7.2. Общие рекомендации по сварке аустенитных сталей

Выбор сварочных материалов осуществляется в зависимости от марки стали и условий ее эксплуатации.

Для сталей с Cr/Ni > 1 применяют аустенитно-ферритные материалы, а для сталей с Cr/Ni < 1 – чисто аустенитные или аустенитно-карбидные материалы. Важным при этом является высокая чистота применяемых материалов по вредным (Р, S) и ликвирующимся (Pb, St, Bi) примесям, а также по О₂ и N.

Режим сварки должен обеспечить минимальный темп деформаций и высокие скорости охлаждения для получения благоприятной структуры и сопротивления образованию трещин.

Низкий коэффициент теплопроводности и высокий коэффициент линейного расширения обусловливают, при прочих равных условиях, расширение зоны проплавления и областей, нагретых до высоких температур, и увеличение суммарной пластической деформации металла шва и ЗТВ.

Рис. 42. Влияние силы тока и скорости сварки на образование ГТ в металле шва

Поэтому необходимо: 1. Применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии (ЭЛС, плазменная). Чем больше энерговложение, тем ниже стойкость против образования ГТ (рис. 42). 2. Создавать условия для ускоренного охлаждения сварного соединения (подача струи воды или газа, ввод в сварочную ванну твердого присадочного материала и т. п.).

3. Выполнять последующие швы в многослойных соединениях после охлаждения предыдущих. Шов, обращенный к агрессивной среде, выполнять в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев.

4. Уменьшать долю основного металла в металле шва.

5. Осуществлять сварку на постоянном токе обратной полярности короткой дугой.

6. Не допускать попадания брызг на поверхность основного металла (очаги коррозии).

7. Удалять остатки шлака и флюса.

8. Прокаливать электроды и флюсы, хранить их в герметичной таре.

Снижение тепла деформаций достигается путем:

– ограничения I_св и диаметра электрода;

– заполнения разделки валиками относительно небольшого сечения;

– заделки кратеров при обрыве дуги, а иногда их вырубки;

– применения надлежащих форм и размеров разделки кромок.

Термическая обработка аустенитных сталей может быть местной или общей и зависит от эксплуатационных требований. Это или аустенизация с последующим стабилизирующим отжигом (750...800°С), или аустенизация без отжига.

7.3. Технология сварки

Ручная сварка позволяет получать сварные соединения в любом пространственном положении.

Основная задача РДС – получение металла шва с необходимым химическим составом и структурой. Поэтому:

– сварку выполняют короткой дугой без колебаний с минимальным проплавлением основного металла;

– преимущественно применяют электроды фтористо-кальци-евого типа;

– сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности при I_св = (25...30)d_э.

Основные сведения о режиме и электродах для сварки некоторых аустенитных сталей приведены в табл. 23–25.

Таблица 23

Ориентировочные режимы РДС аустенитных сталей

Толщина металла, мм	Электрод		Сила сварочного тока при положении сварки, А
	диаметр, мм	длина, мм	нижнее	вертикальное	потолочное
До 2	2	150 – 200	30...50	–	–
2,5...3	3	225 – 250	70...100	50...80	45...75
3...8	3 – 4	250 – 300	85...140	75...130	65...120
8...12	4 – 5	300 – 400	85...160	75...150	65...130

Таблица 24

Сварочные материалы для дуговой сварки коррозионно-стойких сталей,

обеспечивающих стойкость против общей и межкристаллитной коррозии

Марка стали	РДС	АрДС	АДС		в СО2
	электрод	проволока	флюс	проволока	проволока
08Х18Н10Т	Э-07Х20Н9 (ОЗЛ-8)	Св-06Х19Н9Т	АН-26	Св-06Х19Н9	Св-08Х20Н9Г7Т
07Х18Н10Т		Св-08Х20Н9Г7Т	АН-45	Св-08Х20Н9Г7Т
12Х18Н10Т 06Х18Н11	Э-08Х20Н9Г2Б (ОЗЛ-7, ЦЛ-11)	Св-08Х19Н10Б Св-05Х20Н9ФБС	АН-18 АН-18	Св-08Х19Н10Б Св-05Х20Н9ФБС	Св-05Х20Н9ФБС Св-08Х19Н10Б
	Э-08Х19Н10Г2Б (ЦТ-15)
	Э-02Х19Н9Б (АНВ-13)
03Х18Н11	Э-02Х19Н9Б (АНВ-13)	Св-01Х19Н19	Не рекомендуется		Не рекомендуется
	Э-02Х21Н10Г2 (ОЗЛ-22)
10Х14Г14М4Т	Э-07Х20Н9 (ОЗЛ-8) Э-04Х20Н9 (ОЗЛ-14А)	Св-06Х19Н9Т Св-08Х20Н9Г7Т	АН-26 АН-45	Св-08Х19Н10Б Св-05Х20Н9ФБС	Св-05Х20Н9ФБС Св-08Х19Н10Б
10Х14АГ15
07Х21Г7АН5
08Х17Н13М2Т 10Х17Н13М3Т	Э-09Х19Н10Г2М2Б (НЖ-13)	Св-06Х19Н10М3Т	АН-26	Св-06Х19Н10М3Т	Св-06Х19Н11М3ТБ Св-06Х19Н10М3Т
	Э-07Х19Н11М3Г2Ф (ЭА-400/10У)	Св-08Х19Н10М3Б	АН-18	Св-06Х20Н11М3ТБ
	Э-02Х19Н18Г5АМ3 (АНВ-17)	Св-06Х20Н11М3ТБ	АН-45	Св-01Х19Н18Г10АМ4
08Х17Н15М3Т 03Х21Н21М4НБ	Э-02Х20Н14Г2М2 (ОЗЛ-20)	Св-01Х19Н18Г10АМ4	АН-18 АН-45	Св-01Х19Н18Г10АМ4	Не рекомендуется
	Э-02Х25Н24М3АГЗД (АНВ-42)
	Э-02Х19Н18Г5АМЗ (АНВ-17)
02Х8Н22С6	Э-02Х17Н14С5 (ОЗЛ-24)	Св-01Х12Н11С62 (ЭК-76)	–	–	–
	Э-02Х12Н11С6 (АНВ-47)		–	–	–

Таблица 25

Электроды, применяемые для сварки аустенитных

жаропрочных сталей и свойства наплавленного металла

Марка стали	Марка электрода	Тип наплавленного металла	Т испытания, С	в, МПа, за		Структура наплавленного металла
				104, ч	105, ч
12Х18Н9	ЦТ-26	10Х16Н9М2	550	220	160	2...4 % феррита
12Х18Н12Т			600	170	140
08Х16Н9М2			650	110	80
12Х16Н13М2Б	ЦТ-7	10Х18Н11М2Ф	600	–	160	3...5 % феррита
	КТИ-5		650	130	90
35Х19Н10М2Б	ЦТ-5	12Х20Н10МВФБ	600	220	220
12Х16Н14В2БР	ЦТ-16	10Х18Н10В2Б	600	170	130
12Х16Н9В2Б	ЦТ-25	12Х16Н9В4Б	700	130	90
10Х16Н16В2БР	ЦТ-23	12Х15Н14В2Б	650	160	130	2...4 % карбиды (интерметалиды)
12Х14Н20В2БР			660	130	100
12Х15Н25М6А	ЦТ-10	12Х15Н25М6	650	150	120
12Х14Н20В2БР	АЖ-13-18	12Х14Н18В2Б	650	150	120
12Х15Н35В3Т2	КТИ-7	30Х13Н35В3Б2	650	220	180
20Х25Н20С	ОЗЛ-9А	40Х25Н6Г7	900	110	–
25Х20Н35С	ЦТ-28	06Х15Н60М15В6	950	140	–

Сварка под флюсом – основной способ сварки аустенитных сталей толщиной от 3 до 50 мм в нефтехимическом машиностроении. Она обеспечивает хорошее формирование сварных швов, стабильность состава и свойств их по всей длине, отсутствие брызг и кратеров, минимальное окисление легирующих элементов, высокую производительность и качество.

Для сварки под флюсом применяют ряд сварочных проволок (марки которых приведены в табл. 24, 26) и низкокремнистых, фторидных или высокоосновных флюсов.

Сварку выполняют на токе обратной полярности швами небольшого сечения. Вылет проволоки при этом уменьшают в 1,5...2,0 раза по сравнению с низкоуглеродистой из-за большого омического сопротивления. Техника и режимы сварки аустенитных сталей практически такие же, как и при сварке обычных сталей.

Таблица 26

Сварочные материалы для сварки жаропрочных сталей

Марка стали	Марка проволоки	Марка флюса
08Х18Н10	08Х18Н9Б	АН-18
08Х18Н12Б		48-ОФ-6М
09Х16Н9М2	08Х16Н8М2	АН-26, 48-ОФ-6, ФЦ-17
10Х17Н13В2М	08Х15Н9В4Б	АН-18
12Х18Н12Т	10Х16Н25АМ6	АН-18
20Х23Н18		48-ОФ-6М
08Х15Н35В4Т	06Х15Н35Г7В7М3Т	48-ОФ-6М, АНФ-23
10Х15Н24В5Т2Р1	06Х15Н24В5Т2Р1	АНФ-23
20Х23Н18	08Х25Н20С2Р1	АНФ-23
20Х23Н35С	07Х25Н50М9К9Б2Г3, ЭП-883	АНФ-23

При сварке в защитных газах используют инертные (аргон, гелий), активные (СО₂, N) газы и их смеси. Применение газов позволяет изменять тепловую эффективность дуги и условия ввода тепла в зону свар­ки, расширяет технологические возможности процесса сварки.

Сварка в инертных газах обеспечивает высокое усвоение легирующих элементов и стабильность свойств сварного соединения.

Применяют сварку неплавящимся и плавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом (с присадкой или без нее) выполняют на токе прямой полярности при I = 80...250 А при расходе аргона 4...8 л/мин.

Особенно эффективно применение импульсно-дуговой сварки (ИДС), которая обеспечивает широкое регулирование температурного цикла сварки. При ИДС уменьшается перегрев сварного соединения и коробление, обеспечивается хорошее формирование шва, особенно при сварке металлов малых толщин. ИДС способствует дезориентации структуры, что уменьшает вероятность образования ГТ.

Сварку плавящимся электродом выполняют на токах, обеспечивающих струйный перенос электродного металла. При этом исключается разбрызгивание и образование очагов коррозии в местах приварившихся брызг. Для снижения критического тока, обеспечивающего струйный перенос, сварку выполняют в смеси аргона с 3...5 % О₂ или 15...20 % СО₂. При этом снижается опасность образования пор, вызванных водородом. Но добавки О₂ и СО₂ увеличивают угар легирующих элементов и возможность науглероживания металла шва, что требует применения соответствующих проволок (табл. 25).

Иногда к аргону добавляют 3...10 % азота, который является сильным аустенизатором и способствует измельчению структуры и стойкости к образованию ГТ.

При сварке в СО₂ происходит выгорание легирующих элементов (Ti, Al, Cr, Mn, Si) и науглероживание металла шва на 0,02...0,04 %. Это может резко снизить его коррозионную стойкость. Поэтому для сварки в СО₂ применяют проволоки с энергичными карбидообразователями (Ti, Nb, Al). Это сварочные проволоки Св-07Х18Н9ТЮ, Св-08Х20Н9С2БТЮ, Св-06Х20Н11М3ТБ и другие (табл. 24).

Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности проволокам диаметром 0,5...2,0 мм на токах 30...190 А и расходе газа 6...12 л/мин.

Недостатком сварки в СО₂ является большое разбрызгивание (10...12 %) и образование очагов коррозии в месте приварки брызг к металлу. Использование тонкой проволоки и сварки на малых вылетах уменьшает разбрызгивание. Для защиты от брызг применяют различные защитные пасты.