ЗАО "Сварочные технологии"

Высоколегированные стали применяют во многих отраслях промышленности, где от изделий требуются специальные свойства (стойкость против атмосферной и газовой коррозии, кислотостойкость, окалиностойкость, жаропрочность, высокое электрическое сопротивление и др.).

Сварные конструкции чаще всего изготовляют из низкоуглеродистых высоколегированных нержавеющих и жаропрочных сталей.

Нержавеющие и жаропрочные стали, в зависимости от содержания в них элементов ферритизаторов (хрома, кремния, молибдена, вольфрама, титана, ниобия) или аустенизаторов (никеля, марганца, азота, меди), имеют различную структуру и соответственно классифицируются как ферритные, аустенитные, мартенситные или двухфазные, содержащие, например, феррит и аустенит (ферритно-аустенитные), феррит и мартенсит (мартенситно-ферритные) и т. д.

По назначению высоколегированные стали подразделяют на нержавеющие, кислотостойкие, жаропрочные и жаростойкие (окалиностойкие).

Нержавеющие стали стойки против коррозии в атмосферных условиях. Они содержат 12-15% хрома. Кислотостойкие хромистые, хромоникелевые, хромоникельмарганцовистые, хромоникельмарганцемолибденовые и другие стали содержат не менее 16% хрома. В жаропрочных хромистых, хромоникелевых, хромоникельмолибденовых и других сталях содержится от 5 до 20% хрома, а в жаростойких хромистых, хромокремнистых, хромоалюминиевокремнистых, хромоникелькремнистых и других - от 8 до 30% хрома.

В практике часто все стали, содержащие от 12 до 30% хрома, называют нержавеющими.

Стали ферритного класса практически невосприимчивы к термической обработке, но склонны к сильному росту зерна при высоком нагреве. Пластичность и особенно ударная вязкость стали при этом сильно снижаются. Наряду с этим в стали развивается внутридендритная химическая неоднородность по хрому (в одних участках тела ферритного зерна содержание хрома возрастает, а в соседних - уменьшается) и возникают искажения кристаллической решетки (напряжения), вследствие чего сильно ухудшается стойкость металла против коррозии.

Последующий отжиг или лучше отпуск при температуре 760-800°С несколько повышает пластичность и улучшает коррозионную стойкость, не оказывая никакого влияния на ударную вязкость.

В стали 12×17 кроме описанных явлений, после быстрого охлаждения с высоких температур образуется тончайшая мартенситная прослойка в граничных слоях зерен (продукт γ→α-превращения), ухудшающая кислотостойкость металла. Последующий отпуск при 760-780°С приводит к разрушению мартенситной прослойки (к выделению углерода из пересыщенного твердого раствора), вследствие чего кислотостойкость стали восстанавливается.

Стали, содержащие большое количество легированного феррита (δ-феррита), проявляют склонность к хрупкости при относительно длительном нагреве в интервале температур 350-525°С, Последующий отпуск при температуре 680-780°С восстанавливает свойства стали.

Восприимчивость ферритно-аустенитных сталей к перегреву и склонность к хрупкости при длительной выдержке в интервале температур 350-525°С зависят от соотношения в них аустенитной и ферритной фаз, а также от продолжительности нагрева.

Чем больше б-феррита содержится в стали и продолжительнее нагрев, тем больше склонна она к перегреву и термическому старению, т. е. тем больше снижается ударная вязкость металла. Стали, содержащие 0,10-0,25% азота, менее склонны к перегреву, чем стали с таким же количеством δ-феррита, но без азота.

На рис. 89 в качестве примера показаны графики изменения твердости и ударной вязкости некоторых нержавеющих сталей в зависимости от продолжительности выдержки при температуре 500°С. Из графика видно, что достаточно выдержать ферритно-аустенитную сталь в течение 50-100 ч в интервале опасных температур, чтобы ударная вязкость ее снизилась до 2 кГ · м/см² и менее. Мартенситные и мартенситно-ферритные стали с содержанием более 15% хрома (например, сталь 14Х17Н2) так же, как и ферритные и ферритно-аустенитные, склонны к 475-градусной хрупкости, а стали, содержащие хрома менее 15% (20X13), не склонны к такому виду хрупкости. Сталь 12Х18Н2АГ5 (ЭП26) менее склонна к хрупкости, чем стали 08X21Н5Т и 08Х21Н6М2Т, вследствие меньшего содержания в ней феррита.

(рис. 89) Изменение твердости (штриховые линии) и ударной вязкости (сплошные линии) в зависимости от времени выдержки при температуре 500°С нержавеющих сталей марок: 1 - 08X21H6M2T, 2 - 08Х21Н5Т, 3 - 14X17H2, 4 - 12Х18Н2АГ5, 5 - 20X13

Склонность стали к закалке, перегреву и термическому старению может проявляться при сварке, так как участки сварного соединения в околошовной зоне претерпевают нагрев до различных температур и сравнительно быстрое охлаждение. На рис. 90 показана микроструктура стали 20X13 в зоне сплавления со швом.

(рис. 90) Микроструктура стали 20X13 в околошовной зоне сварного соединения в состоянии после сварки

После сварки структура металла околошовной зоны состоит из крупных зерен низкоуглеродистого феррита (светлые зерна) и игольчатого феррита со следами сдвигов, расположенных подобно иглам мартенсита. Присутствие двух типов зерен феррита обусловлено сосуществованием при высоких температурах двух фаз в этой стали - феррита и аустенита (рис. 91).

(рис. 91) Диаграмма состояний сплавов системы железо-хром-углерод при содержании хрома: а - 12%, б - 15%

Вследствие различной растворимости углерода в этих фазах аустенит обогащается углеродом за счет феррита. Хрома в феррите при этом содержится несколько больше, чем в аустените. При последующем быстром охлаждении аустенит превращается в пересыщенный углеродом α-твердый раствор с образованием сдвигов и внутреннего наклепа (игольчатый феррит), а обедненные углерородом зерна феррита не претерпевают фазового превращения и сохраняются неизменными.

Микротвердость игольчатого феррита (мартенсита) составляет 429-458 кГ/мм², а низкоуглеродистого феррита - 152-164 кГ/мм². Благодаря повышенной микротвердости игольчатого феррита общая твердость металла околошовной зоны равна 315-340 HV, а ударная вязкость весьма низка (рис. 92).

(рис. 92) Графики твердости и ударной вязкости металла околошовной зоны стали 20X13 толщиной 4 мм после сварки и после отпуска

Высокий отпуск приводит к выделению карбидов исключительно в игольчатом феррите, а строение и микротвердость низкоуглеродистого феррита сохраняются неизменными. Металл при этом разупрочняется и смягчается. При температуре отпуска (680÷720)°С твердость и ударная вязкость стали достигают почти исходного состояния.

Аналогичные изменения микроструктуры и свойств металла наблюдаются в околошовной зоне сварных соединений стали 14Х17Н2 (рис. 93 и 94).

(рис. 93) Микроструктура стали 14Х17Н2 в околошовпой зоне

(рис. 94) Графики твердости и ударной вязкости металла околошовной зоны стали 14Х17Н2 толщиной 4 мм после сварки и отпуска

Значительно сильнее реагируют на сварочный нагрев стали ферритного и полуферритного классов (12X17, 08X17Т, 15X25 и др.). Рост зерна металла в околошовной зоне (рис. 95) приводит, как указывалось, к сильному падению ударной вязкости (до 1,0 кГ · м/см² и менее) и к снижению пластичности. Последующий отпуск при температуре 760-780°С несколько повышает пластичность сварных соединений (угол загиба), не оказывая влияния на ударную вязкость металла в зоне перегрева.

(рис. 95) Микроструктура стали 12X17 в околошовной зоне сварного соединения; Х150

Значительно меньше склонны к перегреву и снижению ударной вязкости при сварке нержавеющие коррозионностойкие стали ферритно-аустенитного класса. При этом, чем меньше феррита в стали, тем меньше зерно в околошовной зоне (рис. 96). Например, в околошовной зоне стали 08X21Н5Т (с меньшим содержанием ферритной фазы) величина зерна меньше, чем в стали 08Х21Н6М2Т (с несколько большим количеством ферритной формы).

Опыт показывает, что с уменьшением погонной энергии сварки (с уменьшением сварочного тока и увеличением скорости сварки) величина зерна в околошовной зоне уменьшается.

(рис. 96) Микроструктура сталей в околошовной зоне сварных соединений, выполненных автоматической сваркой: а - 08X21Н5Т, б - 08X21Н6М2Т

Сравнение микроструктуры околошовной зоны с микроструктурой стали в состоянии поставки показывает, что в околошовной зоне наблюдается не только рост ферритного зерна, но и увеличение количества феррита. Увеличение ферритной фазы в этих сталях при высоком нагреве и быстром охлаждении, так же как и в сталях 20X13 и 12Х17Н2 обусловлено изменением соотношения ферритной и аустенитной фаз при различных температурах нагрева (рис. 97).

(рис. 97) Диаграмма состояний железо-хром-никель при постоянном содержании железа 75%

На рис. 98 показаны графики твердости и ударной вязкости стали 08Х21Н6М2Т толщиной 8 мм в различных участках соединения, сваренного автоматической сваркой под флюсом на умеренных режимах. Из графиков видно, что в сварном соединении обнаруживается два участка с пониженной ударной вязкостью металла: участок, непосредственно прилегающий к шву (участок перегрева), и участок, удаленный на 4-14 мм от шва, нагреваемый в процессе сварки до температур 350-520°С. Однако ударная вязкость металла в этих участках сохраняется на достаточно высоком уровне.

(рис. 98) Твердость и ударная вязкость стали 0Х21Н6М2Т в различных участках сварного соединения, выполненного автоматической дуговой сваркой под флюсом на умеренных режимах

Твердость металла в околошовной зоне данной стали изменяется значительно меньше, чем ударная вязкость, причем в зоне перегрева сварного соединения твердость металла даже несколько «иже, чем у основного металла вдали от шва, не подвергавшегося высокому нагреву.

Сравнение кривых, показанных на рис. 98, с кривыми 1 на рис. 89 также свидетельствует о том, что снижение ударной вязкости и повышение твердости после нагрева до температур около 500°С зависит от продолжительности нагрева. Благодаря кратковременности нагрева при сварке снижение ударной вязкости менее значительно. В сталях аустенитного класса, содержащих весьма небольшое количество ферритной фазы, рост зерна и ухудшение механических свойств в околошовной зоне наименьшие по сравнению со всеми высоколегированными сталями (рис. 99).

(рис. 99) Микроструктура аустенитных сталей в околошовной зоне сварных соединений, выполненных автоматической сваркой: а - 10Х14П4НЗТ, б - 08Х17Н579АБ

Например, ударная вязкость при комнатной температуре аустенитной стали 10Х14Г14НЗТ в состоянии поставки колеблется от 17 до 19 кГ · м/см², а в зоне перегрева соединения от 14 до 16 кГ · м/см².

Достаточно высокой сохраняется ударная вязкость в околошовной зоне этой стали, так же как и других аустенитных сталей с низким количеством феррита, при понижении температуры до  - 196°С.

В зависимости от реакции стали на сварочный нагрев и условий эксплуатации изделий, изготовляемых из данной высоколегированой стали, применяется различная технология сварки (режим и техника сварки, сварочные материалы, предварительный подогрев и последующая термическая обработка).

Общими правилами дуговой сварки для всех марок высоколегированных сталей являются:

а) использование постоянного тока обратной полярности (плюс на электроде);

б) применение высоколегированных электродных проволок и основных флюсов, в том числе и высокоокислительных;

в) сварка короткой дугой на небольших токах без поперечных колебаний электрода;

г) сварка с минимально возможным вылетом электрода;

д) возможно лучшее охлаждение сварного соединения во время перерывов при наложении отдельных слоев многослойного шва.

Сварочный ток на 10-20% меньше, чем при сварке низкоуглеродистых конструкционных сталей. Причем, чем меньше толщина свариваемого металла и диаметр используемой проволоки, тем меньше плотность тока. В табл. 38 приведены ориентировочные режимы автоматической сварки под флюсом высоколегированных сталей.

Таблица 38. Ориентировочные режимы автоматической сварки под флюсом высоколегированных сталей

Вылет электрода диаметром 4-5 мм не должен превышать 50 мм. При сварке более тонкой проволокой сварочный ток и вылет электрода необходимо соответственно уменьшить.

Высокохромистые ферритные стали (12X17, 08Х17Т, 15X25, 15Х25Т) следует сваривать проволокой диаметром не более 4 мм на минимальных токах и максимально возможных скоростях многослойными швами. Полуавтоматическая сварка под флюсом стыковых соединений из высоколегированных сталей толщиной до 6-8 мм может быть выполнена без скоса кромок с зазором не более 1 мм. Для обеспечения полного провара более толстый металл должен иметь V-образный или Х-образный скос кромок с общим углом раскрытия 55-65° и притуплением 2-3 мм.

Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки под флюсом высоколегированных сталей приведены в табл. 39.

Таблица 39. Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки под флюсом высоколегированных сталей (диаметр проволоки 2 мм)

Для сварки высоколегированных аустенитных и ферритно-аустенитных сталей аустенитно-ферритными швами применяют плавленые флюсы АН-26, ФЦЛ-2, АНФ-5, АНФ-6, АНФ-14, 48-ОФ-6 АН-18, а также керамические К-8, ХНК-66 и др. Для сварки изделий из чистоаустенитных хромоникельмолибдеиомедистых и хромоникельмолибденовых сталей однофазными аустенитными швами рекомендуется применять высокоокислительный низкокремнистый флюс АН-18; для сварки чистоаустенитных хромоникельмарганцеазотистых сталей могут также применяться флюсы АН-26, АНФ-6 АНФ-14 и им подобные. Высокохромистые мартенситные и мартенситно-ферритные стали (в том числе жаропрочные) лучше сваривать под высокоокислительным низкокремнистым флюсом АН-18.

Использование флюсов АНФ-5, АНФ-6.48-ОФ-6 гарантируют минимальный переход кремния из флюса в шов и минимальное выгорание элементов, содержащихся в проволоке и в свариваемой стали. Переход кремния в шов наибольший при сварке под флюсом АН-26, а флюс АНФ-14 в этом отношении занимает промежуточное положение.

При использовании высокоокислительных флюсов АН-17 и АН-18 обеспечивается некоторое выгорание серы, кремния, уменьшение в наплавленном металле содержания водорода, что способствует повышению стойкости аустенитных швов против образования горячих трещин, и мартенситных - против холодных трещин. С успехом могут применяться керамические флюсы соответствующего состава.

Стали марок 12X13 и 20X13 можно сваривать проволоками Св-08Х14ГНТ, Св-08Х14ГТ, Св-10Х13 и Св-06Х14 под любым из указанных выше флюсов. Наилучшие результаты получаются при использовании флюсов АН-17 или АН-18 (состав флюсов АН-17 и АН-18 можно получить в Институте электросварки им. Е. О. Патона Академии наук Украинской ССР по письменному запросу).

Металл толщиной до 10 мм и не закрепленный жестко можно сваривать без предварительного подогрева. При сварке более толстого металла необходим предварительный и сопутствующий (при многослойной сварке) подогрев изделия до 250-300°С.

Сварные изделия должны подвергаться отпуску при температуре 680-700°С в течение 2-3 ч (в зависимости от толщины свариваемой стали).

При использовании хромистых проволок сварные соединения после отпуска обладают равнопрочностью и достаточно высокой пластичностью и ударной вязкостью:

- соединения из стали 12X13 (σ_т = 54-60 кГ/мм³, σ_в = 68-70 кГ/мм³, δ = 14-16%, α_н шва = 7-9 кГ · м/см², угол загиба равен 180°);

- соединения из стали 20X13 (σ_т = 56-62 кГ/мм³, σ_в = 70-74 кГ/мм³, δ = 13-16%, α_н шва = 6-7 кГ · м/см², угол загиба равен 140-180°).

Иногда стали 12X13 и 20X13 сваривают аустенитными проволоками. При этом шов получается пластичным, но менее прочным. Кроме того, по линии сплавления шва с основным металлом при высоком отпуске изделий образуется науглероженная полоска металла с повышенной твердостью, что снижает пластичность сварных соединений (угол загиба).

Сталь 14Х17Н2 можно сваривать проволоками 08Х18Н2ГТ (ЭП157) под любым флюсом, предназначенным для сварки высоколегированных сталей. Лучше использовать флюс АН-17. При использовании аустенитных проволок при сварке стали 14Х17Н2 наблюдаются те же недостатки, что и в соединениях сталей 12X13 и 20X13.

Если изделие, изготовляемое из стали 14Х17Н2, предназначается для эксплуатации в бескислотной среде, то для сварки может быть использована проволока Св-08Х14ГНТ или Св-06Х14. Условия сварки стали 14Х17Н2 такие же, как и стали 20X13. Во всех случаях сварные изделия из стали 14Х17Н2 должны подвергаться отпуску при температуре 700°С в течение 3-5 ч.

Для сварки высокохромистых жаропрочных сталей 15X11МФБ, 15Х12ВМФ и им подобных следует применять проволоку 15Х12ГНМВФ (ЭП390) в сочетании с флюсом АН-17. Сварка выполняется с предварительным и сопутствующим подогревом при температуре 350°С. После сварки изделие должно медленно остыть, после чего его подвергают отпуску при температуре 730-750°С с охлаждением в печи до 300°С, а затем на воздухе.

Для сварки стали 08X17Т следует применять проволоку Св-08Х20Н15ФБЮ или Св-06Х25Н12ТЮ (ЭП-87). При этом обеспечиваются удовлетворительные механические (см. табл. 42) и коррозионные свойства сварных соединений. Первая из этих проволок обеспечивает стойкость металла шва против межкристаллитной коррозии как в состоянии после сварки, так и после провоцирующего нагрева. При крайней необходимости по условиям эксплуатации применяют проволоку Св-08Х17Т. Сварные швы при этом отличаются низкой пластичностью и вязкостью. Независимо от состава и структуры металла шва металл в околошовной зоне имеет крупнозернистую структуру и низкую вязкость. Отпуск при температуре 760-780°С несколько повышает пластичность сварных соединений. Пластичность и ударная вязкость таких соединений (в том числе и металла в околошовной зоне) при температуре 100-150°С высокие. При отсутствии требований стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии после провоцирующего нагрева для сварки стали 08X17Т можно также применять проволоку Св-08Х20Н9Г7Т.

Сталь 15Х25Т (при контактировании с газами, содержащими сернистые соединения) сваривают проволокой Св-13Х25Т под любым из флюсов, предназначенных для сварки высоколегированных сталей. При этом обеспечиваются равнопрочность, необходимая кислотность и окалиностойкость сварных соединений. Однако пластичность и ударная вязкость металла шва и в околошовной зоне низкие. После отпуска при температуре 760-780°С пластичность сварных соединений значительно повышается. Чтобы сварные соединения обладали более высокой пластичностью, для сварки этой стали используют аустенитные проволоки Св-07Х25Н13, Св-13Х25Н18, 08Х25Н12ТЮ. Лучшие результаты дает применение проволоки Св-13Х25Н18 (табл. 40).

Таблица 40. Механические свойства сварных швов и соединений высокохромистых ферритных и хромоникелевых ферритно-аустенитных сталей (среднее значение)

Для сварки сталей 08Х21Н5Т, 06Х21АН5, 12Х21Н5Т и 08Х20Н6Т применяют те же сварочные материалы, что и для стали 08Х18Н10Т. При этом шов по прочности уступает свариваемой стали. Для обеспечения равнопрочности и одинаковой со сталью коррозионной стойкости следует использовать проволоку Св-06Х21Н7БТ (ЭП500).

По сравнению со сталью 08Х21Н5Т сталь 12Х21Н5Т значительно сильнее реагирует на сварочный нагрев, особенно при максимальном содержании в ней углерода (0,14%) и увеличенной толщине металла. В этом случае в околошовной зоне сварного соединения не только ухудшается пластичность (угол загиба), но и появляется склонность к межкристаллитной коррозии, особенно при повторных нагревах. Последующий стабилизирующий отжиг сварных соединений при температуре 850°С значительно улучшает механические свойства и стойкость против коррозии металла в околошовной зоне.

Сталь 06X21АН5 отличается от стали 08X21Н5Т меньшим содержанием углерода и наличием азота. Благодаря последнему сталь менее чувствительна к воздействию сварочного термического цикла, и сварные соединения в околошовной зоне не склонны к структурно-избирательной коррозии в наиболее агрессивных окислительных средах. Для ее сварки следует применять проволоку Св-06Х21Н7БТ (ЭП500). Еще более коррозиониостойкой является сталь 08Х30АН9. Для обеспечения равной с ней коррозионной стойкости и механических свойств металла шва сварку следует выполнять проволокой такого же состава (см. табл. 40) или близких к ней по содержанию хрома и никеля. Стали 08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т и 08Х17Н5Г9АБ можно сваривать проволоками Св-02Х19Н9 и Св-06Х19Н9Т (если от швов не требуется стойкость против межкристаллитной коррозии). Если сварные соединения должны быть стойкими против межкристаллитной коррозии, то изделия изготовляют из сталей с титаном и сварку выполняют проволоками Св-04Х22Н10БТ (ЭП541), Св-08Х19Н10Б или 05Х20Н9ФБС (ЭИ649). Изделия из этих сталей, эксплуатируемые в морской воде, можно сваривать проволокой с высоким содержанием ванадия. Для окислительных сред повышенной агрессивности присутствие в шве ванадия в количестве более 0,8% недопустимо.

Сталь 12Х18Н12Б сваривают проволокой Св-08Х19Н10Б или 06Х20Н9БФС (ЭИ649).

Коррозионная стойкость сварных соединений высокохромистых ферритных и хромоникелевых ферритно-аустенитных сталей приведена в табл. 41.

Таблица 41. Коррозионная стойкость сварных соединений высокохромистых ферритных и хромоникелевых ферритно-аустенитных сталей

Сварные соединения из этих сталей термической обработке обычно не подвергаются. В отдельных случаях особо ответственные изделия стабилизируют отжигом при температуре 850°С в течение 2 ч. Наилучшую коррозионную стойкость сварные соединения сталей типа 18-10 и 18-12 приобретают после аустенитизации (закалки от температуры 1050-1100°С с охлаждением в воде или на воздухе).

Весьма перспективными являются аустенитные стали с весьма низким содержанием углерода (до 0,02-0,03%), в том числе и стали, содержащие азот, который вводится для повышения прочностных характеристик металла и в качестве аустенитизатора, благодаря чему в аустенитно-ферритных и ферритно-аустенитных хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталях увеличивается количество аустенита (например, в сталях 06X21АН5, 06Х21Н6АМ2 и др.), а в ряде безникелевых сталях обеспечивается аустенитно-ферритная и даже аустенитная структура (например, стали 05Х18АГ16Б, 03Х13АГ19 и др.). Эти стали находят все возрастающее применение для сварных изделий, работающих в тяжелых условиях эксплуатации. Благодаря низкому содержанию углерода стали становятся менее хрупкими при воздействии повторных нагревов (в том числе сварочного термического цикла) и не проявляют склонности к ножевой коррозии по линии сплавления со швом.

Не менее перспективными (особенно для работы при низких температурах) являются стали, легированные марганцем и азотом.

Причем из условий уменьшения реакции на сварочный нагрев содержание углерода в этих сталях должно быть минимальным. Рекомендуемые сварочные материалы и свойства сварных швов и соединений аустенитных хромоникелевых и хромоникельмарганцевых сталей приведены в табл. 42-45.

Таблица 42. Механические свойства сварных швов и соединений из хромоникелевых и хромоникельмарганцевых аустенитных сталей

Таблица 43. Механические свойства при комнатной и низких температурах сварных швов на хромоникелевых и хромоникельмарганцевых аустенитных сталях (средние значения)

Таблица 44. Коррозионная стойкость сварных соединений хромоникелевых и хромоникельмарганцевых аустенитных сталей (средние значения)

Таблица 45. Механические свойства сварных швов и соединений из хромоникельмолибденовых ферритно-аустенитных и аустенитных сталей (средние значения)

Для сварки сталей 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ можно использовать проволоку Св-04Х19Н11МЗ или лучше Св-06Х19НЮМЗТ. Если от сварных соединений требуется высокая кислотостойкость в сильных агрессивных средах, а также стойкость против межкристаллитной коррозии как в состоянии после сварки, так и после провоцирующего нагрева (при 500-800°С), сварку следует выполнять проволокой Св-05Х20Н11МЗТБ (ЭП89). При этом обеспечивается равнопрочность сварных соединений, достаточно высокие пластичность и ударная вязкость металла шва, а также высокая стойкость против коррозии в сильных агрессивных средах, для которых предназначаются эти стали. Однако при использовании проволоки с ниобием в сварных швах в заводских условиях часто наблюдаются горячие трещины, несмотря на наличие в наплавленном металле ферритной фазы. В связи с этим многие заводы (Пензхиммаш, Сумской завод им. Фрунзе и др.) применяют проволоку ЭП690, обеспечивающую получение однофазной аустенитной структуры. В некоторых случаях (например, в оборудовании по производству искусственного волокна, мочевины и др.) ферритная фаза в шве недопустима, так как к шву предъявляются требования коррозионной стойкости (предотвращения структурно-избирательной коррозии). Для сварки такого оборудования применение проволоки ЭП690 (или ей подобной) обязательно.

Целесообразно в этом случае применять сталь 08Х17Н15МЗТ или лучше 03Х16Н15МЗ и сваривать изделия проволокой ЭП690 в сочетании с флюсом АН-18.

Сталь 08Х21Н6М2Т сваривается по такой же технологии, что и сталь типа 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ.

Сталь 06Х23Н28МЗДЗТ предназначена для оборудования по производству и транспортированию серной кислоты. Шов должен быть такого же состава, как и сталь. Для сварки ее необходимо применять проволоку аналогичного состава с минимальным содержанием углерода и кремния (до 0,4%) в сочетании с флюсом АН-18. Любой другой флюс неприемлем, так как металл шва должен быть стойким против образования горячих трещин. Причем швы без трещин получаются при толщине металла до 14-16 мм. Более толстый металл следует сваривать электрошлаковым способом, применяя ту же проволоку, что и при дуговой сварке, и флюс АНФ-7 или АНФ-14.

Рекомендуемые сварочные материалы для дуговой сварки хромоникельмолибденовых аустенитных сталей и свойства сварных соединений приведены в табл. 45 и 46.

Таблица 46. Коррозионная стойкость сварных соединений хромоникельмолибденовых ферритно-аустенитных и аустенитных сталей

Коррозионная стойкость показана для сравнения только в серной кислоте.

В практике приходится сваривать двухслойные стали, поставляемые в виде листов различной толщины: один слой из углеродистой или низколегированной стали, а второй из высоколегированной - коррозионностойкой.

Трудность сварки под флюсом двухслойной стали со стороны нержавеющего кислотостойкого слоя связана с более глубоким проваром (по сравнению с ручной сваркой) и, следовательно, со значительным разбавлением металла за счет расплавления углеродистого нелегированного слоя.

При этом в шве, соединяющем нержавеющий слой стали, содержание легирующих примесей может оказаться недостаточным и он будет менее стоек против коррозии, чем основной металл (высоколегированный слой). Поэтому шов со стороны высоколегированного слоя сваривают проволокой с повышенным содержанием необходимых легирующих элементов на пониженном токе.

На рис. 100 схематически показаны форма разделки кромок и порядок выполнения слоев шва при однодуговой сварке под флюсом двухслойных сталей. Первый слой шва сваривают высоколегированной проволокой диаметром 1,6-2 мм на пониженных режимах с таким расчетом, чтобы усиление этого слоя шва было минимальным, но обеспечивался бы надежный провар. Этот слой целесообразно сваривать полуавтоматом на отдельном рабочем месте. Многие заводы успешно выполняют его автоматической сваркой проволокой диаметром 3 и даже 4 мм. Сварка этого слоя шва выполняется со стороны высоколегированного слоя стали. Второй слой шва чаще сваривают со стороны нелегированного слоя основного металла, чтобы последним выполнялся высоколегированный слой шва, обращенный в будущем аппарате к агрессивной среде.

Последнее обусловлено тем, что при обратном порядке сварки высоколегированный слой шва подвергается повторному нагреву, вследствие чего коррозионная стойкость его понижается. Режим сварки и количество проходов нелегированного слоя шва выбираю (с учетом толщины металла и наличия или отсутствия разделки кромок). Отметим, что при толщине нелегированного слоя более 10 мм целесообразна разделка его кромок, чтобы получить более широкий шов (для обеспечения достаточной пластичности сварного соединения). Широкий нелегированный слой шва необходимо получать при большой толщине металла (30-60 мм). Причем, чем толще свариваемый металл, тем шире должен быть нелегированный слой шва. Для этого разделку кромок делают с общим углом раскрытия 80-90°С.

(рис. 100) Форма разделки кромок (а) и порядок выполнения слоев шва при однодуговой сварке двухслойной стали (б)

Третий высоколегированный слой шва выполняется на умеренных режимах (чаще проволокой диаметром 3-4 мм) соответствующего состава.

Некоторые заводы, чтобы уменьшить глубину провара и разбавление этого слоя шва за счет менее легированного первого слоя, сварку выполняют с механическим поперечным колебанием электрода. Режимы сварки этого слоя выбирают несколько более умеренными (сварочный ток ниже, а напряжение на дуге выше), чем указанные в табл. 39. Рекомендуемые сварочные материалы и порядок сварки биметалла некоторых марок представлены в табл. 47.

Таблица 47. Последовательность выполнения слоев шва и применяемые материалы при автоматической сварке двухслойных сталей одним и спаренными электродами

Химический состав и свойства металла шва на высоколегированном слое стали получаются более стабильными, если сварка выполняется спаренными проволоками (расщепленным электродом) на умеренных режимах. Для этого требуется специальная подготовка кромок. Слои шва выполняют в такой последовательности, как указано цифрами на эскизах в табл. 47. По этой технологии нелегированный слой выполняют электродной проволокой под флюсом (используемыми для сварки данной стали).

Причем первый слой шва выполняют одним электродом диаметром 3 или 4 мм со стороны нелегированного слоя стали на режиме, обеспечивающем глубину провара не менее 0,7 толщины его. Для сварки может применяться как постоянный, так и переменный ток. Второй слой шва нелегированного слоя стали выполняют также одним электродом с противоположной стороны на режиме, обеспечивающем глубину провара не менее 0,4 толщины листа. Режим сварки, кроме того, должен быть таким, чтобы усиление этого слоя шва было минимальным. Легированный слой стали по этой технологии сваривают за два прохода (3-й и 4-й слои шва в табл. 47) спаренными проволоками диаметром 3-4 мм, раздвинутыми поперек направления сварки. Ориентировочные режимы сварки легированного слоя под флюсом АН-26 приведены в табл. 48.

Таблица 48. Ориентировочные режимы автоматической сварки легированного слоя двухслойной стали спаренными электродами под флюсом АН-26 (3-й и 4-й слои шва)

Сварка спаренным электродом в связи со сложностью выполнения и несовершенством подающих механизмов пока не нашла широкого применения. Чаще для уменьшения глубины провара и расширения высоколегированного слоя шва применяют механическое поперечное колебание электрода с частотой 40-60 колебаний в минуту.

Сварка биметалла толщиной до 16-20 мм с плакирующим слоем из сталей 10Х18Н10Т и 12X13 может также быть выполнена в два прохода без разделки кромок. Первым проходом сваривают слой со стороны конструкционной стали и вторым - со стороны высоколегированной стали. Лучше все же перед выполнением первого слоя подварить стык тонким валиком со стороны высоколегированной стали высоколегированной проволокой соответствующего состава. Последующей сваркой этого слоя (3-й слой по табл. 47) подварочный валик переплавляется на большую глубину благодаря повышенному сварочному току.