. Рядовые и ответст — ветственные конструкции из низкоугле­родистых сталей сваривают электродами типа Э42 и Э46 (табл. 24 и 25, а также табл. 6).

При сварке этих сталей обычно обеспечиваются достаточно высокие ме­ханические свойства сварного соедине­ния и поэтому в большинстве случаев не требуются специальные меры, на­правленные на предотвращение обра­зования в нем закалочных структур. Однако при сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя много­слойного шва для повышения стойкости

Таблица 25. Соответствие марок
электродов типу электродов

Тип электрода по ГОСТ 9467—75

Марки электродов

Э42

ЦПЗ-32Р, АНО-1, АНО-5, АНО-6, ВСП-1, ВСЦ-2

Э42А

УОНИ-13/45, СМ-11, УП-1/45, УП-2/45. ОЗС-2

Э46

АНО-3, АНО-4, МР-1, МР-3, ОЗС-З, ОЗС-4, ОЗС-6, ЭРС-1, ЭРС-2, РБУ-4, РБУ-5

Э46А

Э — 138/45Н

Э50

ВСН-3

Э50А

УОНИ-13/55, УП-1/55, УП-2/55, ДСК-50, Э-138/50Н

металла к кристаллизационным трещи­нам может потребоваться предваритель­ный подогрев до температуры 120— 150 °С.

Для сварки рядовых конструкций из низколегированных сталей обыч­но применяют электроды типа Э42А, а ответственных — типа Э50А, что обес­печивает получение металла с доста­точной стойкостью к кристаллизацион­ным трещинам и требуемыми прочно­стными и пластическими свойствами. Легирование металла шва за счет провара основного металла легирующи­ми элементами, входящими в основной металл, и повышенные скорости охлаж­дения позволяют получить металл шва с более высокими, чем при сварке низко­углеродистых сталей, прочностными по­казателями.

Техника заполнения швов и опре­деляемый ею термический цикл сварки зависят от предварительной термооб­работки стали. Сварка толстого ме­талла каскадом и горкой, с замедлением скорости охлаждения металла шва и околошовной зоны, предупреждает обра­зование в них закалочных структур. Это же достигается при предварительном подогреве до температуры 150—200 °С. Поэтому эти способы дают благо­приятные результаты на нетермоуп — рочненных сталях. При сварке термо­упрочненных сталей для уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам. Следует выбирать режимы сварки с малой погонной энергией. При этом достигается и уменьшение протяженно­сти зоны разупрочненного металла в околошовной зоне. При исправлении де­фектов в сварных швах низколегиро­ванных и низкоуглеродистых сталей повышенной толщины швами малого сечения вследствие значительной ско­рости охлаждения металл подварочного шва и его околошовной зоны обладает пониженными пластическими свойства­ми. Поэтому дефектные участки следует подваривать швами нормального сече­ния длиной не менее 100 мм или пред­варительно подогревать до темпера­туры 150—200 °С.

К углеродистым сталям относятся среднеуглеродистые стали с содержа-, нием 0,3—0,5% С и высокоуглеродистые с содержанием 0,5—1% С.

При сварке среднеуглеродистых ста­лей возможно образование трещин как в основном, так и в наплавлен­ном металле. Для получения качествен­ных соединений перед сваркой необходим подогрев изделия до 200—350 °С. После сварки изделие вновь помещают в печь, нагревают его до 675—700 °С, медленно охлаждают вместе с печью до 100— 150 °С. Дальнейшее охлаждение изде­лия возможно на воздухе. При сварке среднеуглеродистых сталей применяют электроды марок УОНИ-13/55.

У ОНИ-13/65, УП-1 /45, ОЗС-2, УП-2/45, ВСП-1, МР-1, ОСЗ-4 и др. Сварку электродами УОНИ-13/55, ОЗС-2, ВСП-3 можно выполнять только на постоянном токе обратной полярности. Применение электродов ВСП-1, МГ-1, ОЗС-4 позво­ляет использовать любой род тока. Перед сваркой электроды необходимо про­сушить при температуре 150—200 °С. При сварке желательно соблюдать следующие соотношения между диа-

метром электрода и рочного тока:

Диаметр элек-

значением сва-

тродов, м м Сварочный

2

2,5 3

ток, А Диаметр элек­

40—60

50—75 80—100

тродов, мм Сварочный

4

5 6

ток, А

130 — 150

170—200 200—280

Высокоуглеродистые стали использу­ют при изготовлении режущего, бу­рильного и другого инструмента. Техно­логия сварки этих сталей обязательно предусматривает предварительный подо­грев до 350— 400 °С, иногда сопутству­ющий подогрев и последующую термо­обработку (см. гл. 9). Сварку выпол­няют узкими валиками небольшими участками. Обязательно заплавляют кратеры или выводят их на техно­логическую планку. Сварка при тем­пературе окружающей среды ниже + 5 °С и на сквозняках недопустима.

Высоколегированными называют ста­ли на основе железа, легированные одним или несколькими элементами в количестве 5—55%. Их классифицируют в зависимости от систем легирования, структуры, свойств и назначения. Мар­ки и типы электродов для сварки высо­колегированных сталей приведены в табл. 9. Эти стали имеют высокие прочность, вязкость и пластичность. При сварке необходимо учитывать их пони­женную электропроводимость и тепло­проводность, что ведет к значитель­ным короблениям, а также к меж — кристаллитной коррозии. Поэтому стро­гое соблюдение режимов сварки особен­но важно. Сварку выполняют электро­дами ЗИО-З, ОЗЛ-8, ЦЛ-11, ЦТ-1 и др. на постоянном токе обратной полярности с применением медных под­кладок или ускоренного охлаждения швов водой или сжатым воздухом.

Сварку окалиностойких сталей вы­полняют электродами ЦЛ-25, ОЗЛ-4, ОЗЛ-9А, ГС-1, 03 Л-5 и ЦТ-17 на постоянном токе обратной полярно­сти. Для снятия напряжений после сварки стали подвергают термообра­ботке (отпуск при 650 °С).

Хромистые стали 40Х9С2, 15Х5М,

10Х5МФ, 12X13 с содержанием 4—14% Сг относят к мартенситному классу. Их применяют для изготовления кон­

струкций повышенной прочности в агрес­сивной среде (аппаратура нефтепере­рабатывающей промышленности). Ста­ли 15X28, 15Х18СЮ с содержанием

18—30% Сг относят к ферритному классу. Они хорошо сопротивляются окислению при высоких температу­рах.

Склонность хромистых сталей к за­калке на воздухе с образованием мартенситной структуры и рост зерен в зоне термического влияния составля­ют основные трудности при сварке этих сталей.

Сварку хромистых сталей необхо­димо выполнять с предварительным подогревом до 200—400 °С.

После сварки изделие охлаждают на спокойном воздухе до 150— 200 °С, а затем подвергают высокому отпуску: нагрев в печи до 720— 750 °С с выдерж­кой в течение 5 мин на 1 мм толщины металла, но не менее 1 ч, с последующим медленным охлаждением на спокойном воздухе. Стали с содержанием 7—10% Сг выдерживают в печи в течение 10 мин на 1 мм толщины металла. Сварку выполняют электродами ЦЛ-17-63, УОНИ-13/85 и др. на постоян­ном токе обратной полярности.

Высокомарганцовистые стали типа 110Г13Л, содержащие 11—16% Мп, относят к сталям аустенитного клас­са. Они обладают высокой износо­стойкостью, их применяют для изго-

Таблица 26. Режимы ручной сварки покрытыми электродами высоколегированных

сталей и сплавов

Марка

электрода

Сила тока (А) при сварке в нижнем положенні электродами диаметром, мм

га

S

кг на­летал-

О

S

S

2

3

4

5

= < 1?

ІІ

2 я О EJ

* с

Расход на 1 плавленного і

ла, кг

Пространств»

положение

ЦЛ-17-63

80—120

130—160

180—210

10,5

1,6

Любое

ЦЛ-33

80—110

100—140

160—200

13

1,5

цл-н

40—55

70—90

110—130

140—160

12,5

1,8

ОЗЛ-6

30—50

60—80

120—140

140—160

11,5

1,6

НИАТ-5

30—50

50—80

100—140

130—170

12,5

1.8

Нижнєє и верти­кальное

КТИ-7-62

80—100

ПО — 130

140—160

11,2

1,6

Нижнєє

ЦТ-28

_______

80—110

110—140

10.5

1.75

Любое

товл|ения железнодорожных крестовин, зубьев экскаватора, ковшей землечер­палок и других деталей. Для сварки применяют электроды трех типов: нике­лемарганцовистые, содержащие 4—4,5% Ni, 11—13% Мп, 0,6—1% С. На стержни наносят покрытия основного типа: кор­розионно-стойкие; низко углеродистые; покрытия, содержащие до 60—65% феррохрома. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярно­сти. Сталь сваривают в закаленном состоянии.

Закалку проверяют с помощью маг­нита (закаленная сталь немагнитна).

Высоколегированные стали и спла­вы вручную сваривают так же, как и обычные конструкционные стали. Вместе с тем имеется ряд специфических осо­бенностей, главные из которых: преиму­щественное применение электродов с основным покрытием; сварка на посто­янном токе обратной полярности, корот­кой дугой без поперечных колебаний^ конца электрода, сравнительно корот­кими электродами на небольших токах.

Режимы сварки высоколегированных сталей и сплавов аустенитными элек­тродами назначают с таким расчетом, чтобы отношение силы тока к диаметру электрода не превышало 25—30 А/мм (табл. 26). При сварке аустенитными электродами в вертикальном или пото­лочном положении силу тока уменьшают на 10—30% по сравнению с этим пара­метром при сварке в нижнем положении. Электроды перед сваркой во избежание образования пор в металле шва над­лежит прокаливать при температуре 250—400 °С в течение 1—1,5 ч.