Сварка высоколегированных сталей — технология и режимы

1 / 1

Виды сталей с количеством легирующих элементов от 10 до 55% называются высоколегированными. Кроме того, существуют высоколегированные сплавы на железоникелевой и никелевой основах. Состав этих материалов описан ГОСТом 5632 – 72. Всего описано 94 марки стали и 22 марки сплавов. Существуют различные системы их классификации. Наибольшее распространение получила классификация по типу легирующих добавок. По этому принципу различают следующие виды высоколегированных сталей:

Не лишним будет упомянуть самые распространенные высоколегированные сплавы: никелевые, никелехромистые, никелехромовольфрамовые и никелехромокобальтовые. Эти материалы обладают уникальными полезными свойствами, широко применяются в изготовлении ответственных изделий и требуют особых методов сварки.

Режим сварки высоколегированных сталей

Различные требования предъявляются к сварным швам таких сталей в зависимости от того, в каком качестве их используют: хладостойких, жаропрочных или коррозиестойких.

Для получения шва нужных свойств применяют различные режимы сварки, которые, в совокупности с последующей термообработкой, дадут необходимый результат.

Присущий в этих сталях низкий коэффициент теплопроводности способствует перегреву, как в самом шве, так и в околошовной зоне. Это увеличивает глубину проплавления и способствует короблению металла. Другой особенностью высоколегированных сталей является высокое сопротивление прохождению электрического тока, результатом чего может стать перегрев сварочной проволоки или электрода. Для нивелирования этих особенностей применяют режимы со следующими характеристиками:

• максимальная концентрация тепловой энергии;

• уменьшенная длина электрода или сварочной проволоки;

• увеличенная скорость подачи электрода;

• уменьшенная плотность сварочного тока.

Например, при толщине свариваемого материала равной 2 мм. выбирают электрод диаметром 2 мм., длиной 150 – 200 мм. Сваривание проводят током 30 – 50 ампер.

Выбор электродов

Электроды с основным покрытием не используются для сварки аустенитных сталей, так как они провоцируют науглероживание шва, результатом которого будет пониженная стойкость к межкристаллической коррозии. Это явление провоцируется разложением мрамора, который присутствует в этом покрытии в большом количестве. Электроды с рутило-основными и рутило-флюоритноосновными покрытиями – группа, предназначенная для сваривания высоколегированных сталей.

Аустенитная сталь является разновидностью нержавеющих сталей, которые делятся на четыре типа:

• аустенитная;

• ферритная;

• мартенситная;

• дуплексная.

Главная особенность аустенитной группы состоит в способности не увеличивать твердость при тепловых воздействиях. В эту группу входит сплав 20, который работает в горячей серной кислоте. Серия 300 (из этой группы) используется для изготовления посуды. Стали 309 и 310 используются для работы при температурах 800 С⁰.

ГОСТ 2246 – 70 содержит 41 марку сварочной проволоки, которая предназначена для сваривания высоколегированных сталей. В качестве примера можно привести следующие марки: Св-04Х19Н9, Св-05Х19Н9Ф3С2, Св-06Х19Н9Т, Св-07Х19Н10Б, Св-08Х20Н9С2БТЮ, Св-10Х16Н25М6А.

ГОСТ 10052 – 75 содержит 49 типов электродов. Вот наиболее популярные: Э-02Х19Н9Б, Э-04Х20Н9, Э-07Х20Н9, Э-06Х22Н9, Э-06Х13Н, Э-08Х20Н9Г2Б, Э-08Х14Н65М15В4Г2, Э-10Х20Н70Г2М2В.

Может возникнуть естественный вопрос о том, для чего такое количество типов сварочной проволоки и электродов. Многообразие типов проволоки и электродов вытекает из разнообразия требований к сварным швам. Как мы уже упоминали ранее: от швов требуют различных качеств в зависимости от того, в каких условиях будет работать то или иное сварное изделие. В зависимости от назначения сварного изделия, по микроструктуре и марке свариваемой детали подбирается марка электрода или сварочной проволоки, вид покрытия (обмазка) и режим сварки.

Как вы могли уже заметить, сварка высоколегированных сталей не является простым процессом. Для ведения работ необходимо обладать достаточными знаниями и немалым опытом. Нужно иметь справочную литературу и уметь ею пользоваться. Это необходимые условия для получения качественного результата сваркия таких материалов.

В домашних условиях, где требования к надежности и долговечности соединения не столь критичны, можно практиковать сварку таких материалов, если знать их марку и иметь таблицу для подбора электродов. К тому же необходимо уметь читать обозначения на электродах. Условные обозначения оговариваются в ГОСТе 9466 – 75. Вторая строка обозначения содержит группу индексов, по которым можно определить характеристики металла шва и наплавленного металла. Аустенитно-ферритная группа имеет четыре цифровых индекса, остальные три. Цифрами закодировано:

• первый индекс – стойкость против межкристаллической коррозии;

• второй индекс – максимальная температура, при которой рекомендовано применение изделия;

• третий индекс – допустимая рабочая температура для изделий, сваренных этими электродами;

• четвертый индекс – содержание ферритной фазы (необходимо для обеспечения аустенитно-ферритной структуры наплавленного металла).

Все эти сведения можно найти и в паспортах на конкретные электроды.

Выбор флюсов

Соединение высоколегированных сталей можно проводить под слоем флюса, что способствует получению сварочных соединений высокого качества и надежности. Однако особенности технологии позволяют применять такой вид сварки только к швам в нижнем положении.

Разработано большое количество марок флюса для разных марок свариваемых материалов. Подбирать их необходимо со знанием дела. В качестве примера можно привести состав одного из характерных видов флюса:

• мрамор 28%;

• фарфор 30%;

• ферромарганец 10%;

• ферросилиция 6%;

• ферротитана 6%;

• двуокиси титана 20%

Это состав флюса марки НЖ-8.

Выбор защитного газа

Сам процесс сварки был уже неоднократно описан нами, остается только заметить, что и в случае сварки высоколегированных сталей используются те же защитные газы: аргон, гелий, смеси на основа аргона. Отмечается улучшение комфортности при ведении работ в связи со значительным повышением стабильности дуги.

Выбором состава газа или их смесей, а также подмешиванием других видов газов, можно существенно влиять на свойства шва и околошовной зоны.

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Высоколегированные аустенитные стали и сплавы обладают комплексом положительных свойств. Поэтому одну и ту же марку стали иногда можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например коррозионно-стойких, хладостойких, жаропрочных и т.д. В связи с этим и требования к свойствам сварных соединений будут различными. Это определит и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки и т.д.), направленную на получение сварного соединениях необходимыми свойствами, определяемыми составом металла шва и его структурой.

Характерные для высоколегированных сталей теплофизические свойства определяют некоторые особенности их сварки. Пониженный коэффициент теплопроводности при равных остальных условиях значительно изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне (рис.

1). В результате одинаковые изотермы в высоколегированных сталях более развиты, чем в углеродистых. Это увеличивает глубину проплавления основного металла, а с учетом повышенного коэффициента теплового расширения возрастает и коробление изделий.

Поэтому для уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей следует применять способы и режимы сварки, характеризующиеся максимальной концентрацией тепловой энергии. Примерно в 5 раз более высокое, чем у углеродистых сталей, удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. При автоматической и полуавтоматической дуговой сварке следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов и допустимую плотность сварочного тока.

Одна из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей и сплавов — предупреждение образования в швах и околошовной зоне горячих трещин. Предупреждение образования этих дефектов достигается:

1) Ограничением (особенно при сварке аустенитных сталей) в основ ном и наплавленном металлах содержания вредных (серы, фосфора) и ликвирующих (свинца, олова, висмута) примесей, а также газов — кислорода и водорода. Для этого следует применять режимы, уменьшающие долю основного металла в шве, и использовать стали и сварочные материалы с минимальным содержанием названных примесей. Техника сварки должна обеспечивать минимальное насыщение металла шва газами. Этому способствует применение для сварки постоянного тока обратной полярности. При ручной сварке покрытыми электродами следует поддерживать короткую дугу и сварку вести без поперечных колебаний. При сварке в защитных газах, предупреждая подсос воздуха, следует поддерживать коротким вылет электрода и выбирать оптимальными скорость сварки и расход защитных газов. Необходимо также принимать меры к удалению влаги из флюса и покрытия электродов, обеспечивая их необходимую прокалку.

Это уменьшит также вероятность образования пор, вызываемых водородом;

2) Получением такого химического состава металла шва, который обеспечил бы в нем двухфазную структуру. Для жаропрочных и жаростойких сталей с малым запасом аустенитности и содержанием никеля до 15 % это достигается получением аустенитно-ферритной структуры с 3 … 5 % феррита. Большее количество феррита может привести к значительному высокотемпературному охрупчиванию швов ввиду их сигматизации. Стремление получить аустенитно-ферритную структуру швов на глубокоаустенитных сталях, содержащих более 15 % Ni, потребует повышенного их легирования ферритообразующими элементами, что приведет к снижению пластических свойств шва и охрупчиванию ввиду появления хрупких эвтектик, а иногда и ?-фазы.

Поэтому в швах стремятся получить аустенитную структуру с мелкодисперсными карбидами и интерметаллидами. Благоприятно и легирование швов повышенным количеством молибдена, марганца и вольфрама, подавляющих процесс образования горячих трещин. Количество феррита в структуре швов на коррозионно-стойких сталях может быть повышено до 15 … 25 %. Высоколегированные стали содержат в качестве легирующих присадок алюминий, кремний, титан, ниобий, хром и другие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Поэтому при наличии в зоне сварки окислительной атмосферы возможен их значительный угар, что может привести к уменьшению содержания или к полному исчезновению в структуре шва ферритной и карбидной фаз, особенно в металле с небольшим избытком ферритизаторов.

Для сварки рекомендуется использовать неокислительные низкокремнистые, высокоосновные флюсы (фторидные) и покрытия электродов (фтористокальциевые). Сварка короткой дугой и предупреждение подсоса воздуха служит этой же цели. Азот — сильный аустенитизатор, способствует измельчению структуры за счет увеличения центров кристаллизации в виде тугоплавких нитридов. Поэтому азотизация металла шва способствует повышению их стойкости против горячих трещин.

Высокоосновные флюсы и шлаки, рафинируя металл шва и иногда модифицируя его структуру, повышают стойкость против горячих трещин. Механизированные способы сварки, обеспечивая равномерное проплавление основного металла по длине шва и постоянство термического цикла сварки, позволяют получить и более стабильные структуры на всей длине сварного соединения;

3) Применением технологических приемов, направленных на изменение формы сварочной ванны и направления роста кристаллов аустенита. Действие растягивающих сил, перпендикулярное направлению роста столбчатых кристаллов, увеличивает вероятность образования горячих трещин (рис. 2). При механизированных способах сварки тонкими электродными проволоками поперечные колебания электрода, изменяя схему кристаллизации металла шва, позволяют уменьшить его склонность к горячим трещинам;

4) Уменьшением силового фактора, возникающего в результате термического цикла сварки, усадочных деформаций и жесткости закрепления свариваемых кромок. Снижение его действия достигается ограничением силы сварочного тока, заполнением разделки швами небольшого сечения и применением соответствующих конструкций разделок. Этому же способствует хорошая заделка кратера при обрыве дуги. Кроме перечисленных общих особенностей сварки высоколегированных сталей и сплавов, есть специфические особенности, определяемые их служебным назначением. При сварке жаропрочных и жаростойких сталей обеспечение требуемых свойств во многих случаях достигается термообработкой (аустенизацией) при температуре 1050 … 1110 °С, снимающей остаточные сварочные напряжения, с последующим стабилизирующим отпуском при температуре 750 … 800 °С. При невозможности термообработки сварку иногда выполняют с предварительным или сопутствующим подогревом до температуры 350 … 400 °С. Чрезмерное охрупчивание швов за счет образования карбидов предупреждается снижением содержания в шве углерода. Обеспечение необходимой окалиностойкости достигается получением металла шва, по составу идентичного основному металлу. Это же требуется и для получения швов стойких к общей жидкостной коррозии.

При сварке коррозионно-стойких сталей различными способами для предупреждения МКК не следует допускать повышения в металле шва содержания углерода за счет загрязнения им сварочных материалов (графитовой смазки проволоки и т.д.), длительного и многократного пребывания металла сварного соединения в интервале критических температур.

В связи с этим сварку необходимо выполнять при наименьшей погонной энергии, используя механизированные способы сварки, обеспечивающие непрерывность получения шва. Повторные возбуждения дуги при ручной сварке, вызывая нежелательное тепловое действие на металл, могут вызвать появление склонности его к коррозии. Шов, обращенный к агрессивной среде, по возможности следует сваривать в последнюю очередь, чтобы предупредить его повторный нагрев, последующие швы в многослойных швах — после полного охлаждения предыдущих. Следует принимать меры к ускоренному охлаждению швов. Брызги, попадающие на поверхность основного металла, могут быть впоследствии очагами коррозии. Следует тщательно удалять с поверхности швов остатки шлака и флюса, так как взаимодействие их в процессе эксплуатации с металлом может повести к коррозии или снижению местной жаростойкости.

Для повышения стойкости швов к межкристаллитной коррозии и создания в их металле аустенитно-ферритной структуры при сварке их обычно легируют титаном или ниобием. Однако титан обладает высоким сродством к кислороду и поэтому при способах сварки, создающих в зоне сварки окислительную атмосферу (ручная дуговая сварка, сварка под окислительными флюсами), выгорает в количестве 70 … 90 %. Легирование швов титаном возможно при сварке в инертных защитных газах, при дуговой и электрошлаковой сварке с использованием фторидных флюсов. В металле швов содержание титана должно соответствовать соотношению Ti/C > 5. Ниобий при сварке окисляется значительно меньше и его чаще используют для легирования шва при ручной дуговой сварке. Его содержание в металле шва должно соответствовать Nb/C > 10. Однако он может вызвать появление в швах горячих трещин.

Газовая сварка обеспечивает большую зону разогрева, значительный перегрев расплавленного металла и замедленное охлаждение. При этом происходит значительный угар легирующих элементов. Она наименее благоприятна для сварки этих особенно кислотостойких сталей, в которых может развиваться значительная межкристаллитная коррозия. Газовая сварка может использоваться для сварки жаропрочных и жаростойких сталей толщиной 1 … 2 мм. Сварка ведется нормальным пламенем с мощностью пламени 70 … 75 л/ч на 1 мм толщины. Процесс следует вести с возможно большей скоростью левым способом, мундштук держать под углом 45° к поверхности. В сварных соединениях образуются большие коробления.

Ручная дуговая сварка это высокоманевренный способ. При сварке высоколегированных сталей сварочные проволоки одной по ГОСТу марки имеют достаточно широкий допуск по химическому составу. Различие типов сварных соединений, пространственного положения сварки и т.п. способствует изменению глубины проплавления основного металла, а также изменению химического состава металла шва. Все это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и предупреждения, таким образом, образования в шве горячих трещин. Этим же достигаются и необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов.

Применением электродов с фтористокальциевым покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получение металла шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Это снижает вероятность появления дефектов на поверхности основного металла в результате попадания на него брызг.

Тип покрытия электрода диктует необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменном или постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива). Тщательная прокалка электродов, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и вызываемых водородом трещин. Некоторые данные о режимах и выборе электродов для ручной дуговой сварки приведены в табл. 1 и 2, а о свойствах сварных соединений — в табл. 3 и на рис. 3.

Табл. 1 Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки аустенитных сталей

Табл. 2 Некоторые марки электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов

Табл. 3 Типичные механические свойства металла шва при комнатной температуре

Сварка под флюсом. Этот один из основных способов сварки высоколегированных сталей толщиной 3 … 50 мм имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами ввиду стабильности состава и свойств металла по всей длине шва при сварке с разделкой и без разделки кромок. Это достигается отсутствием частых кратеров, образующихся при смене электродов, равномерностью плавления электродной проволоки и основного металла по длине шва (при ручной сварке меньшая скорость плавления электрода вначале его использования и большая в конце изменяет долю основного металла в шве, а значит, и его состав), более надежной защитой зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха и др.

Хорошее формирование поверхности швов с мелкой чешуйчатостью и плавным переходом к основному металлу, отсутствие брызг на поверхности изделия заметно повышают коррозионную стойкость сварных соединений. При этом способе уменьшается трудоемкость подготовительных работ, так как разделку кромок выполняют на металле толщиной свыше 12 мм (при ручной сварке свыше 3 … 5 мм). Возможна сварка с повышенным зазором и без разделки кромок стали толщиной до 30 … 40 мм. Уменьшение потерь на угар, разбрызгивание и огарки электродов на 10 … 20 % снижает расход дорогостоящей сварочной проволоки.
Однако при сварке под флюсом некоторых марок жаропрочных сталей требование обеспечения в металле шва регламентированного количества ферритной фазы не всегда может быть достигнуто. Это объясняется трудностью получения необходимого состава металла шва за счет выбора только сварочных флюсов и проволок (последние имеют значительные колебания химического состава в пределах стали одной марки) при сварке металла различной толщины (различная форма разделки и, значит, доля участия основного металла в формировании шва).
Отличие техники сварки высоколегированных сталей и сплавов от техники сварки обычных низколегированных сталей заключается в уменьшении вылета электрода в 1,5 … 2 раза ввиду повышенного электросопротивления сварочных проволок. Для предупреждения перегрева металла и связанного с этим огрубления структуры, возможности появления трещин и снижения эксплуатационных свойств сварного соединения многослойные швы повышенного сечения рекомендуется сваривать швами небольшого сечения. Это предопределяет использование сварочных проволок диаметром 2 … 3 мм. Аустенитные сварочные проволоки в процессе изготовления сильно наклёпываются и имеют высокую жесткость, что затрудняет работу правильных, подающих и токоподводящих узлов сварочных установок, снижая срок их службы. Легировать шов можно через флюс (табл. 4) или проволоку (табл. 5).
Легирование через проволоку более предпочтительно, так как обеспечивает повышенную стабильность состава металла шва. При сварке используют безокислительные низкокремнистые фторидные и высокоосновные флюсы, создающие в зоне сварки безокислительные или малоокислительные среды, способствующие минимальному угару легирующих элементов. Остатки шлака и флюса на поверхности швов, которые могут служить очагами коррозии сварных соединений на коррозионно- и жаростойких сталях, необходимо тщательно удалять. Тип флюсов предопределяет преимущественное использование для сварки постоянного тока обратной полярности. При этом достигается и повышенная глубина проплавления. Некоторые данные о механических свойствах металла сварных швов и соединений приведены в табл. 6 и 7

Табл. 4 Флюсы для электродуговой и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Табл. 5 Некоторые марки сварочных проволок для электродуговой сварки под флюсом и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей

Табл. 6 Кратковременные механические свойства при температуре 20 °С металла шва и сварного соединения высоколегированных сталей и сплавов

Электрошлаковая сварка. Важнейшая особенность способа — пониженная чувствительность к образованию горячих трещин, что позволяет получать чисто аустенитные швы без трещин. Это объясняется специфическими особенностями электрошлаковой сварки: малой скоростью перемещения источника нагрева и характером кристаллизации металла сварочной ванны, отсутствием в стыковых соединениях угловых деформаций. Однако малая концентрация нагрева и скорость сварки, повышая длительность пребывания металла шва и околошовной зоны при повышенных температурах, увеличивают его перегрев и ширину околошовной зоны.

Табл. 7 Длительная прочность сварных соединений высоколегированных сталей и сплавов

Длительное пребывание металла при температурах 1200 … 1250 °С, приводя к необратимым изменениям в его структуре, снижает прочностные и пластические свойства. Это повышает склонность сварных соединений теплоустойчивых сталей к локальным (околошовным) разрушениям в процессе термообработки или эксплуатации при повышенных температурах. При сварке коррозионно-стойких сталей перегрев стали в околошовной зоне может привести к образованию в ней ножевой коррозии. Для предупреждения этих дефектов необходима термообработка сварных изделий (закалка или стабилизирующий отжиг). Применение неокислительных флюсов, особенно при сварке жаропрочных сталей и сплавов, не исключает угара легкоокисляющихся легирующих элементов (титана, марганца и др.) за счет проникновения кислорода воздуха через поверхность шлаковой ванны. Это вызывает необходимость в ряде случаев защищать поверхность шлаковой ванны путем обдува ее аргоном.
Электрошлаковую сварку можно выполнять проволочным или пластинчатыми электродами (табл. 8). Изделия большой толщины со швами небольшой протяженности целесообразнее сваривать пластинчатым электродом. Изготовление пластинчатого электрода более простое. Но сварка проволокой позволяет в более широких пределах, варьируя режим, изменять форму металлической ванны и характер кристаллизации металла шва, а это один из действенных факторов, обеспечивающих получение швов, свободных от горячих трещин. Однако жесткость сварочной проволоки затрудняет длительную и надежную работу токоподводящих и подающих узлов сварочной аппаратуры.

Табл. 8 Типовой режим электрошлаковой сварки высоколегированных сталей и сплавов

Сварка в защитных газах. В качестве защитных используют инертные (аргон, гелий) и активные (углекислый) газы, а также различные смеси инертных или активных газов и инертных с активными. Этот способ сварки по сравнению с рассмотренными выше имеет ряд существенных преимуществ. Его можно использовать для соединения металлов широкого диапазона толщин — от десятых долей до десятков миллиметров. При сварке толстых металлов в некоторых случаях этот способ сварки может конкурировать с электрошлаковой сваркой.
Применение инертных газов существенно повышает стабильность дуги. Значительное различие теплофизических свойств защитных газов и применение их смесей, изменяя тепловую эффективность дуги и условия ввода теплоты в свариваемые кромки, значительно расширяют технологические возможности дуги. При сварке в инертных газах наблюдается минимальный угар легирующих элементов, что важно при сварке высоколегированных сталей. При сварке в защитных газах возможности изменения химического состава металла шва более ограничены по сравнению с другими способами сварки и возможны за счет изменения состава сварочной (присадочной) проволоки или изменения доли участия основного металла в образовании металла шва (режим сварки), когда составы основного и электродного металлов значительно различаются.
При сварке плавящимся электродом появляется возможность изменения характера металлургических взаимодействий за счет значительного изменения состава защитной атмосферы, например, создания окислительных условий в дуге, путем применения смеси газов, содержащих кислород, углекислый газ и др. Этим способом можно выполнять сварку в различных пространственных положениях, что делает ее целесообразной в монтажных условиях по сравнению с ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Сварку в защитных газах можно выполнять неплавящимся вольфрамовым или плавящимся электродом.
Вольфрамовым электродом сваривают в инертных газах или их смесях. Для сварки высоколегированных сталей используют аргон высшего или 1-го сортов по ГОСТ 10157-79. Обычно сварку вольфрамовым электродом технически и экономически целесообразно использовать при сварке металлов толщиной до 7 мм (при толщине до 1,5 мм применение других способов дуговой сварки практически невозможно из-за образования прожогов). Однако в некоторых случаях, например при сварке неповоротных стыков труб, сварку вольфрамовым электродом применяют на сталях и больших толщин.
Высокое качество формирования обратного валика вызывает необходимость применения этого способа и при сварке корневых швов в разделках при изготовлении ответственных толстостенных изделий. В зависимости от толщины стали и конструкции сварного соединения сварку выполняют с присадочным материалом или без него вручную с использованием специальных горелок или автоматически. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. Исключение составляют стали и сплавы с повышенным содержанием алюминия, когда для разрушения поверхностной пленки окислов, богатой алюминием, следует применять переменный ток.

Технология сварки высоколегированных (нержавеющих) и жаропрочных сталей и сплавов

Температура плавления стали типа 18-8 составляет 1475°С. Такие стали широко применяются в пищевой, химической, авиационно-космической, электротехнической промышленности

Высоколегированные стали

Марка	Свариваемость	Технологические особенности сварки
12X18H9T, 12X18h20T, 08X18h20T, 12X17H9T	Хорошая	Присадок Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9, Св-07Х19Н10Б
XH78BT, ХН75М6ТЮ		Присадок Cв-XH78T
12X17,08Х17Т, 15Х25Т	Ограниченная	Рекомендуется термообработка Присадок Св-07Х25Н13, Св-08Х14ГНТ, Св-13Х25Т
20X13	Удовлетворительная	Подогрев и последующая термообработка. Присадок Св-12X13, Св-20Х13, Св-06Х14
10Х14Г14Н4Г		Подогрев и последующая термообработка. Присадок Св-04Х19Н9
08X17H5M3		Необходима термообработка. Присадок Св-06Х21Н7БТ
15Х17АГ14		Подогрев и последующая термообработка. Присадок Св-01Х18

Трудности при сварке

Защитный газ необходимо предварительно просушить или добавить к нему 2-5% кислорода. Это обеспечит плотность шва.

Нужно поддерживать самую короткую дугу и добиваться получения шва с низким коэффициентом формы (отношением ширины шва к его толщине). Иначе в металле шва и околошовной зоны появятся горячие (кристаллизационные) трещины.

После сварки металл должен как можно быстрее остыть. Для этого используют медные, охлаждаемые водой, подкладки; промежуточное остывание слоев; охлаждение швов водой. Эго повысит коррозионную стойкость сварного соединения.

Подготовка к сварке

Кромки стыкуемых деталей из высоколегированных сталей лучше подготавливать механическим способом. Однако допускаются плазменная, электродуговая, газофлюсовая или воздушно-дуговая резка. При огневых способах резки обязательна механическая обработка кромок на глубину 2-3 мм

КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Подготовка кромок и вид собранного стыка	S, мм	b, мм	с, мм	α, град.
	1-1,5 2-3	1-0,5 1+0,5	— —	— —
	4-5 6-7	1±0,5 1±0,5	1±0,5 1,5±0,5	45+2°
	8-10 10-12 12-16	1±0,5 1,5±0,5 2,5±0,5	1,5±0,5	30+3°

Снимать фаску для получения скоса кромки можно только механическим способом. Перед сборкой свариваемые кромки защищают от окалины и загрязнений на ширину не менее 20 мм снаружи и изнутри, после чего обезжиривают.

Сборку стыков выполняют либо в инвентарных приспособлениях, либо с помощью прихваток. При этом необходимо учесть возможную усадку металла шва в процессе сварки. Ставить прихватки в местах пересечения швов нельзя. К качеству прихваток предъявляются те же требования, что и к основному сварному шву. Прихватки с недопустимыми дефектами (горячие трещины, поры и т.д.) следует удалить механическим способом.

Выбор параметров режима. Основные рекомендации те же, что при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Главная особенность сварки высоколегированных сталей — минимизация погонной энергии, вводимой в основной металл. Это достигается соблюдением следующих условий:

• короткая сварочная дуга;
• отсутствие поперечных колебаний горелки;
• максимально допустимая скорость сварки без перерывов и повторного нагрева одного и того же участка;
• минимально возможные токовые режимы.

Техника сварки. Основное правило: поддерживать короткую дугу, поскольку при этом расплавленный металл лучше защищен газом от воздуха. При сварке в аргоне W-электродом подавать присадочную проволоку в зону горения дуги следует равномерно, чтобы не допускать брызг расплавленного металла, которые, попадая на основной металл, могут вызвать очаги коррозии.

В начале сварки горелкой подогревают кромки и присадочную проволоку. После образования сварочной ванны выполняют сварку, равномерно перемещая горелку по стыку. Необходимо следить за глубиной проплавления, отсутствием непровара. По форме расплавленного металла сварочной ванны определяют качество проплавления: хорошее (ванна вытянута по направлению сварки) или недостаточное (ванна круглая или овальная)

Короткая дуга, сварка углом вперед, «ниточные» швы — все это обеспечивает получение швов с повышенной сопротивляемостью образованию горячих трещин. Значение сварочного тока уточняют при сварке пробных стыков

Окисленный конец проволоки удаляют кусачками или пассатижами

Толщина свариваемого металла, мм	0,5	1	2	4
Диаметр W-электрода, мм	1	1,5	2,5	4
Расход W-электрода на 100 пог. м шва, мм	6	8	23	132

Сварка высоколегированных сталей: выбор расходников

10.08.201811.01.2019 Екатерина

Легированная сталь — это разновидность стали, в состав которой принудительно добавляют особые примеси, изменяющие физико-химические свойства такого металла. Такие примеси называют легирующими, отсюда и название — легированная сталь. Существуют свои особенности сварки легированных сталей и зависят они от степени легированности: бывает низко-, средне- и высоколегированная сталь.

Тема нашей статьи — сварка высоколегированной стали. То есть, стали с высоким содержанием легирующих примесей. Мы кратко расскажем, как настроить режим сварки, какие электроды, защитные газы и флюсы использовать, чтобы добиться хорошего результата.

Содержание статьи

• Режим сварки
• Выбор электродов
• Выбор флюсов
• Выбор защитного газа
• Вместо заключения

Режим сварки

Соединение высоколегированных сталей и сплавов требует правильной настройки режима сварки. От этого во многом зависит качество готового шва. Мы рекомендуем устанавливать небольшую величину сварочного тока и формировать узкие швы. Этого можно добиться, используя сварочную проволоку или электроды диаметром 2-3 миллиметра. Также рекомендуем уменьшить вылет электрода в 2 раза больше обычного. Так вы упростите себе сварку. Ведь сварка высоколегированной стали во многом затруднена благодаря большому электросопротивлению и пониженной электропроводностью. А уменьшив вылет электрода вы нивелируете эти недостатки.

Выбор электродов

При сварке высоколегированных сталей рекомендуется использовать электроды с основным покрытием, в составе которого должны быть защитно-легирующие элементы. Сам стержень должен тоже быть высоколегированным. Схожие по составу электроды и металл будут работать в связке друг с другом, формируя качественный шов.

Если вам нужно сварить высоколегированную аустенитную сталь, то рекомендуем использовать электроды марки ЦТ-15. Они отлично подходят для стали марки Э-08Х19Н10Г2Б, поскольку содержат до 5% ферритной фазы. А это очень хорошо.

Читайте также: Популярные электроды для сварки 

Также рекомендуем использовать электроды марки ЦТ-15 в сочетании с электродами марки ЦТ-15-1. Сначала сделайте первый слой шва с помощью электродов ЦТ-15-1, а затем сделайте второй слой электродами ЦТ-15. Так вы еще больше увеличите содержание ферритной фазы, улучшив качество шва, если того требует работа.

Следите, чтобы в составе электродов был ниобий. Он выступает как стабилизатор, защищая титан (который тоже есть в составе электродов) от излишнего окисления. Смотрите, чтобы в составе не было много кальцита. Особенно, если вы собираетесь варить сталь с низким содержанием углерода. Дело в том, что электроды с избытком кальцита при горении выделяют углекислый газ, который увеличивает количество углерода в металле в сварочной ванне. А это плохо сказывается на качестве шва.

Если вам все же не удалось найти электроды без кальцита, то можете выбрать стержни с окислительным покрытием, в составе которого будет немного кремния. Так у металла в сварочной ванне не будет увеличиваться показатель углеродности. Также можно купить электроды, у которых покрытие рутил-карбонатно-фтористое. Это электроды марки ОЗЛ-14, широко известной и продающейся в каждом специализированном магазине.

Избегайте диоксида кремния в составе электродов, если собираетесь варить высоколегированную аустенитную сталь. Рекомендуем электроды марки ЦТ-22, их состав оптимален. Но есть недостаток — самое покрытие очень хрупкое и часто осыпается, так что позаботьтесь о грамотной транспортировке и хранении электродов.

Выбор флюсов

Сварка легированных и углеродистых металлов может выполняться и с помощью флюса. Но здесь, как и в случае с электродами, нужно использовать особые флюсы и правильно сочетать их со сварочной проволокой. Сами флюсы должны быть фторидными, а проволока должна быть высоколегированной, как и металл. Мы рекомендуем флюс АНФ-5, он хорошо справляется со своей защитной функцией и улучшает качество шва, если выполняется сварка высоколегированной стали.

Благодаря использованию флюса АНФ-5 шов не будет подвержен образованию пор, трещин и прочих дефектов сварных швов. По этой причине такой флюс часто используют не только в домашней сварке, но и на крупном сварочном производстве. Кстати, вы можете использовать и другие флюсы на основе оксидов. Их свойства не будут сильно отличаться от АНФ-5.

В качестве альтернативы предлагаем использовать флюс марки АН-26. Он тоже изготовлен на основе оксидов и в его составе мало кремния, так что шов будет формироваться качественно и быстро. Но обратите внимание, что велика вероятность сильного окисления титана и алюминия, и даже хорошо подобранная проволока не поможет, кремний будет активно переходить в шов. Из-за этого наверняка могут появиться горячие трещины и поры, да и в целом шов будет хрупким. Так что используйте данный флюс на менее ответственных объектах.

Также обратите внимание флюс марки АН-292. Он изготовлен на основе высокоустойчивых оксидов и хорошо зарекомендовал себя в работе. Но нужно следить за количеством водорода, если его будет слишком много, шов может оказаться пористым после окончания сварки.

Выбор защитного газа

Также можно использовать защитный газ. Зачастую применяется гелий, аргон и углекислота. А в некоторых случаях применяется смесь из этих газов. Технология сварки высоколегированных сталей с применением защитных газов хорошо зарекомендовала себя. Но помимо газа нужно будет приобрести еще электроды. Мы рекомендуем неплавящиеся вольфрамовые. Сварку нужно проводить на постоянном токе, установив обратную полярность. Если в составе стали много алюминия, то можно варить на прямой полярности, чтобы быстрее разрушить оксидную пленку, мешающую формированию шва.

Иногда при сварке аустенитных сталей с применением защитных газов наблюдается нестабильное горение дуги. Чтобы исправить эту проблему можно смешать аргон и кислород или аргон и углекислоту. Так дуга будет гореть стабильно и шов не будет пористым.

Что касается углекислого газа, то он обладает множеством положительных свойств. Благодаря ему вероятность образования пор минимальна. А в сочетании с аргоном углекислота показывает наилучшие результаты. Так что если у вас есть возможность использовать смесь двух этих газов, то обязательно испробуйте ее в своей практике.

Но есть и недостаток. При сварке в углекислоте металл разбрызгивается намного сильнее, а это ухудшает антикоррозийные свойства стали. Да и технология сварки легированных сталей с применением углекислоты связана еще с одной неприятностью — это активное формирование оксидной пленки на поверхности металла, которую тяжело удалить. И если при однослойной сварке этот недостаток не так существенен, то при сварке многослойной оксидная пленка просто не дает шву сформироваться.

В целом, применение защитных газов при сварке высокоуглеродистых сталей зарекомендовало себя, как вполне эффективное. Не нужно мучиться с подбором электродов и их покрытий, не нужно подбираться состав флюса. Ведь газ отлично защищает сварочную ванну и позволяет сформировать качественный прочный шов. Если вы, конечно, соблюдаете технологию сварки.

Вместо заключения

Мы кратко рассказали вам о том, какие комплектующие нужно использовать, чтобы сварить высоколегированную сталь. Вообще сварка легированных сталей — это не такая уж сложная задача, как думают многие новички. Главное — правильно настроить режим сварки и много практиковаться. Со временем вы поймете все нюансы стали с легирующими добавками и будете выполнять работу не только быстро, но и качественно.

Отдельно хотим сказать про выбор и покупку электродов, флюсов и газов. Не стоит экономить и покупать расходники от неизвестных производителей. Велика вероятность, что такие расходники только ухудшат качество ваших работ, устроив вам лишнюю головную боль. И не нужно покупать электроды в каком-то непонятном полуподвальном магазине, поскольку там наверняка нарушены все условия хранения. Вы заплатите деньги и получите просто испорченные сырые электроды, которые не позволят сформировать качественный шов. Желаем удачи в работе!

Похожие публикации

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Главная \ Статьи и Обзоры \ Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Технология сварки высоколегированных аустенитных сталей и сплавов

Одну и ту же марку высоколегированных аустенитных сталей можно использовать для изготовления изделий различного назначения, например, коррозионно-стойких, хладостойких или жаропрочных. А вот требования к свойствам сварных соединений будут различными, что определит и различную технологию сварки (сварочные материалы, режимы сварки, необходимость последующей термообработки), направленную на получение сварного соединения с необходимыми свойствами, которые определяются составом металла шва и его структурой.

Пониженный коэффициент теплопроводности при равных прочих условиях изменяет распределение температур в шве и околошовной зоне. Поэтому одинаковые изотермы в высоколегированных сталях сильнее развиты, чем в углеродистых. Так увеличивается глубина проплавления основного металла, возрастает коробление изделий.

С целью уменьшения коробления изделий из высоколегированных сталей требуется применять способы и режимы сварки, которым свойственна максимальная концентрация тепловой энергии. Более высокое ( в 5 раз выше, чем у углеродистых сталей) удельное электросопротивление обусловливает больший разогрев сварочной проволоки в вылете электрода или металлического стержня электрода для ручной дуговой сварки. В процессе автоматической и полуавтоматической дуговой сварки следует уменьшать вылет электрода и повышать скорость его подачи. При ручной дуговой сварке уменьшают длину электродов для высоколегированных сталей и допустимую плотность сварочного тока.

Электроды с фтористокальциевым покрытием уменьшают угар легирующих элементов, значит, позволяют получить металл шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов способствует и поддержание короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Вероятность появления дефектов на поверхности основного металла в результате попадания на него брызг также снижается..

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки аустенитных сталей 

Толщина материала, мм	Электрод		Сила сварочного тока (А) при положении сварки
	диаметр, мм	длина, мм	нижнем	вертикальном	потолочном
До 2,0	2	150 … 200	30 … 50	—	—
2,5 . .. 3,0	3	225 … 250	70 … 100	50 … 80	45 … 75
3,0 … 8,0	3 … 4	250 … 300	85 … 140	75 … 130	65 … 120
8,0 … 12,0	4 … 5	300 … 400	85 … 160	75 … 150	65 … 130

Некоторые марки электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов 

Марка стали	Марка электродов	Тип электродов по ГОСТ 10052-75	Структура наплавленного металла
Коррозионно-стойкие стали
08Н18Н10,08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, 08Х22Н6Т и подобные, работающие в агрессивных средах: к металлу шва предъявляются требования по стойкости к МКК к металлу шва предъявляются жесткие требования по стойкости к МКК	ЦЛ-11, ОЗЛ-7, ОЗЛ-8, ОЗЛ-22, ОЗЛ-36	Э-04Х20Н9 Э-07Х20Н9 Э-08Х19Н10Г2Б	Аустенитно-ферритная с 2,5. .. 7% α-фазы
	ОЗЛ-7, АНВ-13	Э-08Х20Н9Г2Б	Аустенитно-ферритная с 5,0… 10% α-фазы
Те же стали, работающие при температурах до 600 °С в жидких агрессивных средах; к металлу шва предъявляются требования по стойкости к МКК	Л-38М	Э-02Х19Н9Б	Аустенитно-ферритная с 3,0… 5,0% α-фазы
10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13МЗТ, 08Х18Н12Б, 08X2IH6M2T и подобные, работающие при температурах до 700 °С: к металлу шва предъявляются требования по стойкости к МКК к металлу шва предъявляются жесткие требования по стойкости к МКК	СЛ-28, ОЗЛ-20, ОЗЛ-41	Э-8Х19Н10Г2МБ, Э-09Х19Н10Г2М2Б	Аустенитно-ферритная с 4,0… 5,0% α-фазы
	НЖ-13	Э-09Х19Н10Г2М2Б	Аустенитно-ферритная с 4,0… 8,0% α-фазы
Жаропрочные стали
12Х18Н9,12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, работающие при температурах до 800 °С	ЦТ-15, ЦТ-26	ЭА-1М2 Э-08Х16Н8М2 Э-08Н17Н8М2	Аустенитно-ферритная с 2,0. .. 4,0% феррита
10Х23Н18 и подобные, работающие при температурах выше 850 °С	ОЗЛ-4 ОЗЛ-6	Э-10Х25Н13Г2	Аустенитно-ферритная с содержанием феррита не менее 2,5 %
Жаростойкие стали
Х20Н14С2,20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, работающие при температурах 900 … 1100°С	ОЗЛ-6 ОЗЛ-31М	Э-12Х24Н14С2	Аустенитно-ферритная с 3 … 10% α-фазы
20Х25Н20С2, 4Х18Н25С2, работающие при температурах до 1050 °С; к металлу шва предъявляются требования жаростойкости и жаропрочности	ОЗЛ-5 ОЗЛ-9-1	Э-28Х24Н16Г6	Аустенитно-карбидная

Типичные механические свойства металла шва при комнатной температуре 

Марка электрода	σт, МПа	σв, МПа	δ, %	Ударная вязкость, Дж/см2
Коррозионно-стойкие стали
ЦЛ-11	360	600	24	70
ОЗЛ-7	400	640	25	100
Л-38М	300	600	30	90
Л-40М	350	600	24	70
СЛ-28	—	600	38	120
НЖ-13	450	600	26	100
Жаростойкие стали
ОЗЛ-5	350	600	25	60
ОЗЛ-6	350	570	33	100
ОЗЛ-9-1	500	650	12	50

Сварка под флюсом.

Этот способ сварки высоколегированных сталей толщиной 3 — 50 мм имеет некоторые преимущества перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Стабильность состава и свойств металла по всей длине шва при сварке с разделкой и без разделки кромок обеспечивает более высокое качество сварного соединения.

Флюсы для электродуговой и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей 

Марка флюса	Назначение
АНФ-14; АНФ-16; 48-ОФ-10; К-8	Автоматическая электродуговая сварка аустенитно-ферритными швами
АН-26	Автоматическая электродуговая сварка сталей с небольшим запасом аустенитности аустенитно-ферритными швами
АНФ-5 ФЦК	Автоматическая электродуговая сварка сталей с большим запасом аустенитности чисто аустенитными швами
48-ОФ-6	Автоматическая электродуговая и электрошлаковая сварка сталей с большим запасом аустенитности чисто аустенитными швами
АНФ-1;АНФ-6; АНФ-7; АН-29; АН-292	Электрошлаковая сварка сталей с большим запасом аустенитности чисто аустенитными швами

Некоторые марки сварочных проволок для электродуговой сварки под флюсом и электрошлаковой сварки высоколегированных сталей 

Марка стали	Марка проволоки
Коррозионно-стойкие стали
12Х18Н9, 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т и подобные; к металлу шва предъявляются требования стойкости к МКК	Св-01Х19Н9 Св-04Х19Н9 Св-06Х19Н9Т Св-07Х18Н9ТЮ Св-04Х19Н9С2 Св-05Х19Н9ФЗС2
12Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б и подобные, работающие при температурах выше 350 °С или в условиях, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости к МКК	Св-07Х19Н10Б Св-05Х20Н9ФБС
10Х17Н13МЗТ, 08Х18Н12Б и подобные; к металлу шва предъявляются жесткие требования стойкости к МКК 08X18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т и подобные, свариваемые в углекислом газе; к металлу шва предъявляется требование стойкости к МКК	Св-08Х19Н10МЗБ Св-06Х20Н11МЗТБ Св-08Х25Н13БТЮ
Жаропрочные стали
12Х18Н9 с аустенитно-ферритными швами	Св-04Х19Н19
12Х18Н9Б, 08Х18Н12Т и др. с аустенитно-ферритными швами	СВ-08Х18Н8Г2Б
Х15Н35В4Т	Св-06Х19Н10МЗТ
Жаростойкие стали
20Х23Н13, 08Х20Н14С2 и подобные	Св-07Х25Н13
20Х23Н18 и подобные, работающие при температурах 900 … 1100 °С	Св-07Х25Н12Г2Т Св-06Х25Н12ТЮ Св-08Х25Н13БТЮ
ХН35ВЮ, 20Х25Н20С2 и подобные, работающие при температурах до 1200 °С	Св-08ХН50

Кратковременные механические свойства при температуре 20 °С металла шва и сварного соединения высоколегированных сталей и сплавов 

Марка металла	Толщина, мм	Марка проволоки	Сварка	Испытуемый образец	σт, МПа	σв, МПа	δ, %
20Х23Н8 ХН35ВТ	12	Св-13Х25Н8 Св-0Х15Н35ВЗБЗТ	Электродуговая под флюсом АНФ-5	Металл шва*	665	797	5,9
			То же, под флюсом АНФ-17	Металл шва Металл шва**	463 474	654 784	24,7 15,8
ХН77ТЮР	100	Св-08Н50	Электрошлаковая, пластинчатым электродом, флюс АНФ-7	Металл шва*	587	762	18,0
ХН78Т	125	Св-08Н50	То же, под флюсом АНФ-1	Металл шва	288	638	17,4
*Термообработка: аустенизация при 1080 °С 2 ч на воздухе и старение при 700 °С 16 ч. **Термообработка: старение при 800 °С 10 ч.

  

Электрошлаковая сварка.

 

Важнейшая отличительная особенность такого способа — пониженная чувствительность к образованию горячих трещин, позволяющая получать чисто аустенитные швы без трещин.

 

Длительная прочность сварных соединений высоколегированных сталей и сплавов 

Марка металла	Сварка	Марка проволоки	Условия испытания
			температура, °С	постоянное напряжение, МПа	время до разрушения, ч
12X18Н9Т	Под флюсом В аргоне В углекислом газе	Св-01Х19Н9	600	300	1,5 3,0 4,0
12Х18Н9Т	Под флюсом В аргоне В углекислом газе	СВ-06Х19Н9Т	600	300	35,0 21,0 218,0
12Х18Н9Т	Под флюсом В аргоне В углекислом газе	СВ-07Х19Н10Б	600	300	33 86 320
12Х18Н9Т	Электрошлаковая пластинчатым электродом	СВ-06Х19Н9Т	700	180	42,0
ХН77ТЮР**	Тоже	Св-08Н50	700	400	116,0
20Х23Н8	Под флюсом	СВ-13Х25Н8	700	400	46 . ..79
ХН78Т**	Аргонодуговая вольфрамовым электродом		700	210	125 … 161
** Термообработка: аустенизация при 1050 °С 15 мин и старение при 700 °С 16 ч.

 

Типовой режим электрошлаковой сварки высоколегированных сталей и сплавов 

Толщина металла, мм	Электрод, мм	Марка флюса	Глубина шлаковой ванны, мм	Скорость подачи электрода, м/ч	Сила тока, А	Напряжение, В	Зазор, мм
100	Проволока Ø3	АНФ-7	25 . .. 35	330	600 … 800	40 … 42	28 … 32
100	Пластина 10х100	АНФ-7	15 … 20	2,4	1200 … 1300	24 … 26	28 … 32
200	Пластина 12х200	АНФ-1	15 … 20	1,9	3500 … 4000	22 … 24	38 … 40
200	Пластина 12х200	АНФ-6	15 … 20	1,9	1800 … 2000	26 … 28	38 … 40

 

Сварка в защитных газах.

 

В качестве защитных газов используются как инертные (аргон, гелий), так и активные (углекислый), а также различные их смеси. Преимущества: можно использовать для соединения металлов широкого диапазона толщин (от десятых долей до десятков миллиметров). При сварке толстых металлов в некоторых случаях этот способ сварки может конкурировать с электрошлаковой сваркой.

 

Для высоколегированных сталей применяется и плазменная сварка.

Главное преимущество — малый расход защитного газа. Получение плазменных струй различного сечения (круглого, прямоугольного) и значительное изменение расстояния от плазменной горелки до изделия расширяют технологические возможности этого способа. Плазменную сварку можно использовать для очень тонких металлов и для металла толщиной до 12 мм. Применение ее для соединения сталей большой толщины затруднено опасностью образования в швах подрезов.

 

Примерные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом высоколегированных сталей 

Толщина металла, мм	Тип соединения	Сила тока, А	Расход аргона, л/мин	Скорость сварки, м/ч
Ручная сварка
1 2 3	С отбортовкой	35 . .. 60 75 … 120 100 … 140	3,5-4 5 … 6 6 … 7	—
1 2 3	Встык без разделки кромок с присадкой	40 … 70 80 … 130 120 … 160	3,5 … 4 5 … 6 6 … 7	—
Автоматическая сварка
1 2 4	Встык с присадкой	80 … 140 140 … 240 200 … 280	4 6 … 7 7 … 8	30 … 60 20 … 30 15 … 30
1 2,5 4	Встык без присадки	60 … 120 110 … 200 130 … 250	4 6 … 7 7 … 8	35 … 60 25 … 30 25 … 30
Примечание. Диаметр присадочной проволоки 1,6 … 2 мм; ток постоянный прямой полярности.

Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки встык плавящимся электродом высоколегированных сталей в нижнем положении 

Толщина металла, мм	Подготовка кромок	Число слоев	Диаметр сварочной проволоки, мм	Сила тока, А	Скорость сварки, м/ч	Расход аргона, л/мин
Автоматическая сварка
2	Без разделки	1	1	200 … 210	70	8 … 9
5	V-образная разделка под углом 50°	1	1	260 . .. 275	44	8 … 9
10	Тоже	2	2	330 … 440	15 … 30	12 … 17
Полуавтоматическая сварка
4 8	Без разделки V-образная разделка	1 2	1,0 … 1,6 1,6 … 2,0	160 … 300 240 … 360	— —	6 … 8 11 … 15

Ориентировочные режимы дуговой сварки высоколегированных сталей без разделки кромок плавящимся электродом в углекислом газе 

Толщина металла, мм	Шов	Диаметр сварочной проволоки, мм	Вылет электрода, мм	Сила тока, А	Напряжение дуги,В	Скорость сварки, м/ч	Расход углекислого газа, л/мин
1	Односторонний	1	—	80	16	80	10 . .. 12
3	Тоже	2	15	230 … 240	24 … 28	45 …50	12… 15
6	Двусторонний	2 3 2	15 15 15 … 20	250 … 260 350 … 360 380 … 400	28 … 30 30 … 32 30 … 32	30 30 —	12 … 15 12 … 15 —
8	То же	3 2	20 … 25 15 … 20	430 … 450 420 … 440	33 … 35 30 … 32	— 30	— 12 … 12
10	»	3	25 … 30	530 … 560	34 . .. 36	—	—

 Электроды для других способов сварки.

Сварку угольным электродом чаще применяют только при изготовлении тонкостенных неответственных конструкций. Возникает опасность науглероживания шва и повышения коробления изделий из-за малой концентрированности угольной дуги в качестве источника теплоты.

Большие перспективы в этой сфере у электронного луча. Возможность за один проход сварить без разделки кромок металл большой толщины с минимальной протяженностью околошовной зоны — важное технологическое преимущество способа. Но и здесь возможно образование в шве и околошовной зоне горячих трещин и локальных разрушений. Наличие вакуума, не только способствует удалению вредных примесей и газов, но и увеличивает испарение полезных легирующих элементов.

При глубоком и узком проваре часть газов способна удерживаться в шве растущими кристаллами и образовать поры. Аппаратура для электронно-лучевой сварки, как и сам процесс, отличается сложностью и дороговизной. Поэтому этот способ применяют только во время изготовления ответственных конструкций.

 

Время последней модификации 1274950456

Сварка высоколегированных сталей: особенности и технология

Содержание:

1. Низколегированные стали
2. Среднелегированные стали
3. Высоколегированные стали
4. Технология сварки высоколегированных металлов
5. Особенности сварки легированных сталей
6. Интересное видео

Легированными считают стали, которые содержат элементы, которые придают сплавам особенные свойства. Элементы называются легирующими. Чаще всего это никель, хром, молибден, вольфрам и т. д. процесс легирования необходим для повышения стойкости, гибкости, прочности, устойчивости к коррозии металла.

Выделяется три вида легированных сталей:

• низколегированные — содержат легирующих элементов до 2,5%;
• среднелегированные — содержат легирующих элементов до 10%;
• высоколегированные — содержат легирующих элементов более 10%.

Каждый из видов подразумевает свои особенности сварки легированных сталей. Для краткого обозначения присутствующего элемента стали называются по его названию. Например, хромистыми, вольфрамовыми, никелевыми. Компоненты отмечаются буквами — Ю — алюминий, Ф — ванадий, Р — бор, Н — никель; Г — марганец.

Для определения назначения отдельного вида стали выделяются такие группы:

• нержавеющие;
• жаростойкие;
• кислотостойкие;
• окалиностойкие.

Низколегированные стали

От низколегированных сплавов требуется пластичность, хорошая свариваемость, высокая устойчивость к деформации. Наилучшие свойства такие стали приобретают после закаливания. В некоторых видах такие свойства достигаются низким содержанием углерода. Также для улучшения свойств добавляются дополнительные присадки, например, хром, кремний.

Такие виды металла отлично свариваются, имеют низкую степень ломкости при холоде ниже сорока градусов. Основным минусом низколегированного сплава считается слабая вибрационная устойчивость.

Сварные соединения сталей хорошо сопротивляются холодным трещинам и деформационному разрушения. Для сварки низколегированных сплавов используются специальные электроды, имеющие слабое водородное фтористо-кальциевое напыление. Технология сварки легированных сталей подразумевает быструю сварку определенных участков, чтобы не допустить охлаждение шва ниже температуры предварительного нагрева.

Сварка низколегированных сталей под флюсом проводится при помощи постоянного тока, который имеет обратную полярность. При сварке металлов в углекислом газе в качестве электродов используется порошковая проволока. Таким образом достигается большая прочность и холодоустойчивость, особенно швам изделия.

Низколегированные металлы не стоит варить газом, так как это серьезно ухудшает качество изделия — при выгорании легирующих элементов соединения склоны к коррозии и механическим разрушениям.

Среднелегированные стали

Для таких сплавов характерно более чем в два раза увеличенное содержание углерода. В качестве присадок чаще всего используются Ni, Mo, Cr, V, W. Идеальные характеристики металла достигаются закалкой и низким отпуском. Такие виды сталей тщательно очищают от различных видов неметаллических примесей. Для достижения оптимальных свойств используются переплавки, термомеханическая обработка.

Для надежности и износостойкости сварных швов необходимо получить идеальные химические показатели соединений. Сварочные материалы должны содержать меньший объем легирующих элементов, чем основной металл. С помощью правильно подобранного материала можно получить отличную прочность и другие качества шва при сварке легированных сталей.

Среднелегированные сплавы с высокой прочностью и уровнем прокаливания необходимо сваривать с помощью материалов, которые придадут соединениям максимальную возможность деформации. Для таких целей используются низколегированные электроды, не содержащие органических веществ, которые прокалили при высоких температурах. При сварке следует обеспечить оптимальные условия работы — не допускать наличия влажности, появления ржавчины в сварочной ванне, чтобы не повысить уровень водорода.

Оптимальным методом для легированных и углеродистых сталей является аргоновая сварка с неплавящимися электродами. Такой вид оптимален для механизированного проплавления, обеспечивая оптимальную глубину и равномерность процесса.

Газовая сварка легированных сталей осуществляется ацетиленом и кислородом, который обеспечивает высококачественный шов. Газы-заменители в данном случае применять не следует. Однако даже ацетилен и кислород не дает полной гарантии качественного шва. Этого можно добиться только путем использования дуговой сварки.

Высоколегированные стали

В состав высоколегированных сплавов входят Cr и Ni в повышенном содержании. Эти элементы придают металлам особенную структуру и свойства. Высоколегированные сплавы обладают большей устойчивостью к коррозии, низким и высоким температурам, более жаропрочные. В зависимости от сферы применения стали различаются на жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие.

После пройденной специфической термической обработки высоколегированные сплавы становятся очень прочными и эластичными. При закалке пластичность данных металлов только повышается. На структуру сталей существенно влияет их химический состав и разновидности легирующих компонентов.

Технология сварки высоколегированных металлов

Высоколегированные сплавы имеют множество положительных характеристик, что позволяет использовать их для самых разнообразных изделий. Поэтому технология сварки высоколегированных сталей для каждого изделия могут быть отдельной. Эта особенность определяет разность в выполнении сварки для получения шва определенного типа и состава.

Особенности сварки легированных сталей

Особенности сварки легированных сталей регламентируются тепловыми особенностями сплава. Понижение тепловой проводимости может серьезно изменить температурное распределение температуры в области шва. При неправильной сварке такие показатели могут привести к деформации изделия. Для того чтобы избежать подобной проблемы сварка должна проходить с наибольшими температурами.

Ручная дуговая сварка допускает применение электродов с фтористо-кальциевым покрытием, таким образом возможно получение шва с оптимальным содержанием химических веществ. Для предотвращения перфорации при сварке высоколегированных сталей и сплавов в швах следует прокаливать электроды с особой тщательностью.

Газовая сварка не особенно подходит для такого типа металлов по причине нередких внутренних коррозий. Такой вид работ допустим для температуроустойчивых сплавов толщиной не более 2 мм. В швах может возникать заметная деформация.

Для более толстых пластин оптимальным вариантом является флюсовая сварка. Таким образом по всей поверхности соединения состав и характеристики металла остаются стабильными. Причиной явления является отсутствие сварных промежутков, связанных с заменой электродов, равномерностью плавки металла по поверхности шва.

Кроме того, место на котором проводятся работы надежно защищается от окисления легирующих компонентов. Что имеет особенно важное значение при сварке высоколегированных сталей.

Интересное видео

Сварка высоколегированных материалов

Сварка высоколегированных материалов — Неоникель

 

polski (польский)Nederlands (голландский)Italiano (итальянский)Français (французский)Español (испанский)EnglishDeutsch (немецкий)Čeština (чешский)

Контакт

Большинство сплавов, поставляемых NeoNickel, представляют собой материалы с высокими эксплуатационными характеристиками и при сварке предназначены для использования в сложных условиях. Как таковые, они требуют тщательной и контролируемой сварки, чтобы гарантировать, что свойства каждого из них сохраняются для конкретного использования.

Характеристики сварки сплавов, как правило, удовлетворительные, если для каждой марки используются правильные методы, обеспечивающие достижение как металлургических, так и структурных свойств. Каждая группа сплавов будет иметь немного отличающиеся требования и характеристики.

Необходимо обращаться к соответствующим инструкциям по технике безопасности производителя для каждого сплава, чтобы обеспечить безопасную сварку сплавов.

Однако большинство инструкций по технике безопасности для металлов аналогичны и требуют осторожности, но не ограничиваются:

• использование электрооборудования
• хорошая вентиляция и вытяжка при сварке
• и что рекомендуется постоянно носить СИЗ. Часто стандартной практикой является заполнение протокола аттестации процедуры сварки (WPQR), чтобы показать, что существует приемлемая процедура для производства качественных сварных швов. Это требуется либо конечным потребителем, либо применимыми законодательными или промышленными нормами. Существует ряд сертификационных органов, которые могут использоваться для утверждения процедуры сварки, если это необходимо, и эти руководящие принципы помогут в написании процедуры и ее квалификации для удовлетворения этим требованиям. Поскольку эти сплавы могут быть довольно сложными с металлургической точки зрения, рекомендуется использовать опытного изготовителя для каждого типа сплава, поскольку производители несут ответственность за эффективное применение рекомендаций.

  NeoNickel может помочь и предложить несколько опытных производителей – свяжитесь с нами сегодня.

  Общие правила

  • Изготовители также должны иметь чистую зону, отдельную от любых изделий из углеродистой стали, и чтобы инструменты не смешивались.
  • Очень важно, чтобы основные материалы были чистыми, не содержали оксидов и предпочтительно сваривались в состоянии отжига на твердый раствор, поскольку чрезмерная холодная обработка, превышающая 7–10%, может привести к растрескиванию сварного шва или ЗТВ в некоторых сплавах.
  • Рекомендуется исключить любые щели для коррозионно-стойких применений, поэтому стыковые сварные швы должны быть с полным проплавлением для сохранения прочности и предотвращения образования щелей для достижения оптимальных коррозионных характеристик. Угловые сварные швы не обязательно должны быть с полным проплавлением, если достигнута требуемая толщина шва и отсутствуют любые щели или они загерметизированы.
  • Рекомендуется получить хорошую посадку с минимальным смещением, а подготовленная обработка и сильная прихватка могут облегчить это.
  • Тонкие материалы, т. е. <3 мм, могут использоваться с закрытой квадратной стыковой препаровкой, более толстые материалы в диапазоне от 3 до 20 мм требуют V-образной препаровки (одно- или двусторонней), а более толстые материалы выиграют от U-образной препаровки.
  • Подготовка может производиться с использованием холодных процессов, таких как резка, распиловка, механическая обработка, шлифовка или резка водой, с соблюдением мер по предотвращению загрязнения и удалению остатков смазочно-охлаждающей жидкости.
  • Следует проявлять осторожность в отношении загрязнений, которые могут быть вызваны, помимо прочего, смазочно-охлаждающими жидкостями, смазками, маслами, воском, мелками для разметки, краской или грунтовкой, клейкой лентой или рабочими инструментами.
  • Если имеются какие-либо разрывы или повреждения поверхности сварного шва, их следует соответствующим образом зачистить до чистого металла.
  • Если используется горячая обработка, такая как лазерная плазменная дуга, угольная дуга, необходимо отшлифовать до чистого металла.
  • Любая смазка или другие загрязнения должны быть удалены с поверхности перед сваркой. Можно использовать любой подходящий метод очистки, но рекомендуется использовать чистящие составы, не содержащие хлоридов, особенно для нержавеющей стали.
  • Подходящий присадочный металл следует выбирать в зависимости от марки сплава, используемого процесса и обеспечения требуемых свойств в зоне сварки для предполагаемого использования. Как правило, для высоколегированных материалов можно использовать любой процесс сварки, кроме кислородно-ацетиленовой сварки. Процесс сварки должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить наилучшую скорость наплавки, при которой также будут достигнуты требуемые свойства. Следует учитывать металлургические или структурные свойства и пределы деформации.
  • Как правило, предварительный нагрев не требуется, только для обеспечения отсутствия влаги в холодных условиях.
  • Температуры между проходами обычно рекомендуются с особыми рекомендациями для каждого сплава и должны соблюдаться.
  • Межпроходная температура должна быть максимальной температурой в зоне сварки.
  • Следует соблюдать осторожность при использовании маркерных мелков, чтобы не допустить их загрязнения.
  • Обычно используются диапазоны тепловложения от низкого до среднего, и опять же, более конкретные инструкции можно найти в инструкциях по сплавам.
  • Завершенная зона сварки должна быть проверена в соответствии с требованиями заказчика или нормами, и для большинства сплавов могут использоваться обычные методы неразрушающего контроля, такие как визуальный, размерный, поверхностный проникающий, ультразвуковой и радиографический.
  • Для некоторых сплавов может потребоваться термическая обработка после сварки в соответствии с рекомендациями для конкретных сплавов.
  • При любом ремонте следует также использовать аттестованную процедуру сварки, гарантирующую полное удаление дефекта перед сваркой и повторную проверку завершенного сварного шва в соответствии с требованиями спецификации.
  • Очистка после сварки для удаления любой оксидной окалины чрезвычайно полезна для коррозионно-стойких сплавов и, если возможно, проводится. Подходящими методами являются травление погружением, паста для травления или легкая правка, стараясь не создавать щелей при сильном грубом шлифовании.

  Специальные рекомендации для каждого сплава доступны в соответствующем разделе. Это общее руководство, и у производителей будут свои предпочтения.

  Хотите узнать больше о сварке конкретных материалов? Свяжитесь с нашими металлургами прямо сейчас!

  Методы сварки высоколегированной аустенитной нержавеющей стали | NACE CORROSION

  Пропустить Nav Destination

  • Цитировать
    • Посмотреть эту цитату
    • Добавить в менеджер цитирования
  • Делиться
    • MailTo
    • Твиттер
    • LinkedIn
  • Поиск по сайту

  Цитирование

  Гуч, Тревор Г. и П. Вуллин. «Методы сварки высоколегированной аустенитной нержавеющей стали». Доклад, представленный на CORROSION 96, Denver, Colorado, March 1996.

  Скачать файл цитирования:

  • Ris (Zotero)
  • Менеджер ссылок
  • EasyBib
  • Подставки для книг
  • Менделей
  • Бумаги
  • КонецПримечание
  • РефВоркс
  • Бибтекс

  Расширенный поиск

  РЕФЕРАТ

  Описаны факторы, контролирующие коррозионную стойкость сварных соединений из высоколегированной аустенитной нержавеющей стали, с акцентом на микросегрегацию, выделение интерметаллической фазы и потерю азота из ванны расплава. Применение рассматривается для ряда сварки, процессов, как плавлением, так и в твердом состоянии.

  Автогенная сварка плавлением имеет более низкую коррозионную стойкость, чем исходная сварка, но для достижения наилучших свойств рекомендуются низкая энергия дуги, высокая скорость перемещения и использование защитного газа, содержащего азот. Традиционная практика сварки плавлением заключается в использовании присадочного металла на основе никеля, чтобы избежать предпочтительной коррозии металла сварного шва, и внимание уделяется влиянию состава расходуемого материала и степени разбавления сварочной ванны основной сталью. При использовании несовместимых расходных материалов общая коррозионная стойкость соединения может быть ограничена наличием несмешанной зоны на границе плавления: лучшие характеристики могут быть получены при использовании сварки трением в твердом состоянии при соответствующей геометрии компонента.

  В целом влияние сварки на супераустенитные стали изучено, и материалы прекрасно зарекомендовали себя в сварных конструкциях. В документе обобщены рекомендации 011 по предпочтительной процедуре сварки.

  ВВЕДЕНИЕ

  Аустенитные нержавеющие стали предлагают привлекательное сочетание коррозионной стойкости и простоты изготовления. Их коррозионная стойкость зависит от наличия пассивного поверхностного слоя, стабильность которого контролируется уровнями нескольких элементов, особенно Cr, Mo и N. ) относительно обычных сплавов серии 300] с целью получения сталей с повышенной коррозионной стойкостью (табл. 1). Полученные в результате супкраустенитные стали обладают превосходными характеристиками в широком диапазоне сред и окислительно-восстановительного потенциала, включая хлоридные среды, особенно морскую воду. Маткрия 15 с содержанием около 6% M0 и 0,2% N получила широкое распространение, и этому уделяется внимание; к применению более новых марок с еще более высоким содержанием азота (табл. 1).

  Сварка играет существенную роль в современной производственной практике, главным образом путем плавления, но также и с использованием твердотельных процессов. Однако сварка приводит к изменениям в локальном составе материала и микроструктуре, что может оказать заметное влияние на пассивный слой и, следовательно, на устойчивость к воздействию окружающей среды3-. В этой статье описывается влияние сварки на высоколегированные аустенитные стали с особым упором на коррозионную стойкость готовых соединений.

  Ключевые слова:

  Коррозия трубопроводов, коррозия стояка, сварка, металлы и добыча, Химия производства, высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь, коррозия трубопровода, нефтепромысловая химия, стали, Управление коррозией

  Предметы:

  Производственная химия, металлургия и биология, Трубопроводы, выкидные линии и стояки, Материалы и коррозия, Ингибирование коррозии и борьба с ней (включая h3S и CO2)

  Этот контент доступен только в формате PDF.

  Вы можете получить доступ к этой статье, если купите или потратите загрузку.

  У вас еще нет аккаунта? регистр

  Просмотр ваших загрузок

  описание, технология сварки, маркировка и особенности

  В наше время достаточно сложно переоценить значение продукции металлургии, которая широко используется в промышленности, строительстве, производстве бытовой утвари, предметов домашнего обихода. Но особого внимания заслуживают легированные стали, без которых большое количество отраслей промышленности (машиностроение, нефтехимия, энергетика, пищевая промышленность, производство специальных конструкций, основным назначением которых является работа в агрессивных условиях) не смогли бы выполнять свои основные функции.

  Возникает закономерный вопрос: что такое легированная сталь, ее сплавы? Какова классификация легирующих элементов? Каковы основные характеристики и свойства высоколегированной стали? На эти и некоторые другие вопросы мы постараемся максимально полно ответить в нашей статье.

  Что такое легированная сталь?

  Давайте сначала выясним, что это за металл. Легированная сталь – это сплав железа с углеродом, имеющий в своем составе специальные элементы, влияющие на основные механические или физические свойства конечных продуктов металлургической промышленности. Элементы, добавляемые в основной состав сплава, называются легирующими. Хром, никель, ванадий, марганец, медь – основная их группа.

  Виды стали

  Существует классификация легирующих элементов, которая основана на их процентном содержании в сплаве:

  • Высоколегированная сталь — 10-50%.
  • Средние — взвешенные — 2,5-10%.
  • Низкий — сплав — до 2,5%.

  Типы: высоколегированные стали, сплавы

  Рассмотрим еще один интересный момент. Также классифицируются высоколегированные стали и их сплавы. Каждый из следующих видов используется в определенных условиях:

  • Жаропрочная или жаропрочная сталь.
  • Стойкий к коррозии.

  По процентному содержанию легирующего элемента различают следующие виды:

  • Хромомарганцевая сталь.
  • Хромоникелевый.
  • Хромированный.

  Использование высоколегированных сталей

  Где используется этот металл? Высоколегированные стали и их сплавы являются неотъемлемыми компонентами в производстве различной продукции. Без их использования не могут обойтись следующие отрасли:

  • Химический.
  • Нефтяная промышленность.
  • Машиностроение.
  • Корпус.
  • Изготовление конструкций, основным назначением которых является работа в агрессивных условиях (высокая температура, перепады).

  Добавление легирующих элементов позволяет получить определенные механические свойства. Поэтому в качестве хладостойкого компонента используется высоколегированная сталь. Особенно часто этот металл встречается в машиностроении. Наиболее популярны высоколегированные аустенитные стали, в которых легированная составляющая занимает около 55 %, а остальное приходится на железо, хром (около 18 %), никель (8 %). Близкие по составу легирующие компоненты определяют дальнейшее назначение изготавливаемых изделий.

  Применение коррозионностойких сталей

  Коррозионностойкие высоколегированные стали применяют в газовой среде или щелочно-кислотной среде. Их характерным отличием является пониженное содержание углерода – примерно 0,12%. Дальнейшее легирование и термическая обработка позволяют получить специальный сплав, выдерживающий агрессивные условия газовой или жидкометаллической среды.

  Применение сталей с содержанием вольфрама или молибдена на уровне 7% и бора позволяет работать при температурах до 1100 градусов. Вольфрам и молибден относятся к элементам, относящимся к отвердителям. Для повышения окалиностойкости изделий в качестве легирующих элементов добавляют кремний или алюминий. Такие конструкции можно использовать в качестве нагревательных элементов или печей.

  Основные характеристики металла

  Высоколегированная сталь обладает свойствами и характеристиками, позволяющими более широко использовать изделия. Такие стали имеют следующие характеристики:

  • Прочность (достигается термообработкой).
  • Коррозионная стойкость.
  • Сопротивление деформационным процессам.
  • Пластичность (по сравнению с углеродистой сталью пластичность во много раз выше).
  • Невеличина (сталь, используемая в машиностроении).
  • Эластичность.
  • Прочность.
  • Свариваемость.

  Из-за того, что формула сплава разная, свойства варьируются. Структура легко изменяется за счет термической обработки и легирования компонентов. Таким образом можно получить те свойства, которые требуются по условиям проекта. Например, высоколегированная 18%-ная хромистая сталь может иметь в составе никель, что позволяет получить коррозионную стойкость и хладноломкость.

  Сварка высоколегированных сталей позволяет получать изделия, пригодные для эксплуатации в любых климатических условиях. Так, метод штамповки позволяет использовать конечный продукт при критически низких температурах – до минус 253 градусов Цельсия. Специальная обработка кремнием позволяет получать ферросилиды, способные работать в сильных кислотах (азотной, фосфорной и др.).

  Высоколегированная сталь обладает твердостью, высокой истираемостью. Так, кислотоупорными материалами являются — С15 и С17, а хром, ванадий и марганец повышают износостойкость сплава.

  Виды высоколегированных сталей по термическим свойствам

  На основании термических характеристик существует следующая классификация:

  • Платина (EN42) — используется для производства электродов, которые применяются в лампах накаливания. Это связано с тем, что коэффициент расширения такой же, как у стекла.
  • Элинвар (X8N36) — идеально подходит для часовых пружин и измерительных приборов. Это связано с тем, что модуль упругости постоянен и не ухудшается при температурах от -50 до +100 градусов Цельсия.
  • Инвар (И36) — используется для изготовления эталонов, калибровочных элементов, так как коэффициент расширения равен нулю.

  Неотъемлемым свойством коррозионностойкой стали (только высоколегированная нержавеющая сталь) является магнит. Поэтому различают немагнитные и магнитные виды таких металлов. Первые подразделяются на магнитомягкие и магнитотвердые подвиды, а вторые имеют кобальт, хром.

  ГОСТ: стали высоколегированные

  Требования к таким прочным металлам и жаропрочным сплавам регламентируются специальными нормами, а именно ГОСТ 5632-72.

  Марки высоколегированных сталей

  Наиболее распространены и известны следующие марки стали:

  • Ферритные: 15Х28, 12Х17, 08Х18Т1, 15Х25Т, 08Х18Тч, 10Х13СЮ
  • Мартенситные: 15Х11МФ, 40Х9С2, 18Х11МНФБ, 40Х10С2М, 95Х18, 25Х13Н2, 20Х17Н2, 13Х11Н2В2МФ, 40Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 13ХР14Н3В2.
  • Аустенитно-мартенситные: 07Х16Н6, 08Х17Н5М3, 08Х17Н6Т, 09Х17Н7Ю1.
  • Аустенитно-ферритные: 08Х21Н6М2Т, 08Х22Н6Т, 08Х20Н14С2, 20Х23Н13, 12Х21Н5Т, 03Х22Н6М2.
  • Мартенситно-ферритовые: 12Х13, 18Х12ВМБФР, 14Х17Н2, 15Х12ВНМФ.
  • Austenitic: 05х18N10ST, 45х22N4M3, 45х14NMV2M, 10х14G14N4T, 03х18N13M2B, 12х18N12, 03х18N12, 03х16N15, 10, 20, 20, 20, 20, 03, 03.

  Применение легирующих сталей марок:

  • 40Х13, 30Х13 — используются для карбюраторных игл, пружин для транспорта, хирургических инструментов.
  • 12Х17 — марка высоколегированной стали, применяемая для изготовления кухонной утвари или предметов домашнего обихода.
  • 20Х13, 12Х13, 08Х13 — применяются для изготовления элементов гидротехнических сооружений, конструкций, работающих в слабоагрессивных условиях.
  • 95Х18 — применяется для производства подшипников шариковых высокого давления.

  Сварка сталей HSLA — TWI

  Существует два метода, с помощью которых достигается высокая прочность на растяжение и ударная вязкость: микролегирование, добавление небольших количеств прочных карбидо- и нитридообразователей и тщательный контроль температуры прокатки — контролируемая прокатка или термомеханическая контролируемая обработка (стали TMCP).

  Наивысшая прочность достигается комбинацией двух методов. Цель обоих методов состоит в том, чтобы получить как можно меньший размер зерна, мелкое зерно обеспечивает наилучшую ударную вязкость, а каждое уменьшение диаметра зерна вдвое увеличивает прочность на растяжение на 50%.

  Улучшение свариваемости является дополнительной целью, и это достигается за счет снижения прокаливаемости стали, содержание углерода в некоторых сталях составляет менее 0,05% C, а также снижения содержания нежелательных элементов, таких как сера и фосфор, до как можно более низкого уровня.

  Чтобы компенсировать потерю углерода и увеличить предел прочности при растяжении, вводят небольшие добавки легирующих элементов, таких как ниобий (<0,10%), титан (<0,030%) и ванадий (<0,15%), возможно, также с небольшими количествами молибден, хром, медь и азот. Эти элементы являются сильными карбидо- и нитридообразователями, образующими тонкую дисперсию стабильных выделений, которые препятствуют росту зерна во время горячей прокатки и способствуют зарождению мелкозернистого феррита во время охлаждения.

  Эти элементы также обеспечивают некоторое увеличение прочности за счет дисперсионного твердения. Контролируемая прокатка методом горячей прокатки TMCP также может использоваться для обеспечения дополнительного измельчения зерна и, следовательно, повышения прочности на растяжение и ударной вязкости. TMCP проводят при температуре около или чуть ниже температуры рекристаллизации стали , т.е. , ниже примерно 900°C, в результате чего образуются удлиненные кристаллы аустенита. Затем ускоренное охлаждение от температуры прокатки приводит к образованию очень мелкозернистого феррита на границах аустенитных зерен.

  Несмотря на улучшенную свариваемость этих сталей, существуют некоторые проблемы при изготовлении. Во-первых, холодное растрескивание, вызванное водородом.

  Низкое содержание углерода и, следовательно, низкий углеродный эквивалент, иногда менее 0,30CE _{по сравнению с} , означает, что эти стали имеют низкую чувствительность к водородному холодному растрескиванию (см. Знания о работе 45, но обратите внимание, что стандартная формула углеродного эквивалента IIW не действителен для всех этих сталей, и на него нельзя всегда полагаться при расчете температуры предварительного нагрева).

  Таким образом, стали HSLA можно сваривать с меньшим предварительным подогревом, чем разрешено для обычных углеродисто-марганцевых сталей, несмотря на их более высокую прочность. Таким образом, наибольший риск холодного растрескивания в этих типах сталей возникает в металле сварного шва, а не в ЗТВ. На это есть несколько причин; a) Высокая прочность основного металла означает более высокие остаточные напряжения во время сварки, b) Чтобы соответствовать прочности на растяжение и ударной вязкости основной стали, присадочные металлы должны быть более высоколегированными и, следовательно, иметь более высокий CE _v , возможно, до 0,6CE _v (IIW), если соответствует пределу прочности на растяжение стали с пределом текучести 700 МПа с электродом E11018-G. c) Металл шва превращается из аустенита в феррит при более низкой температуре, чем основная сталь (в обычной углеродисто-марганцовистой стали, как правило, происходит наоборот), что означает, что любой водород в ЗТВ отбрасывается в все еще аустенитный металл шва, который обладает высокой растворимостью водорода. Поэтому рекомендуется предварительный подогрев в зависимости от состава металла сварного шва, и необходимо использовать методы с низким содержанием водорода. Исключением из этого правила являются трубопроводные стали HSLA, специально предназначенные для сварки целлюлозными электродами. Рекомендации относительно температуры предварительного нагрева для конкретных сталей следует запрашивать у производителя стали.

  Во-вторых, даже несмотря на то, что стали обычно имеют очень низкий уровень содержания серы, стали с содержанием углерода менее 0,05% могут страдать от растрескивания при затвердевании в корневом шве стыковых соединений, особенно если корневой валик наплавляется при высокой скорости сварки. Причина этого в том, что сильное разбавление присадочного металла приводит к получению металла сварного шва с низким содержанием углерода. Это низкое содержание углерода, в свою очередь, приводит к чрезмерному росту зерен аустенита во время сварки, и эти крупные зерна увеличивают риск растрескивания центральной линии затвердевания в корневом валике. Эта проблема, по-видимому, наиболее распространена в стыковых соединениях труб, сваренных с использованием целлюлозных электродов, вероятно, из-за возможности использовать быструю технику сварки вертикально вниз.

  В-третьих, могут возникнуть проблемы с вязкостью и прочностью ЗТВ. Производитель стали уделяет большое внимание контролю температуры прокатки и скорости охлаждения, чтобы обеспечить желаемые свойства. Затем компонент сваривается, образуя зону термического влияния, которая подвергается неконтролируемому циклу термообработки. Микроструктура ЗТВ будет варьироваться в зависимости от состава стали и подводимого тепла в процессе сварки. Высокое тепловложение будет способствовать росту зерна, что отрицательно скажется как на прочности, так и на ударной вязкости. Как правило, подводимая теплота должна быть ограничена максимальным значением около 2,5 кДж/мм, а межпроходная температура должна поддерживаться на уровне максимум 250°C, хотя некоторые стали, содержащие титан и бор, могут выдерживать подводимую теплоту до 4,5 кДж/мм без необоснованный упадок сил. Для получения окончательного заключения по регулированию подводимой теплоты следует обратиться за консультацией к изготовителю стали.

  Эти стали ни при каких обстоятельствах не должны подвергаться нормализации или отпуску, хотя термическая обработка после сварки (PWHT) часто требуется, когда толщина детали превышает 35–40 мм. При применении PWHT необходимо соблюдать осторожность, чтобы температура выдержки не превышала 600°C; часто указывается диапазон температур от 550°C до 600°C. Причина этого в том, что многие из сталей TMCP подвергаются ускоренному охлаждению до температуры около 620°C; Термическая обработка при этой температуре или близкой к ней приведет к существенному снижению предела прочности при растяжении из-за перегрева. Это же ограничение распространяется на любую горячую обработку – лист не должен подвергаться горячей прокатке, а температура местного нагрева для исправления коробления не должна превышать 600°С.

  Дополнительные рекомендации по сварке этих сталей можно найти в специальной литературе и в спецификации EN 1011 Часть 2 Сварка — Рекомендации по сварке металлических материалов: Дуговая сварка ферритных сталей .

  Эта статья была написана Джин Мазерс .

  Технологии сварки высокоэнтропийных сплавов: процессы, свойства, характеристика и проблемы

  1. Остовари Могаддам А., Шабурова Н.А., Самодурова М.Н., Абдоллахзаде А., Трофимов Э.А. Аддитивное производство высокоэнтропийных сплавов: практический обзор. Дж. Матер. науч. Технол. 2021; 77: 131–162. doi: 10.1016/j.jmst.2020.11.029. [CrossRef] [Google Scholar]

  2. Джон М., Калвала П.Р., Мисра М., Менезес П.Л. Методы наклепа для модификации поверхности: процессы, свойства и приложения. Материалы. 2021;14:3841. doi: 10.3390/ma14143841. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

  3. Кушваха А.К., Джон М., Мисра М., Менезес П.Л. Нанокристаллические материалы: синтез, характеристика, свойства и применение. Кристаллы. 2021;11:1317. doi: 10.3390/cryst11111317. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  4. Джон М., Раллс А.М., Дули С.К., Тажатидатил А.К.В., Перка А.К., Курувери У.Б., Менезес П.Л. Процесс ультразвуковой поверхностной прокатки: свойства, характеристики и применение. заявл. науч. 2021;11:10986. doi: 10.3390/app112210986. [CrossRef] [Google Scholar]

  5. Бхат К.У., Панемангалор Д.Б., Курувери С.Б., Джон М., Менезес П.Л. Модификация поверхности алюминиевых сплавов серии 6ххх. Покрытия. 2022;12:180. doi: 10.3390/coatings12020180. [CrossRef] [Академия Google]

  6. Джордж Э.П., Раабе Д., Ричи Р.О. Высокоэнтропийные сплавы. Нац. Преподобный Матер. 2019;4:515–534. doi: 10.1038/s41578-019-0121-4. [CrossRef] [Google Scholar]

  7. Чудо Д.Б., Сеньков О.Н. Критический обзор сплавов с высокой энтропией и связанных с ними концепций. Acta Mater. 2017; 122:448–511. doi: 10.1016/j.actamat.2016.08.081. [CrossRef] [Google Scholar]

  8. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. Микроструктуры и свойства высокоэнтропийных сплавов. прог. Матер. науч. 2014; 61:1–93. doi: 10.1016/j.pmatsci.2013.10.001. [CrossRef] [Google Scholar]

  9. Zhang W., Liaw P.K., Zhang Y. Наука и технологии в высокоэнтропийных сплавах. науч. Китай Матер. 2018;61:2–22. doi: 10.1007/s40843-017-9195-8. [CrossRef] [Google Scholar]

  10. Yeh J.W., Chen S.K., Lin S.J., Gan J.Y., Chin T.S., Shun T.T., Tsau C.H., Chang S.Y. Наноструктурированные высокоэнтропийные сплавы с несколькими основными элементами: концепции дизайна новых сплавов и результаты. Доп. англ. Матер. 2004; 6: 299–303. doi: 10.1002/адем.200300567. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  11. Кантор Б., Чанг И.Т.Х., Найт П., Винсент А.Дж.Б. Развитие микроструктуры в эквиатомных многокомпонентных сплавах. Матер. науч. англ. А. 2004; 375–377: 213–218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257. [CrossRef] [Google Scholar]

  12. Кантор Б. Многокомпонентные и высокоэнтропийные сплавы. Энтропия. 2014;16:4749–4768. doi: 10.3390/e16094749. [CrossRef] [Google Scholar]

  13. Yang Y.-C., Liu C., Lin C.-Y., Xia Z. Основной эффект локальной атомной конфигурации и принципы проектирования высокоэнтропийных сплавов AlxCoCrFeNi. Скр. Матер. 2020; 178: 181–186. doi: 10.1016/j.scriptamat.2019.11.016. [CrossRef] [Google Scholar]

  14. Chen J., Zhou X., Wang W. , Liu B., Lv Y., Yang W., Xu D., Liu Y. Обзор основ высокоэнтропийных сплавов с перспективными высокотемпературными свойствами. Дж. Эллой. комп. 2018; 760:15–30. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.05.067. [CrossRef] [Google Scholar]

  15. Цинь Г., Сюэ В., Чен Р., Чжэн Х., Ван Л., Су Ю., Дин Х., Го Дж., Фу Х. Переработка зерна и FCC Фазообразование в высокоэнтропийных сплавах AlCoCrFeNi при добавлении углерода. Материалия. 2019;6:100259. doi: 10.1016/j.mtla.2019.100259. [CrossRef] [Google Scholar]

  16. Li W., Xie D., Li D., Zhang Y., Gao Y., Liaw P.K. Механическое поведение высокоэнтропийных сплавов. прог. Матер. науч. 2021;118:100777. doi: 10.1016/j.pmatsci.2021.100777. [CrossRef] [Google Scholar]

  17. Цай М.-Х. Физические свойства высокоэнтропийных сплавов. Энтропия. 2013;15:5338–5345. doi: 10.3390/e15125338. [CrossRef] [Google Scholar]

  18. Yeh J.-W. Стратегии проектирования сплавов и будущие тенденции в высокоэнтропийных сплавах. ДЖОМ. 2013;65:1759–1771. doi: 10. 1007/s11837-013-0761-6. [CrossRef] [Google Scholar]

  19. Xu X.D., Guo S., Nieh T.G., Liu CT., Hirata A., Chen M.W. Влияние энтальпии смешения и скорости охлаждения на фазовое образование высокоэнтропийных сплавов AlxCoCrCuFeNi. Материалия. 2019;6:100292. doi: 10.1016/j.mtla.2019.100292. [CrossRef] [Google Scholar]

  20. He J.Y., Wang H., Huang H.L., Xu X.D., Chen M.W., Wu Y., Liu X.J., Nieh T.G., An K., Lu Z.P. Дисперсионно-твердеющий высокоэнтропийный сплав с выдающимися свойствами при растяжении. Acta Mater. 2016; 102: 187–196. doi: 10.1016/j.actamat.2015.08.076. [CrossRef] [Google Scholar]

  21. Wang X.F., Zhang Y., Qiao Y., Chen G.L. Новая микроструктура и свойства многокомпонентных сплавов CoCrCuFeNiTix. Интерметаллиды. 2007; 15: 357–362. doi: 10.1016/j.intermet.2006.08.005. [CrossRef] [Google Scholar]

  22. Хсу С.Ю., Хуан К.С., Ван В.Р., Шеу Т.С., Йе Дж.В., Чен С.К. О превосходной жаропрочности и сопротивлении размягчению высокоэнтропийных сплавов AlCoCrxFeMo0,5Ni. Матер. науч. англ. А. 2011;528:3581–3588. doi: 10.1016/j.msea.2011.01.072. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  23. Тонг С.Дж., Чен М.Р., Чен С.К., Е Дж.В., Шун Т.Т., Лин С.Дж., Чанг С.Ю. Механические характеристики системы высокоэнтропийных сплавов AlxCoCrCuFeNi с многоосновными элементами. Металл. Матер. Транс. физ. Металл. Матер. науч. 2005; 36: 1263–1271. doi: 10.1007/s11661-005-0218-9. [CrossRef] [Google Scholar]

  24. Chen S.T., Tang W.Y., Kuo Y.F., Chen S.Y., Tsau C.H., Shun T.T., Yeh J.W. Микроструктура и свойства дисперсионно-твердеющих сплавов AlxCrFe1,5MnNi0,5. Матер. науч. англ. А. 2010;527:5818–5825. doi: 10.1016/j.msea.2010.05.052. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  25. Вэнь Л.Х., Коу Х.К., Ли Дж.С., Чанг Х., Сюэ Х.Ю., Чжоу Л. Влияние температуры старения на микроструктуру и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrCuFeNi. Интерметаллиды. 2009; 17: 266–269. doi: 10.1016/j.intermet.2008.08.012. [CrossRef] [Google Scholar]

  26. Касар А. К., Скаларо К., Менезес П.Л. Трибологические свойства высокоэнтропийных сплавов в сухих условиях для широкого диапазона температур — обзор. Материалы. 2021;14:5814. doi: 10.3390/ma14195814. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

  27. Чуанг М.-Х., Цай М.-Х., Ван В.-Р., Линь С.-Дж., Е Дж.-В. Микроструктура и износ высокоэнтропийных сплавов AlxCo1,5CrFeNi1,5Tiy. Acta Mater. 2011;59:6308–6317. doi: 10.1016/j.actamat.2011.06.041. [CrossRef] [Google Scholar]

  28. Lai C.H., Cheng K.H., Lin S.J., Yeh J.W. Механические и трибологические свойства многоэлементных покрытий (AlCrTaTiZr)N. Серф. Пальто. Технол. 2008; 202:3732–3738. doi: 10.1016/j.surfcoat.2008.01.014. [CrossRef] [Академия Google]

  29. Мяо Дж., Лян Х., Чжан А., Хе Дж., Мэн Дж., Лу Ю. Трибологическое поведение эвтектического сплава AlCoCrFeNi2.1 с высокой энтропией, скользящего по различным поверхностям. Трибол. Междунар. 2021;153:106599. doi: 10.1016/j.triboint.2020.106599. [CrossRef] [Google Scholar]

  30. Liu Y., Zhang F., Huang Z., Zhou Q., Ren Y., Du Y., Wang H. Трибологические свойства среднеэнтропийных сплавов CoCrNiNbx при скольжении всухую. при комнатной температуре. Трибол. Междунар. 2021;163:107160. doi: 10.1016/j.triboint.2021.107160. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  31. Ши Ю., Ян Б., Лиав П.К. Коррозионностойкие высокоэнтропийные сплавы: обзор. Металлы. 2017;7:43. doi: 10.3390/met7020043. [CrossRef] [Google Scholar]

  32. Lee C.P., Chen Y.Y., Hsu C.Y., Yeh J.W., Shih H.C. ПОВЫШЕНИЕ Стойкости к точечной коррозии высокоэнтропийных сплавов AlxCrFe1,5MnNi0,5 анодной обработкой в ​​серной кислоте. Тонкая твердая пленка. 2008; 517:1301–1305. doi: 10.1016/j.tsf.2008.06.014. [CrossRef] [Google Scholar]

  33. Chen Y.Y., Hong UT, Shih HC, Yeh J.W., Duval T. Электрохимическая кинетика высокоэнтропийных сплавов в водных средах — сравнение с нержавеющей сталью типа 304. Коррос. науч. 2005;47:2679–2699. doi: 10.1016/j.corsci.2004.09.026. [CrossRef] [Google Scholar]

  34. Ван В., Ли Х., Вэй П., Чжан В., Чен Дж., Юань С., Фань Ю., Вэй Р., Чжан Т., Ван Т. , и другие. Коррозионностойкий магнитомягкий высокоэнтропийный сплав. Матер. лат. 2021;304:130571. doi: 10.1016/j.matlet.2021.130571. [CrossRef] [Google Scholar]

  35. Li M., Chen Q., Cui X., Peng X., Huang G. Оценка коррозионной стойкости однофазного легкого тугоплавкого высокоэнтропийного сплава TiCrVNb0,5Al0,5 в Хлоридная среда. Дж. Эллой. комп. 2021;857:158278. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.158278. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  36. Zheng S., Cai Z., Pu J., Zeng C., Wang L. Пассивация пленки аморфного высокоэнтропийного сплава VALTiCrSi с высокой коррозионной стойкостью в искусственной морской воде. заявл. Серф. науч. 2021;542:148520. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.148520. [CrossRef] [Google Scholar]

  37. Глудовац Б., Хоэнвартер А., Катур Д., Чанг Э.Х., Джордж Э.П., Ричи Р.О. Устойчивый к разрушению высокоэнтропийный сплав для криогенных применений. Наука. 2014; 345:1153–1158. doi: 10.1126/science.1254581. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

  38. Терстон К.В.С., Глудовац Б., Ю К., Лапланш Г., Джордж Э.П., Ричи Р.О. Рост усталостной трещины в высокоэнтропийном сплаве CrMnFeCoNi в зависимости от температуры и коэффициента нагрузки. Дж. Эллой. комп. 2019; 794: 525–533. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.04.234. [CrossRef] [Google Scholar]

  39. Сеньков О.Н., Сенькова С.В., Вудворд К. Влияние алюминия на микроструктуру и свойства двух тугоплавких высокоэнтропийных сплавов. Acta Mater. 2014;68:214–228. doi: 10.1016/j.actamat.2014.01.029. [CrossRef] [Google Scholar]

  40. Сенков О.Н., Уилкс Г.Б., Миракл Д.Б., Чуанг С.П., Ляу П.К. Тугоплавкие высокоэнтропийные сплавы. Интерметаллиды. 2010;18:1758–1765. doi: 10.1016/j.intermet.2010.05.014. [CrossRef] [Google Scholar]

  41. Сеньков О.Н., Скотт Дж.М., Сенькова С.В., Миракл Д.Б., Вудворд К.Ф. Микроструктура и свойства при комнатной температуре высокоэнтропийного сплава TaNbHfZrTi. Дж. Эллой. комп. 2011; 509:6043–6048. doi: 10.1016/j.jallcom.2011.02.171. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  42. Ли В., Ван Г., Ву С., Ляу П.К. Ползучесть, усталость и поведение при разрушении высокоэнтропийных сплавов. Дж. Матер. Рез. 2018;33:3011–3034. doi: 10.1557/jmr.2018.191. [CrossRef] [Google Scholar]

  43. Tang Z., Yuan T., Tsai C.-W., Yeh J.-W., Lundin C.D., Liaw P.K. Усталостное поведение деформируемого двухфазного высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrCuFeNi. Acta Mater. 2015;99:247–258. doi: 10.1016/j.actamat.2015.07.004. [CrossRef] [Google Scholar]

  44. Seifi M., Li D., Yong Z., Liaw P.K., Lewandowski J.J. Вязкость разрушения и поведение усталостной трещины в литых высокоэнтропийных сплавах. ДЖОМ. 2015; 67: 2288–2295. doi: 10.1007/s11837-015-1563-9. [CrossRef] [Google Scholar]

  45. Hemphill M.A., Yuan T., Wang G.Y., Yeh J.W., Tsai C.W., Chuang A., Liaw P.K. Усталостное поведение высокоэнтропийных сплавов Al0,5CoCrCuFeNi. Acta Mater. 2012;60:5723–5734. doi: 10. 1016/j.actamat.2012.06.046. [CrossRef] [Google Scholar]

  46. Шукла С., Ван Т., Коттон С., Мишра Р.С. Иерархическая микроструктура для улучшения усталостных свойств эвтектического высокоэнтропийного сплава. Скр. Матер. 2018; 156:105–109. doi: 10.1016/j.scriptamat.2018.07.022. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  47. Эгучи Т., Кояма М., Фукусима Ю., Тасан С.С., Цузаки К. Поведение усталостной трещины и связанная с ней микроструктура в метастабильном высокоэнтропийном сплаве. Структура процедуры. интегр. 2018;13:831–836. doi: 10.1016/j.prostr.2018.12.159. [CrossRef] [Google Scholar]

  48. Li J., Meng X., Wan L., Huang Y. Сварка высокоэнтропийных сплавов: достижения, проблемы и перспективы. Дж. Мануф. Процесс. 2021; 68: 293–331. doi: 10.1016/j.jmapro.2021.05.042. [CrossRef] [Академия Google]

  49. Чудо Д.Б. Критическая оценка 14: Сплавы с высокой энтропией и их разработка в качестве конструкционных материалов. Матер. науч. Технол. 2015;31:1142–1147. doi: 10. 1179/1743284714Y.0000000749. [CrossRef] [Google Scholar]

  50. Род М., Рихтер Т., Шропфер Д., Манцони А.М., Шнайдер М., Лапланш Г. Сварка высокоэнтропийных и композиционно сложных сплавов — обзор. Сварка. Мир. 2021; 65: 1645–1659. doi: 10.1007/s40194-021-01110-6. [CrossRef] [Google Scholar]

  51. Лопес Дж. Г., Оливейра Дж. П. Краткий обзор сварки и соединения высокоэнтропийных сплавов. Металлы. 2020;10:212. дои: 10.3390/мет10020212. [CrossRef] [Google Scholar]

  52. Джон М., Перака А.К., Курувери У.Б. Влияние использования присадочной проволоки с металлическим сердечником для сварки одиночных V-образных стыков микролегированных сталей Ti-Nb с пределом текучести 800 МПа. АИП конф. проц. 2020;2236:050003. [Google Scholar]

  53. Лим К.Р., Ли К.С., Ли Дж.С., Ким Дж.Ю., Чанг Х.Дж., На Ю.С. Двухфазные высокоэнтропийные сплавы для высокотемпературных конструкционных применений. Дж. Эллой. комп. 2017; 728:1235–1238. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.09.089. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  54. Правин С., Ким Х.С. Высокоэнтропийные сплавы: потенциальные кандидаты для высокотемпературных применений — обзор. Доп. англ. Матер. 2018;20:1700645. doi: 10.1002/адем.201700645. [CrossRef] [Google Scholar]

  55. Бэррон П.Дж., Каррутерс А.В., Феллоуз Дж.В., Джонс Н.Г., Доусон Х., Пикеринг Э.Дж. На пути к высокоэнтропийным сплавам на основе V для приложений ядерного синтеза. Скр. Матер. 2020;176:12–16. doi: 10.1016/j.scriptamat.2019.09.028. [CrossRef] [Google Scholar]

  56. Карьер А., Уэйт Дж. К., Ли Б., Куэт А., Армстронг Д.Э.Дж., Уилкинсон А.Дж. Краткое сообщение: «Низкоактивные, тугоплавкие, высокоэнтропийные сплавы для ядерных приложений» J. Nucl. Матер. 2019;526:151744. doi: 10.1016/j.jnucmat.2019.151744. [CrossRef] [Google Scholar]

  57. Xu Z.Q., Ma Z.L., Wang M., Chen Y.W., Tan Y.D., Cheng X.W. Разработка новых тугоплавких сплавов с низкой плотностью и высокой энтропией для высокотемпературных применений. Матер. науч. англ. А. 2019; 755: 318–322. doi: 10.1016/j. msea.2019.03.054. [CrossRef] [Google Scholar]

  58. Айягари А., Саллум Р., Маскери С., Мукерджи С. Сплавы с низкой активацией и высокой энтропией для ядерных приложений следующего поколения. Материалия. 2018;4:99–103. doi: 10.1016/j.mtla.2018.09.014. [CrossRef] [Google Scholar]

  59. Gao M.C., Liaw P.K., Miracle D.B. Фундаментальное понимание и применение высокоэнтропийных сплавов. Дж. Матер. Рез. 2018;33:2853–2854. doi: 10.1557/jmr.2018.347. [CrossRef] [Google Scholar]

  60. George E.P., Curtin W.A., Tasan C.C. Сплавы с высокой энтропией: целенаправленный обзор механических свойств и механизмов деформации. Acta Mater. 2020; 188: 435–474. doi: 10.1016/j.actamat.2019.12.015. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  61. Мандзони А.М., Глатцель У. Новые многофазные составно-сложные сплавы, основанные на подходе высокоэнтропийных сплавов. Матер. Характер. 2019; 147: 512–532. doi: 10.1016/j.matchar.2018.06.036. [CrossRef] [Google Scholar]

  62. Qiu Y., Hu Y. J., Taylor A., ​​Styles M.J., Marceau R.K.W., Ceguerra A.V., Gibson M.A., Liu Z.K., Fraser H.L., Birbilis N. Композиционно легкий однофазный AlTiVCr Сложный сплав. Acta Mater. 2017; 123:115–124. doi: 10.1016/j.actamat.2016.10.037. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  63. Скалли Дж. Р., Инман С. Б., Джерард А. Ю., Тейлор С. Д., Виндл В., Шрайбер Д. К., Лу П., Саал Дж. Э., Франкель Г. С. Контроль коррозионной стойкости сплавов с несколькими основными элементами. Скр. Матер. 2020; 188: 96–101. doi: 10.1016/j.scriptamat.2020.06.065. [CrossRef] [Google Scholar]

  64. Zhang L.X., Shi J.M., Li H.W., Tian X.Y., Feng J.C. Межфазная микроструктура и механические свойства соединений керамики ZrB2-Si-CC и суперсплава GH99, припаянных FeCoNiCrCu, модифицированным Ti Высокоэнтропийный сплав. Матер. Дес. 2016;97: 230–238. doi: 10.1016/j.matdes.2016.02.055. [CrossRef] [Google Scholar]

  65. Wu Z., David S.A., Feng Z., Bei H. Свариваемость высокоэнтропийного сплава CrMnFeCoNi. Скр. Матер. 2016; 124:81–85. doi: 10.1016/j.scriptamat.2016.06.046. [CrossRef] [Google Scholar]

  66. Zhang Y., Jiang X., Fang Y., Fang Y., Liu B., Sun H., Shao Z., Song T. Исследование и разработка методов сварки и сварки Механизм высокоэнтропийных сплавов: обзор. Матер. Сегодня коммун. 2021;28:102503. doi: 10.1016/j.mtcomm.2021.102503. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

  67. Фань Ю., Ли П., Чен К., Фу Л., Шан А., Чен З. Влияние сварки волоконным лазером на сегрегацию растворенных веществ и свойства высокоэнтропийного сплава CoCrCuFeNi. J. Laser Appl. 2020;32:022005. doi: 10.2351/1.5128535. [CrossRef] [Google Scholar]

  68. Кумар А., Гупта М. Взгляд на эволюцию легких сплавов с высокой энтропией: обзор. Металлы. 2016;6:199. doi: 10.3390/met60

. [CrossRef] [Google Scholar]

69. Diao H.Y., Feng R., Dahmen K.A., Liaw P.K. Фундаментальное поведение деформации в высокоэнтропийных сплавах: обзор. Курс. мнение Твердотельный материал. науч. 2017;21:252–266. doi: 10. 1016/j.cossms.2017.08.003. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

70. Джон М., Ашок Кумар П., Удая Бхат К., Девадас Бхат П. Исследование поведения ЗТВ при сварке холоднокатаной и горячекатаной стали под давлением 800 МПа. Матер. Сегодня: Тез. 2021;44:2985–2992. doi: 10.1016/j.matpr.2021.02.124. [CrossRef] [Google Scholar]

71. Nam H., Park C., Moon J., Na Y., Kim H., Kang N. Лазерная сварка литых и прокатных высокоэнтропийных сплавов для криогенных применений. Матер. науч. англ. А. 2019; 742: 224–230. doi: 10.1016/j.msea.2018.11.009. [CrossRef] [Академия Google]

72. Кашаев Н., Венцке В., Петров Н., Хорстманн М., Жеребцов С., Шайсултанов Д., Санин В., Степанов Н. Усталостное поведение сваренного лазерным лучом высокоэнтропийного сплава типа CoCrFeNiMn. Матер. науч. англ. А. 2019; 766:138358. doi: 10.1016/j.msea.2019.138358. [CrossRef] [Google Scholar]

73. Кашаев Н., Венцке В., Степанов Н., Шайсултанов Д., Санин В., Жеребцов С. Лазерная сварка высокоэнтропийного сплава типа CoCrFeNiMn, полученного самораспространяющимся методом. Высокотемпературный синтез. Интерметаллиды. 2018;96: 63–71. doi: 10.1016/j.intermet.2018.02.014. [CrossRef] [Google Scholar]

74. Джон М., Кумар П.А., Удая Бхат К. Влияние скорости подачи проволоки на развитие микроструктуры при наплавке валиком на пластину микролегированной стали с использованием P-GMAW. Матер. Сегодня проц. 2021; 42: 423–428. doi: 10.1016/j.matpr.2020.09.805. [CrossRef] [Google Scholar]

75. Джон М., Кумар П.А., Бхат К.У. Влияние прочности присадочной проволоки на высокопрочные низколегированные стали. Матер. Сегодня проц. 2022; 49: 1286–1293. doi: 10.1016/j.matpr.2021.06.376. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

76. Торбати А.М., Миранда Р.М., Квинтино Л., Уильямс С., Япп Д. Процедуры оптимизации для GMAW биметаллических труб. Дж. Матер. Процесс. Технол. 2011; 211:1112–1116. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2011.01.013. [CrossRef] [Google Scholar]

77. Джон М., Кумар А.П., Бхат, Великобритания. Сварка AHSS с использованием неподходящей присадочной проволоки и преимущества процесса с P-GMAW. Матер. Сегодня проц. 2022;49:1312–1318. doi: 10.1016/j.matpr.2021.06.388. [CrossRef] [Google Scholar]

78. Oliveira J.P., Curado TM, Zeng Z., Lopes J.G., Rossinyol E., Park J.M., Schell N., Braz Fernandes F.M., Kim H.S. Газовая вольфрамовая дуговая сварка прокатанного высокоэнтропийного сплава CrMnFeCoNi. Матер. Дес. 2020;189:108505. doi: 10.1016/j.matdes.2020.108505. [CrossRef] [Google Scholar]

79. Соккалингам Р., Мишра С., Читхирала С.Р., Мутупанди В., Шивапрасад К. Увеличенное относительное расстояние проскальзывания в высокоэнтропийном сплаве Al0,5CoCrFeNi, полученном дуговой сваркой вольфрамовым электродом. Металл. Матер. Транс. А. 2017;48:3630–3634. doi: 10.1007/s11661-017-4140-8. [CrossRef] [Google Scholar]

80. Nam H., Park S., Park N., Na Y., Kim H., Yoo S.-J., Moon Y.-H., Kang N. Свариваемость Литье высокоэнтропийных сплавов CoCrFeMnNi с использованием различных присадочных металлов для криогенных применений. Дж. Эллой. комп. 2020;819:153278. doi: 10. 1016/j.jallcom.2019.153278. [CrossRef] [Google Scholar]

81. Соккалингам Р., Мутупанди В., Шивапрасад К., Прашант К.Г. Разнородная сварка высокоэнтропийного сплава Al0.1CoCrFeNi и нержавеющей стали AISI304. Дж. Матер. Рез. 2019;34:2683–2694. doi: 10.1557/jmr.2019.186. [CrossRef] [Google Scholar]

82. Martin A.C., Fink C. Первоначальное исследование свариваемости высокоэнтропийного сплава Al0.5CrCoCu0.1FeNi. Мир сварки. 2019;63:739–750. doi: 10.1007/s40194-019-00702-7. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

83. Джо М. Г., Ким Х. Дж., Кан М., Мадакашира П. П., Парк Э. С., Су Дж. Ю., Ким Д. И., Хонг С. Т., Хан Х. Н. Микроструктура и механические свойства высокоэнтропийного сплава CrMnFeCoNi, сваренного трением с перемешиванием и лазерной сваркой. Встретились. Матер. Междунар. 2018;24:73–83. doi: 10.1007/s12540-017-7248-x. [CrossRef] [Google Scholar]

84. Nam H., Park C., Kim C., Kim H., Kang N. Влияние термической обработки после сварки на свариваемость сварных швов высокоэнтропийных сплавов. науч. Технол. Сварка. Присоединиться. 2018;23:420–427. doi: 10.1080/13621718.2017.1405564. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

85. Li G., Lu X., Zhu X., Huang J., Liu L., Wu Y. Микроструктура поверхности раздела, механические свойства и коррозионная стойкость разнородных соединений при многопроходной лазерной сварке для атомных электростанций. Опц. Лазерная технология. 2018; 101: 479–490. doi: 10.1016/j.optlastec.2017.12.002. [CrossRef] [Google Scholar]

86. Yan S., Shi Y., Liu J., Ni C. Влияние лазерного режима на микроструктуру и коррозионную стойкость сварного соединения из нержавеющей стали 316L. Опц. Лазерная технология. 2019; 113: 428–436. doi: 10.1016/j.optlastec.2019.01.023. [CrossRef] [Google Scholar]

87. Соккалингам Р., Шивапрасад К., Дурайселвам М., Мутупанди В., Прашант К.Г. Новая сварка высокоэнтропийного сплава Al0,5CoCrFeNi: коррозионное поведение. Дж. Эллой. комп. 2020;817:153163. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.153163. [CrossRef] [Google Scholar]

88. Адомако Н.К., Шин Г., Парк Н., Парк К., Ким Дж.Х. Лазерная разнородная сварка высокоэнтропийного сплава CoCrFeMnNi и дуплексной нержавеющей стали. Дж. Матер. науч. Технол. 2021; 85: 95–105. doi: 10.1016/j.jmst.2021.02.003. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

89. Чжан С., Чен Г., Лю К., Ли Х., Чжан Г., Ван Г., Ши К. Численный анализ и аналитическое моделирование пространственного распределения теплового потока при сварке трением с перемешиванием. Дж. Мануф. Процесс. 2018; 33: 245–255. doi: 10.1016/j.jmapro.2018.05.021. [CrossRef] [Google Scholar]

90. Li P., Sun H., Wang S., Hao X., Dong H. Ротационная сварка трением эвтектического высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi2.1. Дж. Эллой. комп. 2020;814:152322. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.152322. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

91. Шайсултанов Д., Степанов Н., Малофеев С., Высоцкий И., Санин В., Миронов С., Кайбышев Р., Салищев Г., Жеребцов С. Сварка трением с перемешиванием высокоуглеродистой стали CoCrFeNiMn. Энтропийный сплав. Матер. Характер. 2018; 145:353–361. doi: 10.1016/j.matchar.2018.08.063. [CrossRef] [Google Scholar]

92. Чам Г. Конструкционные материалы, сваренные трением с перемешиванием: Помимо алюминиевых сплавов. Междунар. Матер. 2011; 56:1–48. doi: 10.1179/095066010X12777205875750. [CrossRef] [Академия Google]

93. Раллс А.М., Касар А.К., Менезес П.Л. Обработка трением с перемешиванием на трибологические, коррозионные и эрозионные свойства стали: обзор. Дж. Мануф. Матер. Процесс. 2021;5:97. doi: 10.3390/jmmp5030097. [CrossRef] [Google Scholar]

94. Кумар Раджак Д., Пагар Д.Д., Менезес П.Л., Эйвазян А. Процессы сварки трением: сварка трением и сварка трением с перемешиванием. Дж. Адхес. науч. Технол. 2020;34:2613–2637. doi: 10.1080/01694243.2020.1780716. [CrossRef] [Академия Google]

95. Мишра Р.С., Ма З.Ю. Сварка трением с перемешиванием и обработка. Матер. науч. англ. R Rep. 2005; 50: 1–78. doi: 10.1016/j.mser.2005.07.001. [CrossRef] [Google Scholar]

96. Nandan R., DebRoy T., Bhadeshia H.K.D.H. Последние достижения в области сварки трением с перемешиванием — процесс, структура и свойства сварного соединения. прог. Матер. науч. 2008; 53: 980–1023. doi: 10.1016/j.pmatsci.2008.05.001. [CrossRef] [Google Scholar]

97. Ма З.Ю. Технология обработки трением с перемешиванием: обзор. Встретились. Матер Транс А. 2008; 39: 642–658. doi: 10.1007/s11661-007-9459-0. [CrossRef] [Google Scholar]

98. Zhu Z.G., Sun Y.F., Goh M.H., Ng F.L., Nguyen Q.B., Fujii H., Nai S.M.L., Wei J., Shek C.H. Сварка трением с перемешиванием высокоэнтропийного сплава CoCrFeNiAl0.3. Матер. лат. 2017;205:142–144. doi: 10.1016/j.matlet.2017.06.073. [CrossRef] [Google Scholar]

99. Park S., Nam H., Na Y., Kim H., Moon Y., Kang N. Влияние начального размера зерна на свариваемость трением с перемешиванием прокатанного и литого CoCrFeMnNi высокопрочного сплава. Энтропийные сплавы. Встретились. Матер. Междунар. 2020; 26: 641–649. doi: 10.1007/s12540-019-00466-1. [CrossRef] [Google Scholar]

100. Zhu Z.G., Sun Y.F., Ng F.L., Goh M.H., Liaw P.K., Fujii H., Nguyen Q.B., Xu Y., Shek C.H., Nai S.M.L., et al. Сварка трением с перемешиванием ковкого высокоэнтропийного сплава: эволюция микроструктуры и прочность сварного шва. Матер. науч. англ. А. 2018; 711: 524–532. doi: 10.1016/j.msea.2017.11.058. [CrossRef] [Google Scholar]

101. Park S., Park C., Na Y., Kim H.-S., Kang N. Влияние карбида (W, Cr) на измельчение зерна и механические свойства для CoCrFeMnNi High Энтропийные сплавы. Дж. Эллой. комп. 2019;770:222–228. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.08.115. [CrossRef] [Google Scholar]

102. Гупта С., Агравал П., Нене С.С., Мишра Р.С. Сварка трением с перемешиванием метастабильного высокоэнтропийного сплава с преобладанием γ-Fcc: микроструктурная эволюция и прочность. Скр. Матер. 2021;204:114161. doi: 10.1016/j.scriptamat.2021.114161. [CrossRef] [Google Scholar]

103. Qin X., Xu Y., Sun Y., Fujii H., Zhu Z., Shek C.H. Влияние параметров процесса на микроструктуру и механические свойства высокоэнтропийного сплава CoCrFeNi, сваренного трением с перемешиванием. Матер. науч. англ. А. 2020; 782:139277. doi: 10.1016/j.msea.2020.139277. [CrossRef] [Google Scholar]

104. Линь П.-Т., Лю Х.-К., Се П.-Ю., Вэй С.-Ю., Цай С.-В., Сато Ю.С., Чен С.-К., Йен Х.-В., Лу Н.-Х., Чен К.-Х. Неоднородная структурно-индуцированная синергия прочности и пластичности за счет частичной рекристаллизации во время сварки трением с перемешиванием высокоэнтропийного сплава. Матер. Дес. 2021;197:109238. doi: 10.1016/j.matdes.2020.109238. [CrossRef] [Google Scholar]

105. Zhang T., Wang W., Zhang W., Wei Y., Cao X., Yan Z., Zhou J. Эволюция микроструктуры и механические свойства пластины из сплава AA6061/AZ31B Изготовлен методом сварки взрывом. Дж. Эллой. комп. 2018;735:1759–1768. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.11.285. [CrossRef] [Google Scholar]

106. Carvalho G.H.S.F.L., Galvão I., Mendes R., Leal RM, Loureiro A. Взрывная сварка алюминия с нержавеющей сталью с использованием промежуточных слоев из углеродистой стали и ниобия. Дж. Матер. Процесс. Технол. 2020;283:116707. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116707. [CrossRef] [Google Scholar]

107. Baoxiang R., Gang T., Peng W., Changxing D. Исследование окна свариваемости и морфологии поверхности раздела стальных труб и стержней из вольфрамового сплава, сваренных сваркой взрывом. Междунар. Дж. Преломление. Встретились. Жесткий Матер. 2019;84:105005. doi: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105005. [CrossRef] [Google Scholar]

108. Ян М., Ма Х., Шэнь З., Хуан З., Тянь К., Тянь Дж. Сварка разнородных материалов танталовой фольги и стального листа Q235 с использованием усовершенствованного метода сварки взрывом. Матер. Дес. 2020;186:108348. doi: 10.1016/j.matdes.2019.108348. [CrossRef] [Google Scholar]

109. Pei Y., Huang T., Chen F., Pang B., Guo J., Xiang N., Song Z., Zhang Y. Микроструктура и механизм разрушения Ti/Al Слоистый композит, полученный методом сварки взрывом. Вакуум. 2020;181:109596. doi: 10.1016/j.vacuum.2020.109596. [CrossRef] [Google Scholar]

110. Zhou Q., Liu R. , Zhou Q., Ran C., Fan K., Xie J., Chen P. Влияние микроструктуры на механические свойства сварки взрывом титан-сталь Интерфейс. Матер. науч. англ. А. 2022; 830:142260. doi: 10.1016/j.msea.2021.142260. [CrossRef] [Google Scholar]

111. Tian Q., Liang H., Zhao Y., Ma H., Shen Z., Sun Y., Yang M. Межфазная микроструктура высокоэнтропийного сплава FeCoNiCrAl0.1 и чистой меди Подготовлено взрывной сваркой. Покрытия. 2020;10:1197. doi: 10.3390/coatings10121197. [CrossRef] [Google Scholar]

112. Араб А., Го Ю., Чжоу К., Чен П. Соединение высокоэнтропийных сплавов AlCoCrFeNi и Al-6061 методом сварки взрывом. Вакуум. 2020;174:109221. doi: 10.1016/j.vacuum.2020.109221. [CrossRef] [Google Scholar]

113. Nam H., Park S., Chun E.-J., Kim H., Na Y., Kang N. Неоднородная лазерная свариваемость литых и катаных высокоэнтропийных сплавов CoCrFeMnNi для Криогенные приложения. науч. Технол. Сварка. Присоединиться. 2020; 25: 127–134. дои: 10.1080/13621718.2019.1644471. [CrossRef] [Google Scholar]

СВАРКА ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ | Производство и металлообработка

Перейти к содержимому

Скорость имеет решающее значение в современном мире производства и производства. Компании стремятся сделать больше с меньшими затратами? меньшая доступность квалифицированной рабочей силы и меньшие накладные расходы? при этом не отставая от потребностей общества, жаждущего технологий, и увеличивая прибыль.

В этих условиях сварщики завтрашнего дня столкнутся с уникальным набором задач, не последней из которых будет научиться сваривать больше и быстрее. Они также должны научиться сваривать различные материалы, в том числе высокопрочные стали, которые все чаще используются для удовлетворения растущих производственных потребностей.

Так что же нужно, чтобы справиться с задачами завтрашнего дня? В нескольких словах: знание, осторожность и время. Сварка высокопрочной стали требует более тщательного контроля нагрева и более жестких присадочных металлов, чем мягкие стали, которые сегодня используются чаще.

ПОНИМАНИЕ БАЗЫ . . .

Как и в случае с любым материалом, сварщики завтрашнего дня должны будут знать химический и механический состав высокопрочной стали в качестве первого шага к успешной сварке.

Благодаря повышенному соотношению прочности к весу высокопрочные стали используются для производства изделий, которые имеют большую грузоподъемность, меньший вес и выдерживают экстремальные условия эксплуатации. Материалы, отвечающие этим требованиям, включают HSLA (высокопрочные низколегированные стали) и AHHS (усовершенствованные высокопрочные стали), а на горизонте появятся еще более прочные типы сталей.

Стали HSLA, в частности, используются уже много лет, но они все чаще находят применение в новых отраслях благодаря своей долгосрочной экономической эффективности в высокопроизводительных приложениях.

Они часто используются в производстве тяжелого оборудования и конструкционных сталей в качестве средства облегчения нагрузки. эти стали позволяют производителям использовать более тонкие поперечные сечения материала (например, по сравнению с A36) для таких применений без ущерба для прочности или ударной вязкости. Другие приложения HSLA включают балки или рамы для прицепов, а также части мостов, стрелы кранов и мачты. В среднем эти материалы обеспечивают предел текучести до 85 тысяч фунтов на квадратный дюйм (586 МПа).

AHHS также начали появляться в последние годы и обладают еще более высокими механическими свойствами, чем HSLA? предел текучести достигает 140 тысяч фунтов на квадратный дюйм (965 МПа). Есть также сообщения о разработке AHSS с пределом текучести до 160 тысяч фунтов на квадратный дюйм или более (1103 МПа +). AHHS особенно полезны при производстве автомобильных компонентов, облегчая общий вес автомобиля, но при этом обеспечивая прочность, необходимую для безопасности.

Высокопрочные стали приобретают свои механические свойства, помимо прочего, в результате закалки и отпуска. Во-первых, материал подвергается закалке — процессу, при котором сталь быстро охлаждается до комнатной температуры. Это часто делается с помощью распыления воды или специального масляного или газового метода.

В процессе отпуска сталь нагревают до температуры чуть ниже точки плавления в течение заданного времени. Как правило, отпуск колеблется от минимум 300 градусов по Фаренгейту (150 градусов по Цельсию) до 1600 градусов по Фаренгейту (871 градус по Цельсию). Продолжительность отпуска зависит от толщины материала и желаемых свойств.

Высокопрочные стали сохраняют такой же химический состав, что и стандартная мягкая (или низкоуглеродистая) сталь, во время закалки и отпуска, но вместе эти процессы резко повышают прочность этих сталей. Эта дополнительная прочность потребует от сварщиков завтрашнего дня принятия особых мер предосторожности в процессе сварки.

ПОБЕДИ ЖАРУ . . .

Высокопрочные стали, как правило, более чувствительны к растрескиванию, чем мягкие стали, поэтому очень важно обеспечить хороший контроль температуры до и во время процесса сварки.

Во-первых, предварительный нагрев является лучшим шагом к контролю градиента температуры или диапазона повышения и понижения температуры во время сварки. Это особенно важно, поскольку сварка холодного куска высокопрочной стали приведет к слишком быстрому нагреву материала и, в свою очередь, к слишком быстрому охлаждению. Это быстрое охлаждение является основной причиной растрескивания, а предварительный нагрев помогает предотвратить это.

Предварительный нагрев также помогает снизить уровень содержания водорода и, в свою очередь, свести к минимуму растрескивание, вызванное водородом. Правильная температура предварительного нагрева определяется точной маркой высокопрочной стали и ее толщиной. Сварщики должны следовать рекомендуемым процедурам сварки для определенного применения, чтобы определить правильные температуры.

Аналогичным образом, сварщики должны поддерживать правильную межпроходную температуру для данной толщины высокопрочной стали. Это предотвращает образование большей зоны термического влияния (ЗТВ) во время сварки. ЗТВ — это зона между наплавленным металлом и основным металлом и зона, подверженная растрескиванию. Поддержание межпроходных температур также уменьшает изменения в зернистой структуре стали во время охлаждения, что, в свою очередь, ограничивает любые механические изменения, которые могут неблагоприятно повлиять на ударную вязкость или прочность стали на растяжение.

Сварщики могут использовать контактные пирометры, Темпилстикс или другие термочувствительные устройства (в том числе инфракрасные) для отслеживания межпроходной температуры, указанной для их конкретной процедуры сварки.

Как и в любом другом процессе сварки, контроль скорости перемещения и соблюдение рекомендуемых параметров сварки (вольты, амперы) минимизируют тепловложение при сварке высокопрочных сталей.

ПРИБОРНЫЕ МЕТАЛЛЫ. . .

Выбор присадочных металлов с наименьшим содержанием водорода, а также с хорошей ударной вязкостью (высокая ударная вязкость) и соответствующей прочностью имеет решающее значение при сварке высокопрочных сталей. Каждая из этих функций также помогает предотвратить растрескивание.

Как по соображениям стоимости, так и по соображениям дизайна, в некоторых случаях требуется соединение высокопрочных сталей со сталями с более низким пределом текучести. В зависимости от конструкции соединения и траектории нагрузки (область, на которую будет приходиться основная часть напряжения готового изделия) сварщикам часто необходимо согласовать прочность присадочного металла с менее прочной сталью.

Например, при сварке стали HSLA (предел текучести 85 тысяч фунтов на квадратный дюйм) со сталью A36 (минимальный предел текучести 36 тысяч фунтов на квадратный дюйм) сварщики выбирают порошковую или металлопорошковую проволоку марки 70 с пределом прочности на растяжение 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Примечание. Основной материал измеряется по пределу текучести, а присадочные металлы измеряются по UTS или пределу прочности при растяжении.

Если сварщик сваривает высокопрочные стали друг с другом, то, как правило, присадочный металл будет соответствовать пределу текучести этих двух сталей. Например, сварка высокопрочной стали с пределом текучести 100 тысяч фунтов на квадратный дюйм сама с собой потребует присадочного металла с пределом прочности на растяжение минимум 90 тысяч фунтов на квадратный дюйм (и максимум от 120 до 130 тысяч фунтов на квадратный дюйм).

Варианты присадочных металлов с такой прочностью на растяжение включают низколегированную металлическую или низколегированную порошковую проволоку. Также доступны некоторые сплошные проволочные и стержневые электроды.

Проволока с металлическим сердечником обладает преимуществом более высокой скорости перемещения (по сравнению со сплошной проволокой или стержневыми электродами), что помогает свести к минимуму тепловложение, а вместе с ним и возможность растрескивания и деформации.

Большинство низколегированных металлопорошковых проволок также обладают отличной ударной вязкостью и перекрывают зазоры более эффективно, чем другие присадочные металлы. Они также имеют низкий уровень водорода.

Низколегированная порошковая проволока в среде защитного газа предназначена для сварки высокопрочной стали с самой собой или с менее прочным материалом. Рекомендуются те, у которых основная шлаковая система Т-5, из-за их хороших механических свойств и прочности. Они также устойчивы к водороду и могут проваривать легкую ржавчину и прокатную окалину. Однако проволока со шлаковой системой Т-5 не так удобна для сварщика, как проволока с рутиловой шлаковой системой Т-1.

И наоборот, проволока со шлаковой системой Т-1 имеет хорошую стабильность дуги и свариваемость, но, как правило, не обладает такой хорошей пластичностью и ударной вязкостью. Как и другие порошковые проволоки, обе они образуют шлак, который необходимо удалять после сварки или между проходами.

На сегодняшний день для сварки сталей с пределом текучести более 120 тыс.фунтов на кв. дюйм доступна только сплошная проволока.

Конечно, сварка высокопрочных сталей — это нечто большее, чем просто наблюдение за подводом тепла и выбор присадочного металла. Тем не менее, эти основные соображения, безусловно, являются началом.

Но в будущем, поскольку сталелитейная промышленность продолжает раздвигать границы прочности и ударной вязкости материалов, завтрашним сварщикам придется продолжать учиться, тренироваться и соблюдать более жесткие параметры сварки, чем когда-либо прежде.

Кит Паккард — менеджер по продажам и маркетингу подразделения низколегированной трубчатой ​​проволоки Hobart Brothers, 101 Trade Square East, Troy, OH 45373, 937-332-4000, факс: 937-332-5224, hobart@hobartbrothers.