|
|
Сварка нержавеющей стали
При сварке
аустенитного нержавеющего проката следует учитывать
отличия физических свойств от свойства углеродистого проката:
- уделенное электрическое сопротивление
почти в шесть раз больше,
-
точка плавления примерно на 100С ниже,
- теплопроводность составляет
около одной трети от соответствующего показателя углеродистого
проката,
- коэффициент теплового расширения по длине примерно на 50%
больше.
Сварку можно выполнять с помощью любых методов
сварки:
- Ручная дуговая /сваркаобычно при толщине материала более 1,5
мм/
- Дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG) для
сварки тонких листов и труб
- Дуговая сварка плавящимся электродом в
инертном газе / Сварка в среде активных газов (MIG/MAG)отличается
высокой производительностью импульсная дуговая сварка плавящимся
электродом в инертном газе, для листов толщиной 0,8 мм сварка
короткой дугой плавящимся электродом в инертном газе, для листов
толщиной менее 0,8-3,0 мм сварка дугой со струйным переносом
металла, плавящимся электродом в инертном газе, для листов толщиной
более 3,0 мм
- Плазменная сварка применяется
для широкого диапазона толщины
- Дуговая сварка под
флюсом для материалов толщиной более 10 мм
- Сварка сопротивления
точечная и роликовая сварка тонких листов
- Лазерная сварка,
высокочастотная сварка и т.д.
Последующая обработка сварных швов.
На поверхности сварного соединения образуется пористый оксидный
слой, содержащий в основном хром. Этот слой
ослабляет стойкость соединения к коррозии. Хром оксидного слоя в
основном материале возникает из стали, вследствие чего под оксидным
слоем образуется так называемый слой со сниженным содержанием хрома.
При необходимости, для повышения стойкости сварного соединения к
коррозии, как и у основного материала,
оксидный слой и зону со сниженным содержанием хрома удаляют,
т.е. сварное соединение проходит последующую обработку.
Термообработка
Под термообработкой понимается растворение внутри стальной
конструкции (более 1000 С), с помощью которого сглаживаются
различия присадочных материалов.
Механические методы
последующей обработки
При механических методах обработки разрешается использовать только те рабочие
принадлежности, которые предназначены для обработки нержавеющего
проката:
- шлифовальные ленты и круги, предназначенные для обработки
нержавеющего проката,
- щетки из нержавеющей стали дроби из нержавеющей
стали при дробеструйной обработке.
Травление
Травление это наиболее эффективный метод обработки сварных.
При
правильном выполнении травление позволяет устранить вредный
оксидный слой, а так же зону со сниженным содержанием хрома. Травление
выполняется погружение, поверхностного нанесения или покрытия
пастой в зависимости от условий. Чаще при травлении используется
смешащая кислота: азотная кислота/фтористоводородная кислота
(плавиковая кислота) в следующих пропорциях:
8 – 20 % HNO3 (азотная кислота) 0,5 – 5 % HF (фтористоводородная
кислота) остальные компоненты Н2О (вода)
Время травления аустенитного нержавеющего проката зависит:
- от температуры, концентрации кислот,
- толщины окалины и сорта проката
(т.н. кислотоупорный прокат требует более продолжительного времени
обработки по сравнению с нержавеющим прокатом).
Доведение степени
шероховатости сварного шва до показателя основного
листа путем шлифования или полирования после травления еще более
увеличивает стойкость конструкции к коррозии.
Сварка это комплекс одновременно протекающих процессов
, основными из которых являются:
- тепловое воздействие на металл в
зоне термического влияния ,
- термодеформационные плавления,
- металлургической обработки
- кристаллизации металла в объёме
сварочной ванны в зоне сплавления .
Физическая свариваемость характеризует возможность
получения монолитных сварных соединений.
В процессе сварки имеет место непрерывное охлаждение. Характер
структурных превращений при этом отличается от случая распада
аустенита при изотермической выдержке . При непрерывном охлаждении
значение инкубационного периода в 1.5 раза больше , чем при
изотермическом . С увеличением скорости охлаждения получаемая
структура в зоне изотермического влияния измельчается , твёрдость её
повышается . Если скорость охлаждения превышает критическую скорость
, образование структур закалки неизбежно .
Закалённые структуры в аппаратостроении являются крайне
нежелательными : отличаются высокой твёрдостью , хрупкостью , плохо
обрабатываются , склонны к образованию трещин .
Если скорость охлаждения ниже критической скорости , образование
закалочных структур исключается . В зоне термического влияния
наиболее желательными являются пластичные , хорошо обрабатываемые
структуры типа перлита или сорбита . Поэтому получение качественных
соединений непременно связано с достижением желаемых структур в
основном регулированием скорости охлаждения .
Подогрев способствует перлитному превращению и является действенным
средством исключения закалочных структур . Поэтому он служит в
качестве предварительной термической обработки сварных соединений
(нагрев до сварки и в процессе её ) . Меняя скорость охлаждения ,
можно получить желаемую твёрдость в зоне термического влияния .
В некоторых случаях появляется необходимость увеличения скорости
охлаждения . Путём ускоренного охлаждения удаётся измельчить зерно ,
повысить прочностные свойства и ударную вязкость в зоне термического
влияния . С этой целью находит применение метод сопутствующего
охлаждения . Сварное соединение в процессе сварки с обратной стороны
дуги охлаждается водой или воздушной смесью , что способствует
получению крутой ветви скорости охлаждения.
Технологическая прочность
сварного шва
“Технологическая прочность”
этот термин применяется для характеристики прочности
конструкции в процессе её изготовления . В сварных конструкциях
технологическая прочность лимитируется в основном прочностью сварных
швов . Это один из важных показателей свариваемости стали .
Технологическая прочность оценивается образованием горячих и
холодных трещин .
1. Горячие трещины. Это хрупкие межкристаллические разрушения
металла шва и зоны термического влияния . Возникают в твёрдо-жидком
состоянии на завершающей стадии первичной кристаллизации , а так же
в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе
преимущественного развития межзернистой деформации .
Наличие температурно-временного интервала хрупкости является первой
причиной образования горячих трещин . Температурно-временной
интервал обуславливается образованием жидких и полужидких прослоек ,
нарушающих металлическую сплошность сварного шва . Эти прослойки
образуются при наличии легкоплавких , сернистых соединений
(сульфидов ) FeS с температурой плавления 1189 С и NiS с
температурой плавления 810 С . В пиковый момент развития сварочных
напряжений по этим жидким прослойкам происходит сдвиг металла ,
перерастающего в хрупкие трещины .
Вторая причина образования горячих трещин - высокотемпературные
деформации . Они развиваются вследствие затруднённой усадки металла
шва , формоизменения свариваемых заготовок , а так же при релаксации
сварочных напряжений в неравновесных условиях сварки и при
послесварочной термообработке , структурной и механической
концентрации деформации.
2. Холодные трещины.
Холодными считают такие трещины , которые образуются в процессе
охлаждения после сварки при температуре 150 С или в течении
нескольких последующих суток . Имеют блестящий кристаллический излом
без следов высокотемпературного окисления .
Основные факторы , обуславливающие появление холодных трещин
следующие: а) Образование структур закалки ( мартенсита и бейнита )
приводит к появлению дополнительных напряжений , обусловленных
объёмным эффектом .
б) Воздействие сварочных растягивающих напряжений .
в) Концентрация диффузионного водорода . Водород легко перемещается
в незакалённых структурах . В мартенсите диффузионная способность
водорода снижается : он скапливается в микропустотах мартенсита ,
переходит в молекулярную форму и постепенно развивает высокое
давление , способствующее образованию холодных трещин . кроме того ,
водород , адсорбированный на поверхности металла и в микропустотах ,
вызывает охрупчивание металла .
Углеродистые стали :
сварка и сопутствующие ей процессы
Сплавы Fe и С ,
где процентное содержание углерода не превышает 2,14 % , называют
углеродистыми сталями . Углерод оказывает сильное влияние на
свойства сталей . Наличие других элементов обусловлено :
1. Технологическими особенностями производства - Mn , Si - для
устранения вредных включений закиси железа , FeO и FeS . Вокруг
оторочки сернистого железа , начиная с 985 С , происходит оплавление
, что ведёт к снижению технологической прочности сварного шва .
Температура плавления MnS составляет 1620 С , кроме того , он
пластичен .
2. Невозможностью полного удаления из металла ( S, P, N , H )
3. Случайными причинами ( Cr , Ni , Cu и другие редкоземельные
металлы ) Углеродистые стали составляют основную массу сплава Fe-C ,
до 95 % аппаратуры и оборудования изготавливают из этих сталей .
В отечественной промышленности наиболее широко применяют стали с
содержанием углерода до 0,22 % , редко от 0,22 до 0,3 % .
Структурно -фазовые превращения углеродистых сталей определяются
диаграммой состояния Fe-C . В нормализованном состоянии имеют
феррито- перлитную структуру . С точки зрения кинетики распада
аустенита , у углеродистых сталей происходит превращение аустенита в
перлит ( второе основное превращение).
В зависимости от температуры охлаждения , степени переохлаждения ,
скорости охлаждения феррито- цементитной смеси получается различной
степени дисперсионный перлит , сорбит , бейнит , троостит .
Низколегированные стали
повышенной прочности
К
низколегированным относят стали , содержащие в своём составе до 2 %
легирующих элементов каждого в отдельности и до 5 % суммарно ( Mn ,
Si , Cr , Ni ). Содержание углерода , как и у углеродистых сталей не
превышает 0,22 % . Содержание S и P в низколегированных сталях такое
же , как в качественных сталях.
При сварке , кинетика распада аустенита такая же , как и
углеродистых сталей . При охлаждении на воздухе получается феррито-
перлитная структура . Поэтому низколегированные стали повышенной
прочности относят к хорошо свариваемым сталям .
Однако легирующие элементы существенно снижают критическую скорость
охлаждения . При содержании в верхнем пределе и высоких скоростях
охлаждения возможно подавление перлитного превращения и появления
промежуточных и закалочных структур .
При уменьшении погонной энергии сварки и увеличении интенсивности
охлаждения в металле шва и зоне термического влияния возрастает
вероятность распада аустенита с образованием закалочных структур .
При этом будет увеличиваться вероятность образования холодных трещин
и склонность к хрупкому разрушению .
При повышенных погонных энергиях наблюдается рост зерна аустенита и
образуется грубозернистая феррито- перлитная структура
видманштетового типа с пониженной ударной вязкостью .
Выбор тепловых режимов в основном преследует цель недопущения
холодных трещин . Одним из самых технологичных средств , снижающих
вероятность появления трещин , является подогрев . Температура
подогрева определяется в зависимости от эквивалента углерода и
толщины свариваемого проката . Необходимая температура подогрева
возрастает с увеличением легированности стали и толщины свариваемого
проката .
Низколегированные стали
жаропрочные перлитные .
Хромомолибденовые
стали 12МХ , 12ХМ , 15ХМ предназначены для работы в диапазоне
температур -40... +560 С . В основном используются при температурах
+475...+560 С . Их применение обусловлено низкой стоимостью и
достаточно высокой технологичностью при изготовлении сварных
конструкций и производстве отливок , поковок .
На участках , нагретых выше точки Ас(3) , возможно образование
мартенсита и троостита . Реакция стали на термический цикл сварки
характеризуется разупрочнением в зоне термического влияния в
интервале температуры Ас(3) - Т (0), который объясняется процессами
отпуска . Протяжённость разупрочненного участка увеличивается про
больших значениях погонной энергии сварки .
Мягкая разупрочненная прослойка может явиться причиной локальных
разрушений сварных соединений в процессе эксплуатации , особенно при
изгибающих нагрузках.
Устранение разупрочнения осуществляется последующей термической
обработкой с фазовой перекристаллизацией в печах ( объёмная
термическая обработка ) .
Образование обезуглероженной ( ферритной ) прослойки - это
специфический показатель свариваемости , присущий этим сталям . В
процессе последующей эксплуатации при температурах 450-600 С ,
происходит миграция углерода из металла шва в основной металл , или
наоборот , когда имеет место различие в их легировании
карбидообразующими элементами .
Стали системы Fe-C-Cr (
хромистые стали ) .
Хром - основной
легирующий элемент . Он придаёт сталям ценные свойства :
жаропрочность , жаростойкость ( окалиностойкость , коррозионную
стойкость ) .Чем больше содержание хрома , тем более высокой
коррозионной стойкостью обладает сталь . Такое влияние хрома
объясняется его способностью к самопассивированию даже в
естественных условиях и образованию плотных газонепроницаемых
оксидных плёнок при высоких температурах .
1. Специфика свариваемости сталей типа 15Х5М .
Склонность к закалке осложняет технологический процесс выполнения
сварочных работ . В зоне термического влияния образуются твёрдые
прослойки , которые не устраняются даже при сварке с подогревом до
350-400 С . Для полного устранения твёрдых прослоек необходимо
применение дополнительных мер . Небольшая скорость распада
хромистого аустенита , вызывающая склонность к закалке на воздухе ,
и фазовые превращения мартенситного характера снижают стойкость
сталей к образованию трещине при сварке .Применение закаливающих на
воздухе сталей для изготовления сварного оборудования приводит к
образованию в сварных соединениях механической неоднородности .
Механическая неоднородность , заключающаяся в различии свойств
характерных зон сварного соединения , является следствием , с одной
стороны , неоднородности термодеформационных полей при сварке
структурно - неравновесных сталей , с другой - применения технологии
сварки с отличающимися по свойствам сварочными материалами из-за
необходимости обеспечения технологической прочности .
В настоящее время применяется два вида сварки :
1. Сварка однородными перлитными электродами , близкими по составу к
основному металлу .При этом металл шва и зона термического влияния
приобретают закалённую структуру и образуется широкая твёрдая
прослойка .
2. Сварка с применением аустенитных электродов . Поскольку
аустенитные материалы не склонны к закалке , твёрдые прослойки
образуются только в зоне термического влияния .
Хромистые мартенситно-
ферритные стали .
У стали марки 08Х13 с содержанием углерода 0,08 % ,
термокинетическая диаграмма распада аустенита имеет две области
превышения : в интервале 600-930 С, соответствующем образованию
феррито- карбидной структуры , и 120-420 С - мартенситной .
Количество превращённого аустенита в каждом из указанных
температурных интервалов зависит , главным образом , от скорости
охлаждения . Например , при охлаждении со средней скоростью 0,025
С/с превращение аустенита происходит преимущественно в верхней
области с образованием феррита и карбидов . Лишь 10 % аустенита в
этом случае превращается в мартенсит в процессе охлаждения от 420 С
. Повышение скорости охлаждения стали до 10 C/c способствует
переохлаждению аустенита до температуры начала мартенситного
превращения ( 420 С ) и полному его бездиффузионному превращению .
Изменения в структуре , обусловленные увеличением скорости
охлаждения , сказываются и на механических свойствах сварных
соединений . С возрастанием доли мартенсита наблюдается снижение
ударной вязкости .
Увеличение содержания углерода приводит к сдвигу в область более
низких температур границы превращения мартенсита . У сталей с
содержанием углерода 0,1- 0,25 % в результате этого полное
мартенситное превращение имеет место после охлаждения со скоростью
~1С/c .
С точки зрения свариваемости , мартенситно- ферритные стали являются
“неудобными” в связи с высокой склонностью к подкалке в сварных
соединениях этих сталей . Подкалка приводит к образованию холодных
трещин . Склонность к образованию трещин при сварке зависит от
характера распада аустенита в процессе охлаждения . В случае
формирования мартенситной структуры ударная вязкость сварных
соединений 13 %-ных хромистых сталей снижается до 0,05-0,1 МДж/м .
Последующий отпуск при 650-700 С приводит к распаду структуры
закалки , выделению карбидов , в результате чего тетрагональность
мартенсита уменьшается . После отпуска ударная вязкость возрастает
до 1МДж/м2 . С учётом такой возможности восстановления ударной
вязкости большинство марок хромистых сталей имеет повышенное
содержание углерода для предотвращения образования значительного
количества феррита в структуре . Таким образом удаётся предотвратить
охрупчивание стали . Однако при этом наблюдается ухудшение
свариваемости вследствие склонности сварных соединений к холодным
трещинам из-за высокой хрупкости околошовного металла со структурой
пластинчатого мартенсита .
Аустенитные
коррозионностойкие стали .
Аустенитные стали
содержат в своём составе Cr , Ni , C . По реакции на термический
цикл хромоникелевые стали относят к хорошо свариваемым . При
охлаждении они претерпевают однофазную аустенитную кристаллизацию
неперлитного распада , тем более мартенситного превращения при этом
не происходит .
Характерным показателем свариваемости хромоникелевых сталей является
межкристаллитная коррозия (МКК) .
МКК развивается в зоне термического влияния , нагретой до температур
500-800 С ( критический интервал температур ) .
При пребывании металла в опасном (критическом) интервале температур
по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома Cr(4)C , что
приводит к обеднению приграничных участков зерен аустенита хромом
.хром определяет коррозионную стойкость стали . В обеднённых хромом
межкристаллитных участках развивается коррозия , которая называется
межкристаллитной .
Межкристаллитная коррозия имеет опасные последствия - может вызвать
хрупкие разрушения конструкций в процессе эксплуатации .
Чтобы добиться стойкости стали против межкристаллитной коррозии ,
нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов . т. е.
стабилизировать свойства стали .
Аустенитно- ферритные
нержавеющие стали.
Аустенитно-
ферритные стали относятся к группе хорошо свариваемых сталей . Они
стойки к образованию горячих трещин против межкристаллитной коррозии
.
Специфичным моментом свариваемости является их повышенная склонность
к росту зерна . Наряду с ростом ферритных зерен возрастает общее
количество феррита . Последующим быстрым охлаждением фиксируется
образовавшаяся структура . Размеры зерна и количество феррита , а
также ширина зоны перегрева зависят от погонной энергии сварки ,
соотношения структурных составляющих в исходном состоянии и
чувствительности стали к перегреву .Соотношение количества
структурных составляющих ( гамма - и альфа- фаз ) в исходном
состоянии в значительной степени зависит от содержания а стали Ti .
Количество титана в стали также определяет устойчивость аустенитной
фазы против гамма- альфа превращения при сварочном нагреве . Чем
выше содержание Ti , тем чувствительней сталь к перегреву .
Вследствие роста зерна и уменьшения количества аустенита наблюдается
снижение ударной вязкости металла околошовной зоны и угла загиба
сварных соединений аустенитно- ферритных сталей . Менее
чувствительными к сварочному нагреву являются стали , не содержащие
титан , - это стали 03Х23Н6 и 03Х22Н6М2 .
Особенности сварки
аппаратуры из разнородных сталей .
Специфическими
показателями свариваемости разнородных сталей являются процессы
диффузии и разбавления .
Наибольшую опасность представляет диффузия С в сторону
высоколегированной стали , где большая концентрация Cr или других
карбидообразующих элементов .
Разбавление происходит при перемешивании свариваемых сталей и
присадочного материала в объёме сварочной ванны .
Сталь более легированная разбавляется сталью менее легированной .
Степень разбавления зависит от доли участия каждого из составляющих
разнородное сварное соединение .
Общие сведения о металлургических процессах при сварке в инертных
газах .
Сварку сталей осуществляют обычно под флюсом , в среде оксида
углерода (IV) , но бывают случаи , когда целесообразно применять
аргонно- дуговую сварку ,- например для упрочнения средне и
высоколегированных сталей .
Низкоуглеродистые низколегированные стали , особенно кипящие ,
склонны к пористости вследствие окисления углерода :
Fe(3)C + FeO = 4Fe + CO ;
Этот процесс идёт за счёт кислорода , накопленного в сталях во время
их выплавки, но может возникать за счёт примеси к Ar марок В и Г ,
за счёт влажности газа и содержащегося в нём кислорода .
Для подавления этой реакции в сварочной ванне нужно иметь
достаточное раскислителей ( Si , Mn , Ti ) , т. е. использовать
сварочные проволоки Св08ГС или Св08Г2С . Можно снизить пористость
путём добавки к аргону до 50 % кислорода . который , вызывая
интенсивное кипение сварочной ванны , способствует удалению газов до
начала кристаллизации . Добавка кислорода к аргону снижает также
критическое значение сварочного тока , при котором осуществляется
переход от крупнокапельного переноса металла в дуге к струйному ,
что повышает качество сварки .
Среднелегированные углеродистые стали обычно содержат в своём
составе достаточное количество активных легирующих компонентов для
подавления пористости , вызываемой окислением углерода . Это
обеспечивает плотную структуру шва , а шва состав металла шва
соответствует основному металлу , если электродные проволоки имеют
так же близкий состав .
Аустенитные коррозионностойкие и жаропрочные стали (12Х18Н10Т и др.)
хорошо свариваются в среде аргона как плавящимся , так и
неплавящимся электродом . При сварке этих сталей обычно не требуется
каких-либо дополнительных мероприятий , но аустенитно- мартенситные
стали очень чувствительны к влиянию водорода , который их сильно
охрупчивает и даёт замедленное разрушение в виде холодных трещин.
Выполняем
поставку нержавеющей стали в любой город Украины:
Днепропетровск, Алушта, Алчевск, Белая Церковь, Бердянск, Винница,
Горловка, Днепродзержинск, Донецк, Евпатория, Житомир,
Запорожье, Ивано-Франковск, Каменец-Подольский, Керчь, Киев,
Кировоград, Краматорск, Кременчуг, Кривой Рог, Луганск, Луцк, Львов,
Макеевка, Марганец, Мариуполь, Мелитополь Николаев, Никополь,
Одесса, Павлоград, Полтава, Ровно, Севастополь, Северодонецк,
Симферополь, Сумы, Тернополь, Ужгород, Харьков, Херсон, Хмельницкий,
Черкассы, Чернигов, Черновцы, Ялта (Крым)
|
