ЗАО "Сварочные технологии"

Наиболее часто электрошлаковой сварке подвергается низкоуглеродистая котельная сталь 22К, химический состав которой (ТУЧМ 2952-51) приведен в табл. 94.

Эта сталь содержит 0,7-0,9% марганца. Повышенное содержание марганца обеспечивает высокие пластические и вязкие свойства и достаточно высокую прочность (σ_в ≥ 44 кГ/мм², õ ≥ 20% и α_к ≥ 7,0 кГ · м/см²), несмотря на сравнительно низкое содержание углерода в ней. Относительно низкое содержание углерода уменьшает вероятность образования кристаллизационных трещин в металле шва и малопластичных закалочных структур в околошовной зоне. Иными словами, сталь 22К обладает высокой технологичностью и хорошей свариваемостью, благодаря чему из нее изготовляют элекрошлаковой сваркой обечайки барабанов паровых котлов высоких и сверхвысоких параметров пара (рис. 135) и другие ответственные конструкции, например колонны, траверсы, плиты и другие элементы мощных гидропрессов (рис. 136). Важное значение имеет и то, что сталь 22К. сохраняет достаточно высокие механические свойства в прокате значительных толщин. В настоящее время из этой стали изготовляют ответственные конструкции, которые требуют проката толщиной до 300 мм.

Таблица 94. Химический состав стали 22К

(рис. 135) Обечайка толстостенного барабана парового котла, подготовленная под электрошлаковую сварку

(рис. 136) Детали колонн мощного гидропресса, выполняемые с применением электрошлаковой сварки

В качестве присадочного металла при электрошлаковой сварке стали 22К применяется проволока Св-10Г2. Проволока Св-08ГА, которая также применяется для сварки низкоуглеродистых сталей здесь не обеспечивает металлу шва требуемых механических свойств.

Электрошлаковая сварка стали 22К в большинстве случаев выполняется с применением флюса АН-8М. Для сварки стали 22К наиболее оптимальным является следующий режим:

Зазор между свариваемыми кромками, мм - 28±2

Количество электродов (шт.) при толщине свариваемого металла:

до 100 мм - 1-2;

от 100 до 200 мм - 2-3;

более 200 мм - 3;

диаметр электродной проволоки, мм - 3,0;

Сварочный ток на каждом электроде, А:

при сварке без перемещения электродов по толщине свариваемого металла - 450-500;

при сварке с перемещением электродов по толщине свариваемого металла - 600-650;

Напряжение сварки (В) при толщине свариваемого металла:

до 150 мм - 46-50;

не более 150 мм - 48-54;

глубина шлаковой ванны, мм - 45-70;

«сухой» вылет электрода, мм - 60-70;

Скорость поперечного перемещения электродов (м/ч) при толщине свариваемого металла:

до 150 мм - 25-30;

более 150 мм - 30-40;

приближение электродов к формирующим приспособлениям, мм 7-10 Время выдержки электродов у формирующих приспособлений, с - 4-6

Сварное соединение, выполненное на приведенном режиме с применением указанных сварочных материалов, получается без непроваров, трещин, шлаковых включений и других макродефектов (рис. 137). Только при попадании в сварочную ванну окалины, образующейся на свариваемых кромках при нагреве заготовок под вальцовку, в металле шва появляются поры. Поэтому свариваемые кромки после вальцовки необходимо зачищать наждачным кругом или любым другим способом, хорошо удаляющим окалину.

(рис. 137) Макрошлиф сварного соединения стали 22К, выполненного электрошлаковой сваркой

Следует отметить, однако, что металл шва при указанном режиме и сварочных материалах получает крупностолбчатое строение. В околошовной зоне у линии сплавления также образуется крупнозернистая структура. Поэтому изделия из стали 22К, изготовленные с применением электрошлаковой сварки, подвергаются нормализации при 900-910°С. После такой термообработки металл шва приобретает феррито-перлитную структуру с размером зерна № 7-8 (ГОСТ 5639-65).

На участке перегрева околошовной зоны образуется зерно № 6-7, в то время как сам свариваемый металл имеет зерно № 5. При этом механические свойства металла шва и участка перегрева околошовной зоны не уступают свариваемому металлу (табл. 95).

Таблица 95. Механические свойства металла сварного соединения стали 22К, выполненного электрошлаковой сваркой, после нормализации и отпуска

В ряде случаев с помощью электрошлаковой сварки изготовляют конструкции из горячекатаной стали марки СтЗ (ГОСТ 380-71). Это - низкоуглеродистая сталь обыкновенного качества с механическими свойствами, приведенными в табл. 96.

Таблица 96. Механические свойства стали марки СтЗ

Сталь СтЗсп снижает механические свойства в прокате больших толщин. Свойства, приведенные в табл. 96, сохраняются лишь в прокате толщиной до 100 мм. Поэтому из стали СтЗ изготовляют менее ответственные конструкции (в большинстве случаев такие, которые требуют проката толщиной не более 100 мм). Такая сталь применяется, например, для изготовления сварных станин ковочно-штамповочных прессов (рис. 138), корпусов цементных печей, трубных досок (рис. 139), корпусов двигателей электровозов (рис. 140).

(рис. 138) Станина ковочно-штамповочного пресса, выполняемая с применением электрошлаковой сварки

(рис. 139) Трубные доски, изготовляемые с применением электрошлаковой сварки

(рис. 140) Корпус двигателя электровоза, изготовляемый с применением электрошлаковой сварки

Электрошлаковая сварка этих изделий выполняется одной (для проката толщиной до 60 мм) или двумя (для проката толщиной 70-100 мм) электродными проволоками Св-08ГА. Оптимальный режим сварки тот же, что и для сварки стали 22К. Эти стали в большинстве случаев сваривают под флюсом АН-8М.

Соединение, сваренное на указанном режиме электродными проволоками Св-08ГА под флюсом АН-8М, отвечает в большинстве случаев предъявляемым требованиям без последующей термообработки. Поэтому такие соединения стали СтЗ часто подвергаются не нормализации, а только отпуску, с тем чтобы снять остаточные напряжения, вызванные сваркой.