Плавное формирование проплава может
быть достигнуто также путем аргонодуговой
сварки в потолочном положении неплавящимся
электродом. При оптимальном режиме
сварки в этом случае обеспечивается
форма шва без занижения и
без провисания проплава. При сварке
соединений с толщиной кромок более
4 мм делают чашеобразную разделку с
притуплением толщиной 2,0—3,0 мм со стороны
сварки. Место разделки заполняют
в нижнем положении методами автоматической
сварки плавящимся электродом. Предпочтительным
соединением является стыковое. Нахлесточные
и замковые соединения применять не разрешается.
Тавровые соединения необходимо выполнять
с полным проваром и двусторонней галтелью
с плавными переходами к основному, металлу.
Сварные детали из конструкционных
высокопрочных сталей рекомендуется
изготовлять из металла, улучшенного
вакуумно-дуговым или электрошлаковым
переплавом, обладающего более высокими
пластическими свойствами, изотропностью
свойств вдоль и поперек волокна и содержащего
минимальное число газовых и неметаллических
включений.
Высокопрочная сталь 30ХГСНА является
сталью перлитного класса. Детали из этой
стали можно обрабатывать с получением
следующих пределов прочности: 1600—1800МПа
после закалки в масле с
последующим низким отпуском или
после изотермической закалки с
низким отпуском; 1500—1700МПа и 1400—1600МПа
только после изотермической закалки.
При изготовлении сварных деталей
предпочтительней применять изотермическую
закалку вместо закалки в масле
с отпуском, так как в первом
случае изделия имеют меньшую
поводку, а сварные соединения и
основной металл обладают более высокой
пластичностью и вязкостью.
Сталь 30ХГСНА предназначена для
ответственных сварных изделий
с толщиной в месте сварки до 40
мм. Сварные изделия из стали 30ХГСНА
следует применять с определенными
ограничениями из-за высокой чувствительности
стали к концентраторам напряжений,
особенно при многократной статической
нагрузке, и к водородной хрупкости.
Изготовлять сварные резервуары
из стали 30ХГСНА не рекомендуется. Конструкции
из стали 30ХГСНА можно изготовлять
из термически обработанных элементов
и подвергать термообработке (закалке)
после сварки. Однако в том и
другом случае равнопрочность обеспечивается
соответствующим утолщением кромок, так
как максимальные напряжения в околошовной
зоне из-за чувствительности к концентрациям
напряжений не должны быть выше 60—70% прочности
основного металла (порядка 1000МПа). Переход
от сварного шва к основному металлу должен
быть плавным. Присадочный металл шва
должен иметь повышенную пластичность
и вязкость по сравнению с пластичностью
и вязкостью основного металла. Прочность
шва в зависимости от толщины свариваемой
детали и марки присадочной проволоки
при термической обработке изделия после
сварки изменяется в пределах 1200—800МПа,
а при сварке предварительно закаленных
деталей — в пределах 600—500МПа.
Низколегированные стали 30Х2ГСНВМ
и 42Х2ГСНМ мартенситного класса применяют
для изготовления изделий ответственного
назначения, в том числе обечаек
для емкостей, работающих под давлением
при температуре до 300° С и подвергающихся
термической обработке (закалке с отпуском)
после сварки. При этом допустима сварка
в окончательно упрочненном состоянии
только кольцевых, менее нагруженных швов,
при утолщенных кромках в местах сварки.
Конструкционные среднелегированные
стали 28Х3СНМВФА, 33Х3СНМВФА, 43Х3СНМВФА относятся
к сталям мартенситного класса, обеспечивающим
в сварных конструкциях прочность соответственно
от 1600 до 2000МПа. Эти стали достаточно надежно
работают в условиях повторно-статических
нагрузок. При сварке с последующей упрочняющей
термической обработкой изделий достигается
прочность сварных соединений не ниже
0,9 прочности основного металла. Эти стали
имеют низкое содержание серы и фосфора
(S+P < 0,025%), а также других примесей, отличаются
повышенной чистотой по газонасыщенности
и неметаллическим включениям. Эти стали
в некоторых случаях выплавляют с применением
ЭШП и ВДП.
Из стали 28ХЗСНМВФА изготовляют
цилиндрические и шаровые баллоны
высокого давления, днища, шпангоуты, обечайки
для емкостей ответственного назначения
и др. Сварные соединения стали 43Х3СНМВФА
обладают более высокой чувствительностью
к концентраторам напряжений, чем
стали 28Х3СНМВФА, поэтому из стали 43Х3СНМВФА
изготовляют узлы простой конфигурации
с минимальным числом сварных
швов. Швы выполняют только встык, с зачисткой
мест усиления и проплава.
Общие рекомендации
по сварке
При разработке технологических процессов
сварки среднеуглеродистых и легированных
конструкционных сталей, для обеспечения
надежных с заданными эксплуатационными
характеристиками изделий необходимо
предусматривать некоторые положения.
1. Правку, вальцовку, штамповку
и другие операции формообразования
свариваемых заготовок выполнять
в отожженном состоянии.
2. Подготовку свариваемых кромок
выполнять на металлорежущих
станках (строгание, фрезерование,
точение, резку на ножницах
тонких листов), что обеспечивает
необходимую точность сборки
и отсутствие изменения структуры
металла в месте реза. Газовую
резку при подготовке кромок
можно применять как исключение
в условиях монтажа крупногабаритных
сооружений для сталей с прочностью
до 1000МПа.
3. Поверхность металла в зоне
сварки очищать от окалины,
ржавчины и других загрязнений,
а также от влаги. Перечисленные
загрязнения создают условия
для образования пористости, окисных
включений, а в некоторых случаях
и трещин в металле шва (за
счет насыщения металла водородом).
Зачистку производить на участке
шириной не менее 10—15 мм как
сверху, так и снизу свариваемых
кромок, а также торца, если
последний имеет окисленную поверхность.
Зачистку производят, как правило,
вручную щетками, или на пескоструйных
и дробеструйных аппаратах.
4. В случае сварки деталей,
упрочненных термической обработкой,
особенно крупногабаритных, подготовку
кромок под сварку (подрезку торца,
выполнение разделки кромок) и
их зачистку следует выполнять
после термической обработки
для обеспечения необходимых
точности сборки свариваемых
деталей и параметров шероховатости
поверхности.
5. При сборке деталей под сварку
обеспечивать надежное закрепление
деталей относительно друг друга.
При этом смещение кромок должно
быть минимальным и не превышать
10—15% толщины свариваемых кромок.
Зазоры между кромками должны
быть минимальными и постоянными
по величине за исключением
специальных случаев сварки в
щелевой зазор. Сварочные приспособления
должны обеспечивать фиксирование
свариваемых деталей, предупреждая
изменение зазора и смещение
кромок в процессе сварки.
6. При необходимости прихваток
для фиксирования деталей в
месте сварки их размеры и
расположение должны обеспечивать
необходимую прочность и возможность
полной переварки при укладке
основных швов. Прихватки выполняют
с особой тщательностью, их
металл не должен иметь пор
и трещин. Кратеры прихваток должны
быть заварены. Перед наложением
основного шва прихватки необходимо
тщательно зачищать.
7. Сварку среднеуглеродистых сталей
(35, 40 и др.) следует выполнять так,
чтобы снизить содержание углерода
в металле шва, что достигается
применением присадочной проволоки
с низким содержанием углерода
и уменьшением доли основного
металла в металле шва. Следует
также обеспечить получение швов
с большим коэффициентом формы,
выбрать режимы сварки и число
слоев с учетом получения минимальной
зоны термического влияния, предупреждения
опасного роста зерна в зоне
перегрева и по возможности
отсутствия хрупких закалочных
структур. Последнее часто может быть
обеспечено применением предварительного
подогрева до 250—300 °С. Многослойная сварка одной
или двумя раздвинутыми дугами электродами
малого диаметра, применение низкоуглеродистых
или низколегированных проволок (СвО8А,
Св-08ГА, Св-10Г2) в сочетании с флюсами или
покрытиями, дополнительно легирующими
шов марганцем и кремнием (флюс АН-348-А,
электроды УОНИ-13/55 и др.), способствуют
получению работоспособных сварных швов.
Наиболее часто применяют ручную дуговую
сварку покрытыми электродами и автоматическую
сварку под флюсом. При изготовлении крупногабаритных
толстостенных конструкций целесообразно
применять электрошлаковую сварку как
высокопроизводительный процесс, позволяющий
за один проход сваривать металл неограниченной
толщины.
8. Перечисленные мероприятия не
предотвращают полностью закалки
металла в околошовной зоне, и для
получения высоких пластичных и вязких
свойств сварного соединения необходимо
применять последующую термическую обработку—отпуск
или закалку с отпуском, особенно при наличии
соединений больших толщин. На среднеуглеродистых
сталях удовлетворительное соединение
можно получить всеми видами сварки, за
исключением газовой. После сварки необходим
отпуск при 650 °С; изделия сложной конфигурации
и с толщиной стенок более 15 мм сваривают
с предварительным подогревом до 200 °С.
Стали 10Г2А и 12Г2А используют в конструкциях
при толщине листов до 4 мм. Стали сваривают
всеми видами сварки, в том числе и газовой.
Конструкции можно изготовлять из нормализованных
элементов без термической обработки
после сварки. При сварке легированных
конструкционных сталей режимы сварки,
технику сварки и сварочные материалы
выбирают из необходимости предупреждения
образования холодных трещин в шве и околошовной
зоне и обеспечения конструктивной прочности
сварного соединения, равной прочности
основного металла. Для этого в технологическом
процессе необходимо предусмотреть выполнение
рекомендаций, изложенных при рассмотрении
средств борьбы с холодными трещинами.
Сварку производят по возможности без
перерывов. Ветер и сквозняк, а также низкая
температура при сварке не допускаются.
При возрастании тока увеличивается нагрев
стали в зоне шва и замедляется, ее охлаждение.
В результате этого сталь закаливается
слабее. Однако повышенными режимами следует
пользоваться с осторожностью, так как
может возникнуть опасность значительного
перегрева в околошовной зоне и образование
горячих кристаллизационных трещин в
шве из-за появления грубой дендритной
структуры. Для уменьшения закалки основного
металла сварку производят в несколько
проходов. При многослойной сварке отдельные
накладываемые валики должны быть одинакового
сечения. При этом зона отпуска от наложения
последующих валиков частично проходит
по зоне закалки предыдущих валиков и
отпускает ее, что приводит к равномерному
отпуску всей зоны термического влияния.
При наложении валиков разного сечения
около шва остаются прослойки закаленной
стали, которые могут дать закалочные
трещины. Последний валик, называемый
отжигающим, необходимо накладывать при
температуре шва 300 °С таким образом, чтобы он не касался
основного металла и зона закалки от него
не переходила на основной металл. Правильная
форма шва имеет особое значение при сварке
закаливающихся легированных сталей.
Недопустимы подрезы и непровары в сварных
швах. Неровности шва, резкие переходы
от шва к основному металлу, грубые проплавы
и т. п. могут служить очагами появления
трещин или приводить к хрупким разрушениям
при нагружении изделия. Для улучшения
формы перехода от шва к основному металлу,
например, при сварке трубчатых конструкций
с угловыми швами, применяют наложение
дополнительных сглаживающих валиков
газовой или аргонодуговой сваркой (сварка
с усом). С этой же целью осуществляют и
механическую обработку швов.
9. При изготовлении сварных изделий
из легированных сталей с пределом
прочности 1000МПа и более применяют
следующие виды термической обработки:
а) предварительную до сварки с целью
снятия остаточных напряжений после гибки,
штамповки и т. п. путем отжига или придания
деталям перед сваркой соответствующих
механических свойств с помощью закалки
и отпуска;
б) промежуточную для устранения
повышенной твердости шва и зоны
закалки (с целью выполнения последующей
правки) путем отпуска при 650—680 °С
и для предупреждения образования холодных
трещин путем местного или общего отпуска
при 200—600 °С;
в) окончательную для придания сварному
изделию требуемых высоких механических
свойств и улучшения структуры сварного
соединения.
10. Сталь 12Х2НВФА хорошо сваривается
дуговой и контактной сваркой
всех видов, удовлетворительно-газовой
и атомно-водородной сваркой.
Отпуск после сварки для снятия
остаточных напряжений применяют
только в сварных изделиях
со значительной толщиной свариваемых
кромок (более 15 мм) при наличии
скопления швов, швов сложной
конфигурации и прочих условий,
способствующих формированию сложнонапряженного
состояния с высоким уровнем
максимальных растягивающих напряжений.
Стали 25ХГСА и 30ХГСА сваривают
сваркой всех видов. Сталь 30ХГСА
обладает повышенной склонностью
к трещинообразованию при сварке.
Для снятия внутренних напряжений
после сварки необходимо применять
отпуск. Конструкции, термически обрабатываемые
после сварки на заданную прочность, в
случае длительного разрыва между сваркой
и термической обработкой также подвергают
отпуску при 650 °С. При большом числе швов на узлах
из указанных сталей, создающих жесткую
систему (большое число ребер жесткости
и др.), рекомендуется производить промежуточный
высокий отпуск после сварки определенного
числа швов. Конструкции, изготовляемые
из термически обработанных элементов,
подвергают отпуску при температуре на
50 °С ниже температуры отпуска после
закалки. Допускается отпуск при 250 °С
с выдержкой не менее 2 ч. Детали из стали
30ХГСА толщиной более 3 мм (сварка в отожженном
состоянии), имеющие швы с особо жесткими
контурами, во избежание образования трещин
рекомендуется сваривать с подогревом
до температуры 250—350 °С, которую нужно поддерживать
в течение процесса сварки. Подогрев может
быть как местным, так и общим, но обязательно
равномерным по всему периметру сварного
шва и близлежащих зон на ширине не менее
100 мм по обе стороны от шва. В особо сложных
сварных узлах не исключено применение
подогрева и для сталей 25ХГСА и 23Х2НВФА.
Сталь 23Х2НВФА сваривают контактной сваркой;
удовлетворительно — дуговой сваркой
всех видов. После сварки деталь необходимо
подвергать отпуску при 500 °С. Отпуск деталей сложной конфигурации
нужно производить немедленно после сварки.