Выбор способа сварки и его обоснование, выбор сварочных материалов

Технология сварки изделия из данной стали должна обеспечивать определённый комплекс требований, главное из которых – обеспечение равнопрочности сварных соединений и отсутствие дефектов в сварном шве, а также обеспечение равнопрочности и долговечности конструкции. Для выполнения этого требования механические свойства металла шва и около шовной зоны должны быть не ниже свойств основного металла. Технология изготовления должна обеспечивать максимальную производительность и экономичность процесса при требуемой надёжности конструкции.

Весьма благоприятные металлургические условия при сварке стали 13Х11НВМФ создает сварка в инертных защитных газах, как правило, в аргоне и в некоторых смесях на его основе. Причем в основном используется неплавящийся вольфрамовый электрод, а присадочный материал подбирают аналогично желаемому составу наплавленного металла.

При сварки данной стали, используется автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов. Эта сварка широко применяется при изготовлении тонколистовых конструкций мм, верхний предел не ограничен.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах – это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяют дуговой разряд, возбуждаемый между вольфрамовым электродом и изделием.

В качестве неплавящегося электрода наиболее широко применяют вольфрамовые стержни. Вольфрам – самый тугоплавкий из известных материалов (по температуре плавления уступает лишь углероду). Температура плавления его равна 3645К, а плотность – 19,3 г/см, =1000МПа. Вольфрам имеет низкий коэффициент теплопроводности [X = 177,8–200,7 Вт/(м*К)], самую низкую скорость испарения. Поскольку вольфрамовые электроды при рабочей температуре характеризуются весьма высокой химической активностью к кислороду, то в качестве защитных газов применяют аргон, гелий и азот, являющиеся по отношению к вольфрамовым сплавам инертными. В ряде случаев для расширения технологических возможностей дуговой сварки целесообразно применять смеси аргона и гелия.

Применяемые вольфрамовые электроды должны отвечать требованиям ГОСТ 23949–80.

Для сварки в среде инертных газов применяются электроды Ш0,5–10 мм из чистого вольфрама (ЭВЧ). Для уменьшения нагрева и расхода электрода используются электроды из вольфрама с присадками: диоксида тория (ЭВТ), оксидов лантана ЭВЛ (1,1…1,4% LaO) и иттрия ЭВИ-1 (1,5…2% Y₂0₃), ЭВИ-2 (2…2,5% Y₂0₃).

У нас в стране широкое распространение получили электроды марок ЭВЛ и ЭВИ. Они выдерживают большую токовую нагрузку и имеют повышенную эрозионную стойкость при сварке по сравнению с электродами марки ЭВЧ. Диаметр вольфрамового электрода выбирается в зависимости от величины сварочного тока. Вольфрамовые электроды используются с заточкой под углом 20–90°.

Присадочная проволока для сварки выбирают исходя из состава материала, требований предъявляемых к сварным соединениям, и жесткости конструкции. Для уменьшения склонности к образованию трещин, следует свести к минимуму попадания водорода в шов и напряжения, возникающие при сварке. Применяют присадочные проволоки сходного состава, что и основной металл. Так по ГОСТ 2246–70 выпускаются: Св-04Х19Н9, d_эл 1,2 мм; Св06Х19Н9Т, d_эл 1,2 мм; Св-06Х15Н10М15, d_эл = 1,2 мм. В данном случае применяется сварочная проволока Св11Х11Н2В2МФ, d =1 мм, изготовленная по ТУ 14–1–997–74.

Сварка постоянным током прямой полярности характеризуется максимальной проплавляющей способностью. В широком диапазоне параметров режима аргонодуговой сварки на постоянном токе прямой полярности на токах до 600А доля тепловой мощности, вводимой в изделие, составляет 40–85%, потери на нагрев вольфрамового электрода примерно 4–6%, а лучевые потери от столба дуги – 7–30%.

При сварке на обратной полярности и на переменном токе дуга горит неустойчиво, наблюдается увеличение нагрева электрода и увеличения его расхода.

Повышенная склонность мартенситных сталей к хрупкому разрушению в состоянии закалки усложняет технологию их сварки. При содержании углерода более 0,10% мартенситные стали склонны к образованию холодных трещин при сварке из-за высокой степени тетрагональности кристаллической решетки мартенсита. При снижении содержания углерода вязкость мартенсита повышается, однако образующийся при этом структурно свободный  – феррит в свою очередь сообщает им высокую хрупкость. Поэтому в сварных соединениях мартенситных сталей трещины могут наблюдаться в процессе непрерывного охлаждения при температурах ниже Т _мн, а также в процессе выдержки при нормальной температуре (замедленное разрушение).

Для высокохромистых сталей температура начала мартенситного превращения не превышает 360 °С, а окончания 240 °С. С увеличением содержания углерода точки Т_м.н и Т_м.к еще более понижаются, что приводит к возрастанию твердости мартенсита и его хрупкости. Учитывая это, а также необходимость обеспечения сварным соединениям высокой пластичности и ударной вязкости для безопасности эксплуатации ответственных энергетических установок, содержание углерода в хромистых мартенситных сталях ограничивают до 0,20%.

Предотвращение образования холодных трещин является одной из задач при сварке 11–13%-ных хромистых сталей. В связи с этим применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200–450 °С. Температура подогрева тем выше, чем выше склонность стали к закалке. В тоже время температура подогрева не должна быть чрезмерно высокой, так как это может привести к отпускной хрупкости вследствие снижения скорости охлаждения металла в околошовной зоне в интервале температур карбидообразования. Кроме того, высокий подогрев, как и сварка с высокой погонной энергией, обеспечивает длительный перегрев околошовного металла, результатом чего является рост зерна, сегрегация примесей на границах зерен и, как следствие, снижение пластичности и вязкости сварных соединений.

Лучшие свойства сварных соединений достигаются в случае предварительного подогрева в интервале Т_м.н – Т_мк, а также когда после сварки производится подстуживание до Т_мк, но не ниже 100 °С. Рекомендации по тепловому режиму сварки стали 13X11НВМФ следующие: подогрев до 300 °С, отпуск при 700–720 °С (без охлаждения ниже температуры подогрева).