23. Сварка высокохромистых ферритных сталей. Сварочные материалы
РДС ферритных сталей.
Для сварки высокохромистых сталей с получением в сварном шве такого же типа Ме как и свариваемая сталь используют электроды с покрытием основного типа с большим количеством ферро-титана и алюминия.
Наиболее распространенными являются электроды типа Э-10Х17Т марок: ЦЛ-10, НЗЛ-Х17 ( используются при сварке сталей ≤17% Cr)
Электроды марки НЗЛ-Х30 основаны на сварочной проволоке СВ-10Х29Т и используются для сварки ферритных сталей с содержанием Cr от 25-30%
Лучшие результаты (повышенные сварочно-технологические свойства, свойства шва без Т.О. и более вязкий и пластичный металл шва) обеспечивают аустенитные электроды, например: Э-10Х25Н13Г2Б, марка ЦЛ-9.
Сварку ферритных сталей так же производят электродами типа ЭФ-25 и ЭФ-30 марок Х25 и Х30.
Механизированная сварка ферритных сталей.
При механизированных процессах сварки ферритных-хромистых сталей ( сварка в защитных газах и под флюсом) с использованием сварочных материалов обеспечивающих получение сварных швов с ферритной структурой даже последующий высокий отпуск не повышает ударной вязкости металла шва.
Т.О. обработка таких сталей возможна, но она затруднена необходимостью проведения последовательности нагревов до заданных температур, различные длительности выдержки при этих температурах и контролируемой скорости охлаждения.
Это позволяет получить структуру, содержащую мелкозернистый феррит и удовлетворительные механические свойства, близкие к основному металлу. Более распространенным является вариант использования электродных проволок аустенитного класса (хромо-никелевые) или аустенитно-ферритного класса.
Для обеспечения коррозионной стойкости, например для работы изделия в азотной или уксусной кислотах, в сварных швах должны содержаться Ti и Nb. Например, для сварки стали 08Х17Т в СО2 хорошие результаты могут быть получены при использовании сварочных проволок марок СВ-08Х20Н9Г7Т или СВ-05Х25Н12ТЮ.
Лучшее качество сварного соединения достигается при использовании проволоки СВ-08Х20Н15ФБЮ.
При выборе сварочных материалов для сварки высокохромистых сталей особенно важно учитывать возможные отрицательные проявления Ni, например при использовании аппаратуры из стали 08Х17Т для католического гидрирования бутана работающей с теплосменами вследствии заметного различия коэффициента термического расширения основного металла из ферритной стали и аустенитных сварных швов происходит накопление локальных деформаций после каждого цикла нагрева и охлаждения.
24 Вопрос Технология сварки чугуна
Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкции.
Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удовлетворительной обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).
Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:
1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.
2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих большую плотность (7,4 ... 7,7 г/см3), чем серый чугун (6,9 ... 7,3 г/см3), создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию.
3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.
4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.
5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис. 1. В случае низких скоростей охлаждения в чугунном шве и участке околошовной зоны может быть обеспечено сохранение структуры серого чугуна. На схеме W'охл обозначено наибольшее значение скорости охлаждения металла шва и высокотемпературного участка зоны термического влияния при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предварительного подогрева.
Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с подогревом (300 ... 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (W''охл ) на рис. 1). При такой скорости охлаждения в шве и на участке околошовной зоны, в зависимости от количества графитизаторов, может быть получен либо белый, либо серый чугун.
Рис. 1 Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны
При высоком подогреве (600 ... 650 °С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до W'''охл, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустени-та с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше температуры Ас3, - высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 ... 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна.
Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений. Сварку с подогревом до температур 300 ... 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева - холодной сваркой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:
Легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;
Легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;
Введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;
Применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплав ленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.
Классификация и маркировка чугунов.
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:
Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:
1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;
2) высокопрочные - шаровидный графит;
3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами,
соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:
С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
Чугун и его свариваемость.
Свариваемость чугуна. При оценке физической свариваемости его следует отнести к группе хорошо свариваемых материалов, а при оценке по технологической свариваемости, когда требуется сварное соединение без снижения качества основного металла и металлa шва, чугун является трудносвариваемым сплавом.
Основные причины, ухудшающие свариваемость чугуна, следующие.
Возможность образования в шве и околошовной зоне хрупких и труднообрабатываемых структур отбела и закалки с очень высокой твердостью.
Высокая жидкотекучесть, низкая пластичность, так как отсутствует площадка текучести, которую имеет сталь. Это создает напряженное состояние структуры и приводит к трещинам.
Чугун не имеет пластического (тестообразного) состояния и при достижении температуры плавления мгновенно переходит из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении - из жидкого в твердое.
Образование пористости за счет большого количества окиси углерода и быстрое затвердевание расплавленного металла - причина того, что газы не успевают выйти. При содержании в чугуне углерода 4,3% температура его плавления сравнительно невысокая - 1150ºС.
"Рост" чугуна, т. е. склонность серого чугуна к необратимому увеличению объема на 3-5% при нагреве его до 300-500ºС приводит к деформациям, иногда - к трещинам.
При охлаждении чугун (как вода) расширяется. Повышенная склонность чугуна к образованию хрупких структур связана в основном с высоким содержанием в нем углерода. Это явление особенно проявляется при дуговых способах сварки. При локальном нагреве чугуна создается перепад температур в теле, который вызывает термические напряжения.
При газовой сварке обеспечивается большая зона плавного нагрева и меньшая скорость охлаждения, поэтому образование структур закалки и отбела сварного стыка менее вероятно.
Такая структура неблагоприятна для сварки, она не встречается ни в одном другом металле. Относительное удлинение при разрыве серого чугуна практически равно нулю. Это характеризует его как непластичный материал.
Чугуны очень неоднородны по своему химсоставу и сильно засорены различными примесями, поэтому результаты сварки чугунных деталей одинаковой марки могут быть различны.
Нужно помнить, что есть виды чугунных изделий, чугуны которых практически совершенно не поддаются сварке, например, не поддается сварке так называемый горелый серый чугун. Горелым он называется потому, что подвергался длительному воздействию высокой температуры (например, плита на печке), кислот, пара и т. д. Из-за пористости чугуна в подобных случаях окисление проникает на всю толщину металла, обволакивая металлические зерна пленкой окислов и делая металл рыхлым, механически непрочным и главное - несмачивающимся никаким жидким металлом. При попытке сварки дугой, в стыке от температуры образуются (скатываются) шарики полуметалла, а стык на их объем углубляется и получается канавка.
Плохо свариваются чугуны с черным изломом.
Нужно помнить, что никому в производстве еще не удавалось получить равнопрочное чугунное сварное соединение.
Технологические трудности сварки чугуна породили множество способов его сварки и их разновидностей, но ни один способ не является вполне приемлемым для всех случаев, встречающихся в практике.
Поэтому сварку чугуна применяют только при ремонтных работах и при устранении мелких дефектов в отливках. Накопленный опыт позволяет сделать вывод, что газовая сварка является одним из надежных и несложных способов, позволяющих получить наплавленный металл, по свойствам близкий к основному металлу. Это объясняется термическими процессами при сварке, меньшей вероятностью появления в зоне сплавления отбеленного чугуна.
Способы сварки чугуна:
Горячая сварка чугуна.
Холодная сварка чугуна.
Газовая пайкосварка чугуна.