Сварка стали, технология и способы сварки стали

Технология сварки стали различных структурных классов

Перлитную и аустенитную стали сваривать сложнее, поскольку на сварном шве образуются мартенситный налет или карбидная гряда, причем их объем снижает степень легирования материала, приближая его к характеристикам перлитной стали. Прослойка образуется в связи с худшим перемешиванием жидкого металла в пристеночных слоях. Если запас аустенитности металла в районе шва невелик, то прослойка может достигнуть критического уровня, приводя к разрушению соединения.

Соответственно, выбирая технологию сварки стали, необходимо отдавать предпочтение той, которая позволят добиться минимальной толщины кристаллизационного слоя. Для этого:

• используют высококонцентрированные источники тепла, например, электронный луч, лазер, плазму;
• разделывают или наплавляют кромки, снижая содержание участвующих в процессе сталей;
• выбирают режимы обработки, при которых толщина плавления минимальна;
• используют дуговую сварку в защитной газовой среде, способной обеспечить интенсивное смешивание металла сварной ванны.

Для сварки комбинированной стали наиболее подходящей является обработка в защитной газовой среде, поскольку при использовании этой технологии повышается температура расплавленного металла, снижается поверхностное напряжение, а значит, повышается интенсивность его смешивания. Это обусловлено увеличением приэлектродного падения напряжения сварочной дуги и кинетической энергии переноса капель металла электрода и плазменного потока в сварочной дуге.

Усилению эффекта способствует добавление в аргон кислорода, азота, углекислого газа. При добавке кислорода увеличивается температура в сварной ванне, а также возникают экзотермические окислительно-восстановительные реакции. За счет этого уменьшается степень структурной и механической неоднородности в области соединения перлитного металла с аустенитным швом.

Ручная дуговая технология сварки стали позволяет добиться лучших результатов в случае уменьшения температуры плавления электродов и, как следствие, температуры сварной ванны. Чтобы уменьшить температуру плавления электродов, используют стержни, в составе которых присутствуют никель и марганец. При применении этих электродов в процессе сварки под флюсом уменьшаются также кристаллизационные и диффузионные прослойки.

СВАРКА ЗАКАЛЕННОЙ ЛЕГИРОВАНОЙ СТАЛИ 40ХН

При изготовлении сварных конструкции необходимо решать, как правило две задачи; обеспечение требуемых техническими условиями механических свойств и предупреждения образования дефектов в сварных соединений. Наиболее опасными и недопустимыми дефектами являются трещины. Трещины возникают в швах при его кристаллизации (горячие трещины)и в околошовной зоне (холодные трещины) Сварные конструкции могут быть изготовлены из проката, отливок или поковок., прошедших перед сваркой операцию изотермического отжига. Имеется достаточно большое количество информации, касающейся образованию горячих и холодных трещин при дуговой сварке в сварных изделиях выполненных из заготовок, прошедших предварительную термическую обработку (отжиг) В некоторых случаях, когда от детали, по условиям работы, требуется высокая твердость, обеспечиваемая закалкой. приходится сваривать предварительно закаленную заготовку…

В связи с задачей изготовления сварных цилиндров из плохо сваривающейся стали 40Х целью настоящей работы стояла изучение свариваемости ее в закаленном состоянии и разработка технологии дуговой сварки этой стали со сталью 20

Для решения этой задачи в качестве пробы был выбран один из узлов , воспроизводивший форму и размеры натурного сварного соединения. и подвергающийся после сварки – термообработке закалке с отпуском .Проба состояла из цилиндрического корпуса стали 40Х с внутренней резьбой, в который ввертывалось донышко из стали 20 и обваривалось по периметру кольцевым швом (рис.1)

1 – сварной шов; 2 – донышко; 3 – цилиндр.

Рис.1. Сварной образец для определения свариваемости стали 40Х:

Перед сваркой, для получения требуемой твердости Н =2860-3020 МПа образец подвергали термической обработке закалке с отпуском по режиму приведенному на рис.2

Микроструктура образца перед сваркой представляла сорбитообразный перлит. Приварку донышка производили следующим образом.

Рис.2 -График термической обработки пробы

Деталь подвергали общему нагреву в электропечи до температуры 350-400 0С, затем производили сварку в нижнем положении, в два слоя с обязательной послойной зачисткой шва от шлака по режиму :сила сварочного тока–160–200 А; род тока–постоянный, полярность –обратная. При сварке использовали сварочные материалы:электроды УОНИ 13/55, тип электрода – Э50А, диаметр электрода–4 мм, катет шва-8 мм.

После сварки образец охлаждали вместе с печью. и контролировали. В результате просвечивания сварных швов рентгеновскими лучами дефектов не было обнаружено. Проверка наружной поверхности швов путем шлифовки с последующим травлением кислотой показала, что поверхностные трещины также отсутствуют. Для определения качества сварного соединения были изготовлены макрошлифы.

В результате проведенного макроисследования выявлено плотное строение наплавленного металла сварного шва и околошовной зоны. Микроструктура зоны наплавленного металла – феррито-перлитная; околошовной зоны – сорбитообразный перлит.

Сварные образцы прошли испытание на твердость Результаты испытаний показали, что сварка закаленной стали 40Х по указанной технологии не изменяет структуру и твердость основного металла. в зоне термического влияния (рис.3. т.3 и 6)

1-7 – точки замера твердости

Рис. 3 График замеров твердости сварного образца:

Результаты исследования сварки закаленной легированной стали 40Х позволили применить ее при изготовлении цилиндров.