Способ электродуговой сварки закаливающихся сталей

 

Использование: для сварки закаливающихся сталей в различных областях техники. Сущность изобретения: сварку закаливающихся углеродистых сталей осуществляют с применением гранулированной крупки, которую помещают в корень V-образной разделки с зазором. Состав крупки размером 1......2,5 мм выбирают в зависимости от класса сварочной проволоки, а высоту определяют по соотношению H = 8 - /2, где H - высота засыпки металлической гранулированной крупки, мм; 8 -максимальная толщина слоя крупки, мм, которая полностью расплавляется при сварке на технологическом режиме; - величина зазора в корне разделки, мм. При сварке аустенитной проволокой крупку берут следующего состава, в мас. %: углерод 0,01 - 0,12; марганец 0,1 - 8,0; кремний 0,1 - 1,0; хром 5 - 22; никель 2 - 12; титан 0,01 - 1,0; железо - остальное. При сварке ферритной проволокой крупку берут следующего состава, мас.%: углерод 0,01 - 0,12; кремний 0,4 - 0,95; марганец 1 - 2,1; железо - остальное. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к сварочному производству, а точнее к способу электродуговой сварки в СО₂ конструкций из углеродистых закаливающихся сталей, подвергающимся деформациям и динамическим нагрузкам.

Известен способ дуговой сварки низкоуглеродистых сталей в среде защитного газа, при котором в разделку помещают дополнительный присадочный материал, состоящий из смеси низколегированных стальных шариков (или гранул в виде прутков) определенных размеров и флюса, которые связываются между собой жидким стеклом [1] Данный способ позволяет повысить производительность сварки и ударную вязкость зоны сварки на низкоуглеродистых сталях. Однако при сварке углеродистых закаливающихся сталей по данному способу с применение аустенитных проволок не удается получить требуемую стойкость швов против образования трения по зоне сплавления и холодных трещин в корневых валиках при технологической правке. При сварке по данному способу закаливающихся сталей ферритной низколегированной проволокой не удается получить требуемой стойкости швов против образования холодных трещин при технологической правке. При этом работоспособность таких сварных соединений в условиях динамического нагружения не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Известен также способ сварки низколегированных сталей, при котором в зазор стыкуемых на охлаждаемой медной подкладке пластин помещают железный порошок с величиной гранул 0,2 3 мм, сварку ведут по зазору с полным расплавлением порошка [2] Такой способ позволяет повысить производительность сварки и сварить листы толщиной до 38 мм за один проход. Однако применение его для сварки углеродистых закаливающихся сталей также невозможно по указанным причинам.

Известен также способ сварки низколегированных сталей под флюсом, при котором в разделку свариваемого шва помещают металлический порошок, состоящий из шаровидных частиц размером 0,2 3 мм, количество которого берется в зависимости от расплавленного основного металла и электродной проволоки [3] Способ позволяет повысить ударную вязкость металла шва и снизить потери свойств основного металла в околошовной зоне. Однако при сварке таким способом углеродистых закаливающихся сталей не удается исключить трещин в металле шва и трещин-отрывов по линии сплавления при технологической правке и получить требуемую работоспособность сварных соединений, особенно в условиях ударных нагрузок.

Задачей заявляемого технического решения является повышение стойкости сварных соединений узлов и изделий из углеродистых закаливающихся сталей против образования холодных трещин в металле шва и по линии сплавления (особенно при деформациях) и работоспособности их в условиях динамического нагружения.

Решение этой задачи достигается за счет использования в качестве дополнительной присадки металлической крупки определенного размера и химического состава, определяемого классом электродной проволоки. Крупка засыпается в зазор V-образной разделки с углом раскрытия 40 60^оС на определенную высоту в зависимости от ширины зазора в корне разделки. Состав проволоки и крупки, а также толщина слоя последней подбирается таким образом, чтобы получить требуемый состав металла шва при минимальной доле участия в нем основного металла, полном расплавлении крупки при сварке на технологическом режиме.

Минимальная доля участия основного металла в металле шва при требуемом качестве сплавления с кромкой определяется количеством крупки (толщиной слоя) и величиной зазора. При увеличении зазора снижается развар кромок разделки, а следовательно, и доля участия основного металла в металле шва. Поэтому толщина слоя крупки уменьшается. С уменьшением зазора толщина слоя крупки должна быть увеличена, так как увеличивается развар кромок.

Экспериментально установлена зависимость толщины слоя крупки в зависимости от величины зазора, при которой обеспечивается качественное оплавление кромок и минимальная доля участия основного металла в металле шва при сварке на технологическом режиме с полным расплавлением крупки. Эта зависимость выражается соотношением H= 8 /2, где Н толщина засыпаемого слоя крупки, мм; величина зазора в корне разделки, мм; 8 максимальная толщина слоя крупки (мм), которая полностью расплавляется при сварке на технологическом режиме.

Установлено, что при выборе металлической присадки в виде крупки с размером 1 2,5 мм достигается максимальная эффективность ее плавления и качественное оплавление кромок с минимальным их разваром. При таких размерах крупки увеличивается ее электросопротивление и как следствие этого повышается ее расплавление. При этом уменьшаются перегрев околошовной зоны и величина расплавления кромки при качественном проваре по линии сплавления. Это позволяет обеспечить наиболее благоприятное формирование структуры и свойств металла шва и зоны сплавления и исключить образования в них трещин, в том числе и при значительных деформациях, и за счет этого повысить работоспособность сварных соединений в условиях динамических нагрузок.

При размере крупки меньше 1 мм снижается эффективность ее плавления и заметно ухудшается качество оплавления кромок. При размере крупки большем 2,5 мм уменьшается глубина провара слоя крупки, увеличивается доля участия основного металла в металле шва, снижается качество и работоспособность сварного соединения.

Ниже приводим описание способа сварки в СО₂ закаливающейся углеродистой стали типа 30ХНМ аустенитной проволокой марки СВ08Х20Н9Г7Т на технологических режимах.

В V-образную разделку с углом раскрытия 55^о и зазором 4 мм засыпаем слой крупки размером 1,6 мм аустенитного класса состава в мас. углерод 0,09; марганец 6,3, кремний 0,68, хром 20,6, никель 10,2, титан 0,05; железо остальное. Крупку такого размера и состава получаем путем механической рубки электродной проволоки диаметром 1,6 мм. Засыпку крупки производим в корень разделки с зазором равномерным слоем с применением шаблона. Толщину слоя крупки Н определяем из соотношения H=8 /2 6 (мм). Затем производим сварку в СО₂ указанной проволокой диаметром 2 мм на режиме: I_св=380А, U₉=32В.

При таком способе сварки обеспечивается полное расплавление крупки, хорошее оплавление кромок разделки с минимальным их разваром при полном проваре в корне, доля участия основного металла в металле шва в корневом валике составляет 8% Это обеспечивает хорошее качество металла шва и сварного соединения. Деформация такого сварного соединения (например, при технологической правке) не приводит к образованию в нем трещин, работоспособность его, в том числе и в условиях динамических нагрузок, полностью удовлетворяет требованиям ТУ.

Заявляемый способ сварки прошел всесторонние испытания при заварке Y-образных разделок с углом раскрытия 40-60^о на большой партии изделий из различных марок углеродистых закаливающихся сталей. При этом величина зазора составляла 1.10 мм, сварка выполнялась аустенитной или ферритной проволокой с применением крупки соответственно такого же класса.

В процессе заварки разделок и служебных испытаний сварных соединений установлено, что заявляемый способ обеспечивает более высокое качество металла шва и сварного соединения. Результаты заварки разделок приведены в таблице. В этой же таблице для сравнения приведены результаты заварки аналогичных разделок по известному способу, а также результаты по заварке разделок с отклонением от заявляемых параметров. Стойкость сварного соединения против образования холодных трещин в металле шва и зоне сплавления оценивалась по методике, в основу которой положен статический изгиб стыковых образцов после сварки. За критерий бралась максимальная величина прогиба образца (h_кр, мм) при которой в металле шва или зоне сплавления еще не образуется трещина. Служебная стойкость сварного соединения оценивалась по суммарной величине разрушений ( l_сут, мм) стыкового серийного образца из углеродистой закаливающейся стали после его технологической гибки.

Как видно из таблицы разделки, заваренные по заявляемому способу (1-6), после гибки не имеют разрушений как по металлу шва, так и по зоне сплавления. В то же время в разделках, выполненных с отклонением от заявляемых параметров (7-10) и по известному способу (11), имелись разрушения либо по зоне сплавления, либо по металлу шва. Стойкость таких сварных соединений при испытании на статический изгиб стыковых образцов также ниже, чем при сварке по заявляемому способу.

Таким образом результаты, приведенные в таблице, показывают значительные преимущества заявляемого способа перед известным. Применение его в производстве при изготовлении конструкций из углеродистых закаливающихся сталей позволит повысить качество сварки и их эксплуатационную надежность, а также получить за счет этого определенный служебно-экономический эффект.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ЗАКАЛИВАЮЩИХСЯ СТАЛЕЙ, при котором в зазор разделки помещают гранулированную присадку, а сварку ведут по зазору с полным расплавлением присадки, отличающийся тем, что при заварке V-образной разделки с углом раскрытия кромок 40 - 60^o присадку берут в виде крупки размером 1 - 2,5 мм и насыпают высотой, определяемой соотношением H=8-/2, где 8 - максимальная толщина слоя крупки, которая полностью расплавляется при сварке на технологическом режиме при нулевом зазоре, мм;
- величина зазора в корне разделки, мм,
а сварку ведут аустенитной или ферритной низколегированной проволокой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сварке аустенитной проволокой крупку берут следующего состава, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,12
Марганец - 0,1 - 8,0
Кремний - 0,1 - 1,0
Хром - 5,0 - 22,0
Никель - 2,0 - 12,0
Титан - 0,01 - 1,0
Железо - Остальное
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сварке ферритной проволокой крупку берут следующего состава, мас.%:
Углерод - 0,01 - 0,12
Кремний - 0,4 - 0,95
Марганец - 1,0 - 2,1
Железо - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3