5. Сварка жаростойких сталей

   1. Основные свойства и особенности сварки

Скорость окисления металла зависит в основном от трех факто­ров: состава среды, рабочей температуры изделия и защитных свойств окисной пленки, образующейся на металле (сплаве, сварном шве), кото­рые, в свою очередь, определяются его химическим составом.

Пористая или рыхлая окисная пленка защитными свойствами не обладает. Жаростойкость сплава и сварных соединений зависит также от их качества, состояния поверхности, структуры металла и т. д.

При контакте с кислородсодержащей средой происходит, в основ­ном, общая коррозия металла с образованием на поверхности слоя сложных окислов. При наличии в газовой атмосфере сернистых соеди­нений (БО₂, Н₂Б и др.), помимо общей газовой коррозии, возможно поражение аустенитных сталей, сплавов и сварных швов межкристаллит- ной газовой коррозией. Причиной этого рода коррозии является про­никновение в глубь металла по границам зерен легкоплавкой сульфид­ной эвтектики М-М₃Б₂.

Марганец (до 6-8 %) повышает стойкость швов против межкри- сталлитной газовой коррозии, вызванной наличием сернистых соедине­ний в рабочей атмосфере.

Жаростойкие аустенитные стали и сварные швы подвержены га­зовой коррозии в средах, соединениях У₂0₅и других, и науглерожива­нию в цементационных средах. Легирование сплава хромом в количест­ве 35-60 % предупреждает ванадиевую коррозию. Для предупреждения науглероживания сплавы легируют кремнием в пределах 2-3 %.

Во всех случаях независимо от агрессивной среды требуемая жа­ростойкость сварного соединения достигается максимальным прибли­жением композиции шва к композиции основного металла.

Высокая жаростойкость аустенитных сталей, сплавов и сварных швов определяется их композицией и, прежде всего, положительным действием хрома, кремния, алюминия. Важную роль играет никель. Увеличение количества этих элементов в металле шва улучшает защит­ные свойства окисной пленки, благодаря повышению в ней содержания шпинелей N10 (Сг, Fe)₂О₃, FeO А1₂О₃и плотного окисла БЮ₂.

Из элементов, применяемых для легирования шва при сварке ау- стенитных сталей, ванадий и бор вызывают падение жаростойкости. Другие элементы - вольфрам, марганец, а также молибден при относи­тельно небольших его количествах (2-3 %) мало влияют на жаростой­кость аустенитных швов. Большинство жаростойких сталей и сплавов имеют стабильноаустенитную структуру и в процессе нагрева (охлаж­дения), а также при сварке фазовых превращений не претерпевают, кроме дисперсионного твердения, связанного с образованием карбидов Сг, Fe, Т1, N и интерметаллидов типа М₃(А1, Т1).

Наибольшую пластичность жаростойкие аустенитные стали, сплавы и сварные швы приобретают после аустенизации при высоких температурах (1100-1200 °С). При длительной эксплуатации в интерва­ле температур 600-800 °С пластичность их заметно снижается вследст­вие старения.

Жаростойкие аустенитные стали и сплавы относятся к трудносва- риваемым вследствие повышенной склонности швов и околошовной зо­ны к горячим трещинам. Исключение составляют двухфазные аусте- нитно-ферритные стали типа Х25Н13.

При сварке изделий повышенной жесткости, особенно из литых сталей и сплавов, например 4Х18Н25С2, легированных большими ко­личествами кремния, углерода, алюминия, хрома, возможно образова­ние холодных трещин. Предупреждение образования холодных трещин в шве и околошовной зоне достигается путем подогрева свариваемых кромок до 200-250 °С. Чем больше жесткость изделия и ниже пластич­ность свариваемого сплава и металла шва, тем выше должен быть по­догрев.

Значительно сложнее задача предотвращения образования горя­чих трещин в шве и околошовной зоне. Высокая прочность и жаростой­кость большинства жаростойких аустенитных сталей и сплавов достига­ется легированием их кремнием, алюминием, углеродом, ниобием, ти­таном, которые в определенных концентрациях являются возбудителя­ми горячих трещин в аустенитных швах. Поэтому для предупреждения образования горячих трещин в швах сварщики вынуждены прибегать к изменению композиции металла шва часто даже в ущерб его жаростой­кости и другим характеристикам.

Сварные соединения из жаростойких аустенитных сталей и спла­вов желательно подвергать аустенизации при температуре 1100-1200 °С или высокотемпературному отжигу при температуре 900-950 °С для снятия сварочных напряжений.

Дуговая сварка жаростойких аустенитных сталей и сплавов про­изводится на постоянном токе обратной полярности, сварка неплавя- щимся вольфрамовым электродом в аргоне, гелии - на токе прямой по­лярности, электрошлаковая сварка - на переменном токе. Остальные требования в части оборудования, источников питания, режимов и тех­ники сварки при сварке жаростойких аустенитных сталей и сплавов та­кие же, как и при сварке жаропрочных аустенитных сталей.