12Х18Н10Т. Особенности сварки нержавейки.

Сварка стали – основной технологический процесс практически любого производства изделий из металла. С VII века до нашей эры и до наших дней сварка широко применяется как основной способ образования неразъемных соединений металлов. С самого зарождения и вплоть до XIX века н.э. в применялся метод кузнечной сварки металлов. Т.е. свариваемые детали нагревались и затем спрессовывались ударами молота. Эта технология достигла своего пика к середине XIX века, когда по ней стали изготавливать даже такие ответственные изделия как железнодорожные рельсы и магистральные трубопроводы.

Однако сварные соединения, особенно в массовом, промышленном масштабе отличались невысокой надежностью и нестабильным качеством. Это зачастую приводило к авариям из-за разрушения детали в месте шва.

Открытие электродугового нагрева и высокотемпературного газо-кислородного горения наряду с возросшими требованиями к качеству сварного соединения совершили мощный технологический прорыв в области сварки, в результате чего создалась технология бескузнечной сварки — такой, какую мы привыкли наблюдать сегодня.

С появлением легированной стали процессы сварки усложнились в связи с необходимостью предотвращения карбидации легирующих элементов, в основном – хрома. Появились методы сварки в инертных средах или под флюсом, а также технологии долегирования сварного шва.

Рассмотрим особенности сварки аустенитных сталей на примете наиболее распространенной нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Сталь 12Х18Н10Т относиться к хорошо свариваемым. Характерной особенностью сварки этой стали является возникновение межкристаллитной коррозии. Она развивается в зоне термического влияния при температуре 500-800?С. При пребывании металла в таком критическом интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома. Все это может иметь опасные последствия — хрупкие разрушения конструкции в процессе эксплуатации.

Чтобы добиться стойкости стали нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов и стабилизировать свойства стали в месте сварного шва.

При сварке высоколегированных сталей используют электроды с защитно-легирующим покрытием основного вида в сочетании с высоколегированным электродным стержнем. Применение электродов с покрытием основного вида позволяет обеспечить формирование наплавленного металла необходимого химического состава, а также других свойств путём использования высоколегированной электродной проволоки и долегирования через покрытие.

Сочетание легирования через электродную проволоку и покрытие позволяет обеспечить не только гарантированный химический состав в пределах паспортных данных, но и некоторые другие свойства, предназначенные для сварки аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и им подобных.

Содержащийся в электродных стержнях титан при сварке практически полностью окисляется. По этой причине при сварке покрытыми электродами в качестве элемента-стабилизатора используют ниобий. Коэффициент перехода ниобия из стержня при сварке покрытыми электродами составляет 60-65%.

Сварку высоколегированных сталей под флюсом осуществляют с применением или нейтральных по кислороду фторидных флюсов, или защитно-легирующих в сочетании с высоколегированной электродной проволокой. С металлургической точки зрения для сварки высоколегированных сталей наиболее рациональны фторидные флюсы типа АНФ-5, которые обеспечивают хорошую защиту и металлургическую обработку металла сварочной ванны и позволяет легировать сварочную ванну титаном через электродную проволоку. При этом процесс сварки малочувствителен к образованию пор в металле шва из-за водорода. Однако фторидные бескислородные флюсы имеют относительно низкие технологические свойства. Именно низкие технологические свойства фторидных флюсов служат причиной широкого использования для сварки высоколегированных сталей флюсов на основе оксидов.

Сварку высоколегированных сталей для снижения вероятности формирования структуры перегрева, как правило, выполняют на режимах, характеризующихся малой величиной погонной энергии. При этом предпочтение отдают швам малого сечения, получаемым при использовании электродной проволоки небольшого диаметра (2-3мм). Поскольку высоколегированные стали обладают повышенным электросопротивлением и пониженной электропроводностью, то при сварке вылет электрода из высоколегированной стали уменьшают в 1,5-2 раза по сравнению с вылетом электрода из углеродистой стали.

При дуговой сварке в качестве защитных газов используют аргон, гелий (реже), углекислый газ.

Аргонодуговую сварку выполняют плавящимися и неплавящимися вольфрамовыми электродами. Плавящимся электродом сваривают на постоянном токе обратной полярности, используя режимы, обеспечивающие струйный перенос электродного металла. В некоторых случаях (в основном при сварке аустенитных сталей) для повышения стабильности горения дуги и особенно снижения вероятности образования пор из-за водорода при сварке плавящимся электродом используют смеси аргона с кислородом или углекислым газом (до 10%).

Сварку неплавящимся вольфрамовым электродом в основном осуществляют на постоянном токе прямой полярности. В некоторых случаях при наличии в сталях значительного количества алюминия используют переменный ток для обеспечения катодного разрушения оксидной плёнки.

Применение дуговой сварки в атмосфере углекислого газа позволяет снизить вероятность образования пор в металле шва из-за водорода; при этом обеспечивается относительно высокий коэффициент перехода легкоокисляющихся элементов. Так, коэффициент перехода титана из проволоки достигает 50%. При сварке в атмосфере аргона коэффициент перехода титана из проволоки составляет 80-90%. При сварке в углекислом газе сталей, имеющих высокое содержание хрома и низкое содержание кремния, на поверхности шва образуется тугоплавкая трудноудаляемая оксидная плёнка. Её присутствие затрудняет проведение многослойной сварки.

При сварке сталей с малым содержанием углерода (ниже 0,07-0,08%) возможно науглероживание наплавленного металла. Переход углерода в сварочную ванну усиливается при наличии в электродной проволоке алюминия, титана, кремния. В случае сварки глубокоаустенитных сталей некоторое науглероживание металла сварочной ванны в сочетании с окислением кремния снижает вероятность образования горячих трещин. Однако науглероживание может изменить свойства металла шва и, в частности, снизить коррозийные свойства. Кроме того наблюдается повышенное разбрызгивание электродного металла. Наличие брызг на поверхности металла снижает коррозийную стойкость.

Технологии сварки нержавеющих высоколегированных сталей постоянно совершенствуются. На данном этапе при строгом соблюдении технологического процесса качество сварного шва нержавейки практически не уступает по своим свойствам металлу соединяемых деталей и гарантирует высочайшую надежность сварного соединения.

Посмотреть специальные предложения на продажу стали 12Х18Н10Т.

Сварка нержавейки

Процесс сваривания нержавеющей стали достаточно кропотливый и трудоемкий. Прежде всего процесс сварки затруднен образованием тугоплавких карбидов, охрупчиванию при температурах нагрева выше 350 °С в следствии сигматизации (избыточный феррит), а так же МКК (межкристаллитная коррозия).
На практике сварку нержавеющей стали можно выполнять с помощью любых методов сварки:
Ручная дуговая сварка обычно 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 нержавейки может применяться для широкого диапазона толщины и в наше время применяется все более широко.
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.
Материалы применяемые при различных видах сварки и наплавки в том числе и нержавейки приведены в разделе — Выбор сварочных материалов для сварки и наплавки

Последующая обработка сварных швов. На поверхности сварного соединения из нержавейки образуется пористый оксидный слой, содержащий в основном хром. Этот слой в значительной степени ослабляет стойкость соединения к коррозии. Хром оксидного слоя в основном материале возникает из стали, вследствие чего под оксидным слоем образуется т.н. со сниженным содержанием хрома. Если существует необходимость, чтобы стойкость сварного соединения к коррозии была столь же высокой, как и у основного материала из нержавейки, оксидный слой и зону со сниженным содержанием хрома следует удалить, т.е. сварное соединение должно пройти последующую обработку. Термообработка в данном случае под термообработкой понимается растворение внутри стальной конструкции (более 1000 С), с помощью которого сглаживаются возникшие различия присадочных материалов. Механические методы последующей обработки. Следует всегда помнить, что 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 является наиболее эффективным методом последующей обработки сварных швов. При правильном выполнении травление позволяет устранить и вредный оксидный слой, и зону со сниженным содержанием хрома. Травление выполняется путем погружения, поверхностного нанесения или покрытия пастой в зависимости от условий.
Чаще при травлении используется смешанная 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 концентрации кислот, температуры, 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 соответствующего показателя основного листа путем шлифования или полирования после травления еще более увеличивает стойкость конструкции к коррозии.

Специальные требования по сварке нержавейки

При подготовке к сварке высоколегированных сталей и сплавов аустенитного и аустенитно-ферритного классов, кроме общих положений, должны быть учтены специальные требования, изложенные ниже.
Основные особенности сварки высоколегированных коррозионностойких сталей:
— возможность появления при эксплуатации сварных конструкций МКК металла шва или основного металла в околошовной зоне, подвергшейся в процессе сварки нагреву до температуры 450-650°С, а также «ножевой» коррозии у линии сплавления;
— образование горячих (кристаллизационных) трещин, являющихся в основном следствием образования чисто аустенитной структуры металла шва;
— снижение в значительной мере пластических свойств сварных швов конструкций, длительно работающих при температуре свыше 350° С. Охрупчивание может наблюдаться в диапазоне температур 350-550°С из-за повышенного содержания феррита, в диапазоне 550-850°С — вследствие сигматизации. Охрупчивание сварных швов может произойти в процессе изготовления конструкции. Например, на операциях горячей штамповки днищ в случае сварки с применением присадочных материалов, обеспечивающих чрезмерно большое содержание феррита.
Чтобы избежать охрупчивания сварных соединений, длительно работающих при температурах свыше 350°С, необходимо ограничивать содержание ферритной составляющей в пределах 8-10%.
— возможность усиленного коробления сварных конструкций, что является следствием более низкой теплопроводности и большим, в среднем в 1,5 раза, коэффициентом термического расширения (в диапазоне температур от 0 до 850°С) по сравнению с углеродистыми сталями;
— необходимость увеличения длины прихваток и уменьшение расстояния между ними в 1,5-2,0 раза по сравнению с теми же параметрами постановки прихваток в соединениях углеродистых и низколегированных сталей вследствие значительных деформаций сварных соединений из-за большего коэффициента линейного расширения;
— предпочтительность применения сталей и сварных швов с аустенитной структурой для работы конструкции при температурах ниже минус 100°С, так как наличие феррита в структуре металла шва в условиях нагружения при низкой температуре ведет к снижению пластичности и охрупчиванию металла.
Мерами повышения стойкости сварных соединений против межкристаллитной коррозии нержавейки являются:
-применение сталей и присадочных материалов, содержащих минимально возможное количество углерода;
— легирование стали титаном, ниобием или другими сильными карбидообразующими элементами;
— закалка 1050-1100°С или стабилизирующий отжиг от 870 до 900°С, выдержка от 2 до 3 ч, охлаждение на воздухе.

Для уменьшения перегрева нержавейки и обеспечения оптимальных механических свойств и коррозионной стойкости сварку соединений небольшой толщины ( менее 8-10 мм) необходимо вести при максимально возможной скорости.
При многопроходной сварке каждый проход выполнять после охлаждения предыдущего до температуры ниже 100°С и тщательной его зачистки.
Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений необходимо соблюдать следующие требования:
— швы, обращенные к коррозионной среде, заваривать в последнюю очередь; — для случаев двусторонней сварки — выполнять третий облицовочный шов, обращенный к среде. При отсутствии такой возможности (в случае односторонней сварки сосудов малого диаметра и др.) следует принимать все меры для уменьшения нагрева металла первого слоя шва последующими: охлаждение или наполнение сосуда водой, применение медных массивных подкладок, обдув воздухом, повышение скорости Сварки, снижение силы тока, уменьшение диаметра электрода, сварка без поперечных колебаний;
не допускать перегрева металла, для чего сварку вести на максимально возможных скоростях и минимальных токах, ограничивать возможность более чем двукратных ремонтных подварок;
а отдельных случаях необходимо полировать всю рабочую поверхность сварных соединений.
Одним из методов борьбы с горячими трещинами при сварке является применение присадочных материалов, позволяющих получить сварные швы, обладающие аустенитно-ферритной структурой с содержанием ферритной фазы более 2 %.
Для предотвращения горячих трещин, особенно в соединениях толщиной 10 мм и белее, стабильно аустенитных сталей и сплавов рекомендуется:
ручную дуговую сварку выполнять при минимальной длине дуги, без поперечных колебаний усиленными валиками;
автоматическую сварку под флюсом производить на пониженных скоростях с минимальным числом проходов;
кратеры швов тщательно заплавлять до получения выпуклого мениска или вышлифовать, выводить кратеры на основной металл запрещается;
в случае вынужденного обрыва дуги до ее повторного возбуждения обязательно убедиться в отсутствии горячей кратерной трещины, при наличии трещины кратер удалить механическим способом;
при проектировании сварных конструкций из стабильноаустенитных сталей во всех возможных случаях заменять угловые и тавровые соединения стыковыми;
применять комбинированный способ сварки соединений большой толщины, при котором внутренние и внешние не соприкасающиеся с агрессивной средой слои шва выполняются электродами, обеспечивающими меньшую коррозионную стойкость, но повышенную стойкость металла шва против горячих трещин ( в том числе и за счет наличия ферритной фазы); при этом толщина слоя, обра¬щенного к коррозионной среде, равноценного по коррозионной стоикости основному металлу, должна быть не менее 3 мм.
Сварщики, допускаемые к сварке стабильноаустенитных сталей, должны иметь навыки по борьбе с горячими трещинами.

Для уменьшения сварочных деформаций рекомендуется:
— производить сварку на режимах, которые характеризуются большими скоростями сварки, короткой дугой и минимально возможными токами;
— при ручной сварке корня шва, швы разбивать на участки и сваривать их в последовательности, чтобы коробление было минимальным.
Во избежание образования трещин в сталях марок 08Х17Т и 15Х25Т сварку, гибку, правку и все операции, связанные с приложением ударных нагрузок’, следует выполнять с подогревом до 15С -250°С.
Чтобы не допустить растрескивания в зоне термического влияния, шлак обивают при температуре 100 -150°С.
Температура подогрева (охлаждения) сварных конструкций контролируется приварными термопарами ( термощуцами), тэрмо-карандашамм и термокрасками. Замеры температуры производятся в пределах зоны равномерна го нагрева на расстоянии не менее 100 мм от свариваемых кромок.
Ручную дуговую сварку нержавейки выполняют на короткой дуге без поперечных колебаний электрода.
Полуавтоматическую сварку нержавейки рекомендуется выпонять на синергетических установках, позволяющим настройку специальных режимов сварки (перенос металла, импульс, скорость сварки и др.), так же желательно применение порошковых проволок вместо сплошных.

Сварка нержавеющей стали

Благодаря своим антикоррозионным и прочностным качествам, нержавеющие стали широко используются в промышленности и быту. Изделия, изготовленные из нержавейки, можно встретить везде, — начиная от цехов-гигантов химического производства и заканчивая кухней в каждой квартире.

Свариваемость нержавейки

• Пониженная в 1,5-2 раза по сравнению с низкоуглеродистыми сталями теплопроводность, вызывающая концентрацию теплоты и увеличение проплавления металла в зоне сварки. Это свойство диктует необходимость уменьшения при сварке нержавейки силы тока на 15-20% в сравнении с током для обычных сталей.
• Большой коэффициент линейного расширения и обусловленная этим значительная литейная усадка увеличивают деформацию металла в процессе и после сварки. При отсутствии достаточного зазора между свариваемыми деталями, обладающими значительными толщинами, это может приводить даже к трещинам.
• Высокое электрическое сопротивление приводит к сильному нагреву электрода из высоколегированной стали. Для снижения отрицательного эффекта, электроды с хромоникелевыми стержнями выпускаются длиной не более 350 мм.
• Очень важным качеством является склонность высокохромистых сталей к утрате своих антикоррозийных свойств при неправильном термическом режиме. Явление это называется межкристаллитной коррозией. Физико-химическая природа его состоит в том, что при нагревании выше 500°С, по границам зерен происходит образование карбидов хрома и железа, которые становятся центрами коррозионного растрескивания и коррозии. С этим явлением борются разными методами, одним из которых является быстрое охлаждение места сварки (любым способом, вплоть до поливания водой), чтобы уменьшить степень потери коррозионной стойкости. Способ охлаждения водой подходит только для определенных сталей — хромоникелевых аустенитного класса.

Способы сварки нержавейки

• cварка покрытыми электродами (режим MMA);
• сварка вольфрамовым электродом в среде аргона (режим DC/AC TIG);
• полуавтоматическая аргонная сварка нержавеющей проволокой (режим MIG).

Подготовка металла к сварке

Перед сваркой, поверхности кромок зачищают до блеска стальной щеткой и промывают растворителем (например, ацетоном, авиационным бензином). Это делается для удаления жира, который может вызвать появление пор в шве и снижение устойчивости дуги.

Ручная сварка покрытыми электродами (режим MMA)

ГОСТ 10052-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами» содержит типы электродов, подходящих для нержавеющих сталей определенного состава. Это, в частности, электроды ОЗЛ-8, ЦЛ-11, НИАТ-1, УОНИ-13/НЖ 12Х13 и пр. Если известна марка свариваемой нержавеющей стали, можно, обратившись к ГОСТу, подобрать тип электрода оптимального состава. Выбирать следует те электроды, которые обеспечивают основные эксплуатационные характеристики сварных соединений — механические свойства, коррозионную стойкость, а если необходимо, то и жаростойкость.

Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности. Нужно стремиться к меньшему проплавлению шва, варить по возможности электродами небольшого диаметра при минимальной тепловой энергии. Как писалось выше, сила тока при сварке нержавеющей стали на 15-20% меньше чем для обычной стали.

Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления электродов, использование больших токов может приводить к перегреву их покрытия и даже отваливанию отдельных кусков. По этой же причине (низкая теплопроводность и высокое сопротивление) электроды для сварки нержавейки обладают более высокой скоростью плавления, чем обычные стальные. Приступая к сварке нержавеющей стали впервые, нужно быть готовым к этому.

Для сохранения коррозионных свойств шва, нужно обеспечивать его ускоренное охлаждение, используя для этого медные прокладки или обдувание воздухом. Если свариваемая сталь относится к хромоникелевым аустенитного класса, можно для охлаждения использовать воду.

Сварка вольфрамовым электродом в среде аргона (режим AC/DC TIG)

Сварка должна выполняться без колебательных движений электродом, иначе может нарушиться защита зоны варки, что приведет к окислению металла шва. Обратная сторона шва защищается от воздуха поддувом аргона (нержавейка не так критична к защите обратной стороны как титан).

В таблице ниже приведены примерные режимы ручной сварки в аргоне вольфрамовым электродом нержавеющей и жаропрочной аустенитной стали.

Нужно стараться исключить попадание вольфрама в сварочную ванну. Поэтому целесообразно использовать бесконтактный поджог дуги или зажигать дугу на угольной или графитовой пластине, перенося ее затем на основной металл.

Для аустенитов, с целью снижения обеднения хромом внешних участков, рекомендуется охлаждение шва водой.

С целью уменьшения расхода вольфрамового электрода, после окончания сварки желательно не выключать сразу защитный газ, делая это спустя некоторое время (10-15 сек.). Это исключает интенсивное окисление нагретого электрода и продлевает срок его службы.

Оценка статьи:

(пока оценок нет)

Загрузка...

Сохранить себе в: