ГОСТ на сварку нержавеющей стали

12Х18Н10Т. Особенности сварки нержавейки.

Сварка стали – основной технологический процесс практически любого производства изделий из металла. С VII века до нашей эры и до наших дней сварка широко применяется как основной способ образования неразъемных соединений металлов. С самого зарождения и вплоть до XIX века н.э. в применялся метод кузнечной сварки металлов. Т.е. свариваемые детали нагревались и затем спрессовывались ударами молота. Эта технология достигла своего пика к середине XIX века, когда по ней стали изготавливать даже такие ответственные изделия как железнодорожные рельсы и магистральные трубопроводы.

Однако сварные соединения, особенно в массовом, промышленном масштабе отличались невысокой надежностью и нестабильным качеством. Это зачастую приводило к авариям из-за разрушения детали в месте шва.

Открытие электродугового нагрева и высокотемпературного газо-кислородного горения наряду с возросшими требованиями к качеству сварного соединения совершили мощный технологический прорыв в области сварки, в результате чего создалась технология бескузнечной сварки – такой, какую мы привыкли наблюдать сегодня.

С появлением легированной стали процессы сварки усложнились в связи с необходимостью предотвращения карбидации легирующих элементов, в основном – хрома. Появились методы сварки в инертных средах или под флюсом, а также технологии долегирования сварного шва.

Рассмотрим особенности сварки аустенитных сталей на примете наиболее распространенной нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Сталь 12Х18Н10Т относиться к хорошо свариваемым. Характерной особенностью сварки этой стали является возникновение межкристаллитной коррозии. Она развивается в зоне термического влияния при температуре 500-800?С. При пребывании металла в таком критическом интервале температур по границам зерен аустенита выпадают карбиды хрома. Все это может иметь опасные последствия – хрупкие разрушения конструкции в процессе эксплуатации.

Чтобы добиться стойкости стали нужно исключить или ослабить эффект выпадения карбидов и стабилизировать свойства стали в месте сварного шва.

При сварке высоколегированных сталей используют электроды с защитно-легирующим покрытием основного вида в сочетании с высоколегированным электродным стержнем. Применение электродов с покрытием основного вида позволяет обеспечить формирование наплавленного металла необходимого химического состава, а также других свойств путём использования высоколегированной электродной проволоки и долегирования через покрытие.

Сочетание легирования через электродную проволоку и покрытие позволяет обеспечить не только гарантированный химический состав в пределах паспортных данных, но и некоторые другие свойства, предназначенные для сварки аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и им подобных.

Содержащийся в электродных стержнях титан при сварке практически полностью окисляется. По этой причине при сварке покрытыми электродами в качестве элемента-стабилизатора используют ниобий. Коэффициент перехода ниобия из стержня при сварке покрытыми электродами составляет 60-65%.

Сварку высоколегированных сталей под флюсом осуществляют с применением или нейтральных по кислороду фторидных флюсов, или защитно-легирующих в сочетании с высоколегированной электродной проволокой. С металлургической точки зрения для сварки высоколегированных сталей наиболее рациональны фторидные флюсы типа АНФ-5, которые обеспечивают хорошую защиту и металлургическую обработку металла сварочной ванны и позволяет легировать сварочную ванну титаном через электродную проволоку. При этом процесс сварки малочувствителен к образованию пор в металле шва из-за водорода. Однако фторидные бескислородные флюсы имеют относительно низкие технологические свойства. Именно низкие технологические свойства фторидных флюсов служат причиной широкого использования для сварки высоколегированных сталей флюсов на основе оксидов.

Сварку высоколегированных сталей для снижения вероятности формирования структуры перегрева, как правило, выполняют на режимах, характеризующихся малой величиной погонной энергии. При этом предпочтение отдают швам малого сечения, получаемым при использовании электродной проволоки небольшого диаметра (2-3мм). Поскольку высоколегированные стали обладают повышенным электросопротивлением и пониженной электропроводностью, то при сварке вылет электрода из высоколегированной стали уменьшают в 1,5-2 раза по сравнению с вылетом электрода из углеродистой стали.

При дуговой сварке в качестве защитных газов используют аргон, гелий (реже), углекислый газ.

Аргонодуговую сварку выполняют плавящимися и неплавящимися вольфрамовыми электродами. Плавящимся электродом сваривают на постоянном токе обратной полярности, используя режимы, обеспечивающие струйный перенос электродного металла. В некоторых случаях (в основном при сварке аустенитных сталей) для повышения стабильности горения дуги и особенно снижения вероятности образования пор из-за водорода при сварке плавящимся электродом используют смеси аргона с кислородом или углекислым газом (до 10%).

Сварку неплавящимся вольфрамовым электродом в основном осуществляют на постоянном токе прямой полярности. В некоторых случаях при наличии в сталях значительного количества алюминия используют переменный ток для обеспечения катодного разрушения оксидной плёнки.

Применение дуговой сварки в атмосфере углекислого газа позволяет снизить вероятность образования пор в металле шва из-за водорода; при этом обеспечивается относительно высокий коэффициент перехода легкоокисляющихся элементов. Так, коэффициент перехода титана из проволоки достигает 50%. При сварке в атмосфере аргона коэффициент перехода титана из проволоки составляет 80-90%. При сварке в углекислом газе сталей, имеющих высокое содержание хрома и низкое содержание кремния, на поверхности шва образуется тугоплавкая трудноудаляемая оксидная плёнка. Её присутствие затрудняет проведение многослойной сварки.

При сварке сталей с малым содержанием углерода (ниже 0,07-0,08%) возможно науглероживание наплавленного металла. Переход углерода в сварочную ванну усиливается при наличии в электродной проволоке алюминия, титана, кремния. В случае сварки глубокоаустенитных сталей некоторое науглероживание металла сварочной ванны в сочетании с окислением кремния снижает вероятность образования горячих трещин. Однако науглероживание может изменить свойства металла шва и, в частности, снизить коррозийные свойства. Кроме того наблюдается повышенное разбрызгивание электродного металла. Наличие брызг на поверхности металла снижает коррозийную стойкость.

Технологии сварки нержавеющих высоколегированных сталей постоянно совершенствуются. На данном этапе при строгом соблюдении технологического процесса качество сварного шва нержавейки практически не уступает по своим свойствам металлу соединяемых деталей и гарантирует высочайшую надежность сварного соединения.

Посмотреть специальные предложения на продажу стали 12Х18Н10Т.

Сварка нержавейки, электроды

Сварка высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах осуществляется двумя видами электродов: электродами для сварки коррозионно-стойких материалов и электродами для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов.

Согласно действующей классификации к высоколегированным сталям относят сплавы, содержание железа в которых более 45%, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10%, считая по верхнему пределу при концентрации одного из элементов не менее 8% по нижнему пределу. К сплавам на никелевой основе относят сплавы с содержанием не менее 55% никеля. Промежуточное положение занимают сплавы на железоникелевой основе.

В соответствии с ГОСТ 10052-75 электроды для сварки высоколегированных коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов по химическому составу наплавленного металла и механическим свойствам металла шва и наплавленного металла классифицированы на 49 типов (например, электроды типа Э-07Х20Н9, Э-10Х20Н70Г2М2Б2В, Э-28Х24Н16Г6). Наплавленный металл значительной части электродов, регламентируется техническими условиями предприятий — изготовителей.

Химический состав и структура наплавленного металла электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов отличаются — и иногда весьма существенно — от состава и структуры свариваемых материалов. Основными показателями, решающими вопрос выбора таких электродов, является обеспечение: основных эксплуатационных характеристик сварных соединений (механических свойств, коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности), стойкости металла шва против образования трещин, требуемого комплекса сварочно-технологических свойств.

Электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов имеют покрытия основного, рутилового и рутилово-основного видов. Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления скорость плавления, а следовательно и коэффициент наплавки электродов со стержнями из высоколегированных сталей и сплавов существенно выше, чем у электродов для сварки углеродистых, низколегированных и легированных сталей.

Вместе с тем повышенное электросопротивление металла электродного стержня обуславливает необходимость применения при сварке пониженных значений тока и уменьшения длины самих стержней (электродов). В противном случае из-за чрезмерного нагрева стержня возможен перегрев покрытия и изменение характера его плавления, вплоть до отваливания отдельных кусков.

Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности.

Электроды для сварки коррозионно-стойких сталей и сплавов

Электроды этой группы обеспечивают получение сварных соединений, обладающих требуемой стойкостью против коррозии в атмосферной, кислотной, щелочной и других агрессивных средах.

Некоторые марки электродов данной группы имеют более широкую область применения и их можно использовать не только для получения соединений с требуемыми коррозионной стойкостью, но и в качестве электродов, обеспечивающих высокую жаростойкость и жаропрочность металла шва.

Электроды для сварки жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов

Электроды этой группы обеспечивают получение сварных соединений с требуемой жаростойкостью и/или жаропрочностью. Жаростойкими сварными соединениями являются соединения, обладающие высокой стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550-6000С. Жаропрочными сварными соединениями являются соединения, работающие при этих температурах в нагруженном состоянии в течение определенного времени (жаропрочные соединения должны обладать при этом достаточной жаростойкостью).

Некоторые марки электродов, предназначенные для сварки жаростойких и/или жаропрочных материалов, используются для сварки коррозионно-стойких и разнородных сталей и сплавов.

Варианты сварки нержавеющей стали, госты, методы

Типы сварки нержавейки

ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе.
Настоящий стандарт устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых дуговой сваркой в защитном газе.

Так же следует отметить такие методы сварки как: точечная, роликовая, лазерная, высокочастотная, сварка сопротивления и другие.

Итак, следующий этап это обработка сварных швов. Поверхность сварного соединения нержавеющей стали образует пористый оксидный слой, который в своем составе содержит хром. Этот слой способствует значительному ослаблению стойкости к воздействию коррозии. Поверхность оксидного слоя возникает из стали, после чего под оксидным слоем образуется т.н. с низким содержанием хрома. Когда есть необходимость увеличить стойкость сварного соединения к коррозии, то оксидный слой и слой с низким содержанием хрома необходимо удалить. Этот процесс осуществляется с помощью термообработки, в данном случае термообработка способна выполнять растворение внутри стальной конструкции, благодаря этому процессу сглаживаются все возможные отличия присадочных материалов. Необходимо знать то, что разрешается использовать только те принадлежности, которые предназначены для обработки нержавейки, это могут быть: ленты и круги для шлифовки, щетки для обработки нержавеющего проката, дроби из нержавеющей стали.

Обработка сварных швов

Эффективным методом обработки сварных швов является травление. Если правильно выполнить метод травления, то это позволит качественно устранить оксидный слой и зону с низким содержанием хрома. Обработка по этому методу выполнения путем покрытия, погружения или наружного нанесения пасты, все зависит от условий. В основном, при травлении используют смешанные кислоты (азотная кислота/плавиковая кислота) в пропорциях 8 – 20% азотной кислоты и 0,5 – 5% плавиковой кислоты, с добавлением H2O (вода). Время травления зависит не только от концентрации кислот, но и от температуры, сорта проката и толщины окалины (кислотоупорный прокат по сравнению с нержавеющим прокатом требует продолжительной обработки). После метода травления конструкция становится стойкой к воздействию коррозии.

Мы ознакомились с основными методами сварки нержавейки и теперь можно смело поговорить о специальных требованиях по сварке при изготовлении нержавейки. При подготовке вышеперечисленных сплавов и сталей, нужно учитывать специальные требования и основные особенности:

Сварные конструкции МКК и основного металла в зоне около шва, могут подвергшейся сварке до температуры 450 – 650 градусов;
Если образуются кристаллизационные трещины, то это является следствием образования аустенитной структуры металла шва;
Охрупчивание может происходить в температурных диапазонах от 350 – 550 градусов из-за высокого содержания феррита и в диапазонах 550 – 850 градусов, при возникновении стигматизации.
Например, охрупчивание сварных швов может возникнуть в процессе штамповки горячих днищ, в случае если сварка происходит с применением присадочных материалов, которые дают чрезмерное содержание феррита. Для того чтобы избежать охрупчивания сварочных соединений в процессе обработки, следует ограничить содержание феррита в пределах 8 – 10%.
Усиленное коробление сварных конструкций, несет за собой следствие низкой теплопроводности и коэффициент термического расширения, который больше в 1,5 раз в сравнении с углекислыми сталями;

Увеличение длины прихваток и уменьшение расстояния между ними в сравнении с соединениями низколегированных сталей, сварных соединений и из-за большого коэффициента линейного расширения;
Если в структуре металла шва есть наличие феррита, то при температуре ниже 100 градусов снижается его пластичность и охрупчивание;

Чтобы увеличить стойкость сварных соединений к воздействию коррозии необходимо:

Использовать стали и присадочные материалы, содержащие минимальное количество углерода;
Добавлять в легированную сталь другие вспомогательные элементы (титан, ниобий, никель);
Применять стабилизирующий отжиг от 870 до 900 градусов, выдерживать от двух до трех часов и охлаждать на воздухе.

Уменьшить перегрев нержавеющей стали и обеспечить оптимальные механические свойства для стойкости к внешним факторам можно благодаря сварке соединений на максимально высокой скорости. Каждый последующий проход сварки нужно выполнять после охлаждения и тщательной зачистки конструкции.

Повышение коррозийной стойкости сварных соединений

Если вы будите соблюдать следующие требования, то сможете обеспечить повышение коррозийной стойкости сварных соединений:

Все внешние швы заваривают в последнюю очередь, а в случаях двусторонней сварки выполняется третий облицовочный шов, который обращен к внешней среде. Если такая возможность отсутствует, то следует принимать все необходимые меры чтобы уменьшить нагрев металла первого слоя. Чтобы не допускать нагревания металла сварку следует вести на максимально высокой скорости с применением минимальных токов. Для того чтобы устранить горячие трещины при сварке, нужно применить присадочные материалы, которые образуют сварные швы, эти швы обладают аустенитно-ферритной структурой и содержат ферритную фазу более 2%.

Если необходимо предотвратить горячие трещины в соединениях толщиной 10 мм и более, то рекомендуется сделать следующее:

Метод ручной дуговой сварки выполнять при минимальной длине дуги;
Сварку под флюсом выполнять на низкой скорости с минимальными подходами;
Тщательно выполнить шлифовку или заправить все кратеры. Запрещается выводить все кратеры на основной металл. В том случае, если произошел обрыв дуги, то необходимо убедиться в отсутствии горячей трещины, если же обнаружили трещину, то кратер необходимо удалить механическим методом;
Сварку соединений большой толщины выполнять с помощью электродов, которые обеспечивают повышенную стойкость металла к горячим трещинам (но при этом слабую стойкость к коррозии)
К сварке стабильно аустенитных сталей допускаются только те сварщики, которые уже имеют опыт и навыки по борьбе с горячими трещинами.

Что нужно знать, чтобы уменьшить сварочные деформации:
Рекомендуется производить процесс сварки на скоростных режимах, с короткой дугой и с минимальными токами;
Для ручной сварки следует разделить швы на отдельные участки и выполнять сварки в последовательности, для того чтобы обеспечить минимальное коробление;
Чтобы избежать трещин в зоне термического влияния, необходимо обвить шлак при температуре 100 -150 градусов;
Метод ручной дуговой сварки нержавеющей стали выполняют на короткой дуге без использования поперечных колебаний электрода.

Оценка статьи:

Загрузка...