Сварка теплоустойчивых перлитных сталей типа 15 ХМ и 15Х1М1Ф.

Металл толщиной до 3 мм сваривают встык в один проход без разделки кромок, толщиной 6 – 13 мм при V – образной заделке кромок многослойными швами. Механические свойства металла шва такие же, как при сварке стали той же марки без покрытия.

После окончания сварочных работ по поверхности швов и околошовных зон наносится защитный слой краски, состоящей из цинковой пыли и связующего, например, эпоксидной смолы. В качестве защиты от коррозии применяют покрытия на основе эпоксидно-полиамидных смол с цинковой пылью или алюминия и цинка. Наибольшее распространение получило горячее или гальваническое цинкование, обеспечивающее максимальную коррозионную устойчивость.

При горячем цинковании толщина покрытия увеличивается с повышением толщины металла и может изменяться в пределах 25 – 110 мкм. Например, при толщине металла

1,6 мм – покрытие 50 мкм

3,6 мм – 85 – 90 мкм

6,5 мм и более – 100 – 110 мкм

Сварка алитированного металла. Процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали алюминием. Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах. Наиболее распространена жидкая диффузионная металлизация – процесс погружения детали в расплавленный металл.

Попавший в металл шва алюминий может снижать его вязкость и перемещать порог хладноломкости в область положительных температур. В связи с этим для дуговой сварки рекомендуется использовать электроды и порошковую проволоку с основным (фтористо-кальциевым) покрытием и сердечником, обеспечивающие наиболее высокие механические свойства швов. Сварка алитированной стали обеспечивает должное качество соединения при толщине покрытия до 100 мкм. После сварки металл шва должен быть снова покрыт алюминием. В этом случае используются краски, содержащие алюминиевую пудру.

Одним из основных свойств алитированных сталей является высокая жаростойкость. Поэтому жаростойкие детали для рабочих температур до 1000 – 1100⁰С изготавливают из простых углеродистых сталей с добавлением алитированного слоя.

Сварка теплоустойчивых перлитных сталей типа 15 ХМ и 15Х1М1Ф.

Теплоустойчивыми называют стали, предназначенные для длительной работы в интервале температур 500 – 600⁰С.

Химический состав: С, Fe, Cr,Mo, V.

Стали низко и среднелегированные.

Эти стали используются для изготовления энергетических и нефтехимических установок. В соответствии с условиями длительной работы под напряжением при высоких температурах теплоустойчивые стали должны обладать сопротивлением ползучести, длительной прочностью, стабильностью свойств во времени и жаростойкостью. Они способны сохранять механические свойства при эксплуатации до 600⁰С. Поскольку детали котельных установок работают длительное время без смены (десятки тысяч часов) и не должны за это время заметно подвергаться деформации, по предел ползучести является для них основной характеристикой. Теплоустойчивость этих сталей обусловлена тем, что легирование Cr, Mo приводят к тому, что значительная доля этих элементов находится в твердом растворе, т.е. феррите. Легирование феррита вызывает его упрочнение и затрудняет процесс диффузии при повышенных температурах, что определяет устойчивость свойств при нагреве. Сохранность свойств стали также зависит от легирующего элемента.

Перечисленные свойства достигаются применением хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей перлитного класса. Хромомолибденовые стали 12МХ, 15ХМ с феррито – перлитной структурой используют для работы при 500 – 550⁰С, а хромомолибденованадиевые стали 12Х1МФ, 20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ для работы при 550 – 600⁰С. Более высокие жаропрочные свойства хромомолибденованадиевых сталей обусловлены не только стабилизацией карбидной фазы ванадием, но и применением упрочняющей термической обработки на бейнитную структуру.

При сварке плавлением металлургическая свариваемость теплоустойчивых сталей не вызывает существенных осложнений. Что касается тепловой свариваемости, то здесь возникает ряд осложнений:

1. Образование метастабильных закалочных структур в участках околошовной зоны, нагретых выше температуры А_св. образование хрупких структурных составляющих (тростита, мартенсита) может привести к возникновению холодных трещин в сварных соединениях. Для предотвращения их образования сварку следует выполнять с сопутствующим подогревом свариваемых изделий до 150 – 300⁰С в зависимости от химического состава свариваемой стали и толщины соединяемых элементов.

2. Равноупрочнение свариваемого металла в околошовной зоне, в участках, нагретых в интервале температур А_св – температура отпуска стали. В результате равноупрочнения длительная прочность сварных соединений может быть резко снижена. Снижение длительной прочности сварных соединений по сравнению с основным металлом зависит от характера термического цикла сварки, степени упрочнения стали термической обработкой и структурной ее стабильности. Для уменьшения степени равноупрочнения стали, в зоне термического влияния, сварку рекомендуется осуществлять на жестких режимах (малых погонных энергиях) и не использовать слишком высокую температуру подогрева деталей перед сваркой. Это будет способствовать уменьшению времени пребывания металла в околошовной зоне. Коэффициент теплоустойчивости сварных соединений (т.е. отношение длительной прочности сварных соединений к длительной прочности основного металла) для нормализованной и отпущенной стали 15Х1М1Ф при ручной и автоматической сварке составит 0,8 – 0,9, а для закаленной и отпущенной стали 12Х1МФ – 0,7.

3. Возможность развития в зоне сплавления сварных соединений при длительной их работе в условиях высоких температур диффузионных процессов и, в частности, миграция углерода из основного металла шва или наоборот. Это явление приводит к возникновению низкопрочных ферритных прослоек и наблюдается даже при небольшом различии в легировании основного металла и металла шва (например, сталь 12Х1МФ – шов 10ХМ1БФ).

В связи с этим сварочные материалы выбирают в строгом соответствии с маркой свариваемой стали, например,

Сталь 12МХ, электроды Э-09МХ, сварочная проволока для АДС марки Св-08МХ;

Сталь 15Х1М1Ф, электроды Э-08Х1МФ, сварочная проволока для АДС марки Св-08ХМФ.

Для РДС в большинстве случаев используют электроды с основным (фтористо–кальциевым) покрытием, а для АДС флюсы АН-22, ФЦ-11, ЗИО-Ф2 с пониженным содержанием окислов марганца и кремния. Сварные соединения теплоустойчивых сталей и обеспечивают эксплуатационной надежности без термической обработки после сварки ввиду структурной неоднородности и наличия остаточных сварочных напряжений. С увеличением содержания хрома, молибдена, ванадия и других элементов, повышающих стойкость сталей, температура отпуска и время выдержки должны увеличиваться. Особую опасность представляет недостаточный отпуск сварных соединений хромомолибденованадиевых сталей в связи с возможностью дисперсионного затвердения, вызванного выпадением в металле околошовной зоны карбидов ванадия.