Легированные стали отличаются от углеродистых добавками элементов, которые меняют структуру металла при сварке. Основной задачей становится контроль остывания, предотвращение трещин и сохранение искомых свойств сплава.
Влияние легирующих элементов на поведение при сварке
Элементы вроде хрома, молибдена, никеля и ванадия увеличивают твердость отливки и скорость остывания. Это повышает риск образования мартенсита, который является источником холодных трещин. Хлор и азот в нечистотах ухудшают пластичность шва. Понимание состава помогает выбрать режим сварки и напорол.
Предварительный нагрев и межпроходной температурный режим
Предварительный нагрев (ПН) необходим для замедления скорости остывания шва и зоны влияния тепла. Для большинства легированных сталей ПН принимается в диапазоне 150–300 °C, но точный значение зависит от состава сплава, толщины детали и типа сварки. Слишком низкая температура приводит к резкому остыванию и формированию хрупких структур, слишком высокая — к перекосам и росту зерен. Межпроходной температурный режим также контролируется: он не должен падать ниже рекомендуемого минимума, иначе трещинность резко возрастает.
Выбор напорола и состав шва
Напорол часто выбирают с более низким содержанием легирующих элементов, чем базовый металл, чтобы снизить вероятность горячих трещин. При сварке аустенитных легированных сталей используют напороли с высоким никелем и хромом для сохранения коррозионной стойкости. При сварке мартенситных сталей — напороли с низким углеродом для снижения твердости сварного шва. Совместимость напорола с базовым металлом проверяется по критериям холодной трещинности и механическим свойствам после термической обработки.
Горячие и холодные трещины: причины и признаки
Горячие трещины возникают при температуре выше 10 000 °C, в основном в сталях с высоким содержанием серы и фосфора, а также при больших скоростях сварки. Они проявляются как трещины, идущие по шву или перпендикулярно ему, сразу после завершения сварки. Холодные трещины появляются через некоторое время, часто при наличии водорода и внутренних напряжений. Их признаки: трещины по зерну, локализация в зонах высокого напряжения, наличие масла, влаги или следов дегтя на поверхности металла.
Послесваровое тепловое лечение (ПСВЛ)
ПСВЛ применяется для снятия внутренних напряжений, снижения твердости и предотвращения холодных трещин. Тип и продолжительность зависят от группы стали, толщины и требований к свойствам. Для многих легированных сталей ПСВЛ проводится при 600–650 °C в течение 1 часа на 25 мм толщины. После охлаждения важно контролировать скорость, чтобы избежать повторного закаления. Если специфика производства не позволяет ПСВЛ, используют зачистку шва и механическую обработку поверхности.
Контроль качества и распространенные ошибки
Типичные ошибки при сварке легированных сталей: недостаточный предварительный нагрев, использование неподходящего напорола, загрязнение поверхности маслом или ржавчиной, игнорирование межпроходного температурного режима, отсутствие послесварой очистки. Контроль производится визуальным осмотром, магнитной пропиткой (для ферритов и аустенитов) или ультразвуковой проверкой (для толстых швов). При обнаружении трещин шварь принято отклонять на пересварку или механическую обработку, в зависимости от категории ответственности конструкции.
Краткий чек-лист перед началом сварки
- Убедитесь в чистоте металла и отсутствии загрязнений.
- Установите предварительный нагрев в соответствии с паспортом сплава.
- Подберите напорол с учетом состава базового металла и требований к шву.
- Контролируйте межпроходной температурный режим.
- Избегайте увлажнения напорола и напоролочного материала.
- После сварки при необходимости проведите послесваровое тепловое лечение.
- Обеспечьте визуальный илиInstrumentalный контроль шва.