Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса

Специфика и основные нюансы технологии сваривания для нержавеющей стали аустенитного класса

Сталь аустенитного типа получила широкое распространение в энергетическом, химическом и машиностроительном производствах, благодаря своим химико-физическим показателям.

Аустенитные стали: состав и свойства

Аустенитная сталь – это металл, в который были добавлены хром и никель в процентном соотношении 18% и 10% соответственно. Из-за этого они еще известны под цифровой аббревиатурой 18-10.

Главное преимущество этого класса стали – коррозионностойкость, благодаря добавлению хрома. Наличие добавки хрома в количестве 18% делает сталь устойчивой ко многим окислительным средам (например, в азотной кислоте).

Добавление в сталь никеля в количестве 9-12% превращает материал в аустенитный класс. Этот процесс увеличивает практичность применения стали, а именно повышает пластичность и снижает вероятность к появлению зерна.

  • жаростойкость;
  • жаропрочность;
  • криогенность;
  • коррозионностойкость.

Вместо хрома и никеля в составе аустенитной стали могут быть другие добавки: ферритизаторы и аустенизаторы.

Сложности и их устранение при сварке аустенитной стали

Помимо преимущественных характеристик, данная сталь имеет определенные особенности, что влияет на сложность сварного процесса. В первую очередь, из-за того, что у аустенитной стали есть предрасположенность к формированию микроскопичных надрывов и трещин горячего типа. Локализация этих дефектов происходит в основном шве и околошовной зоне. Таким процессам способствует форма кристаллизации этого металла (ячеисто-дендритная).

Методики, устраняющие кристаллизацию аустенитной стали:

  1. Снижение уровня проплавления металла с помощью материалов для сварки из электрошлакового переплава или вакуумной выплавки.
  2. Увеличение легирующих добавок, таких, как бор, что дает возможность создать эвтектику.
  3. Модификация кристаллизационной схемы сварных швов. Этот способ считается универсальным, т. к. он увеличивает степень растворимости легирующих добавок в первичном железе. Таким образом, существенно снижается вероятность возникновения горячих трещин.

Сварные соединения аустенитных сталей эксплуатируются при высоких температурах, поэтому они должны не изменять своих характеристик (жаростойкость). Выполнить это сложно в силу того, что в охлажденном сварочном шве происходит закрепление неравновесных структур. Это уменьшает пластические способности сварного соединения уже при температуре +350 о С. Также в сталях этого класса нередко возникают трещины в зоне вокруг шва.

Данные проблемы способна решить наплавка дополнительного металлического слоя двухфазной структуры, по составу непохожая на основной металл.

Длительная эксплуатация приводит к возникновению трещин и поврежденных участков – от этого избавляются аустенизацией при температуре +1100 о С и последующим самонаклёпом или стабилизирующим отжигом.

Технологии сварки

Для минимизации возникновения дефектов в дальнейшем процессе эксплуатации хромоникелевых сталей необходимо правильно подобрать оптимальный способ сваривания аустенитной стали.

Основные способы сварки аустенитной стали:

  • ручная дуговая;
  • электрошлаковая;
  • в атмосфере защитных газов.

Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка представляет собой достаточно маневренный способ. Это сваривание происходит таким образом, чтобы химический состав оставался неизменным при разных пространственных положениях и возможных позициях соединений.

Важно рассчитать размер наплавленного металла и степень проплавления основного металлического слоя. Выполнить эти условия возможно, изменяя состав покрытия используемых электродов. Покрытие подбирают для того, чтобы в итоге в сварочном шве не было горячих трещин и присутствовал в необходимом количестве первичный феррит. Для этого часто используют электроды с содержанием фтора и кальция.

Оптимальные рекомендации для ручной дуговой сварки:

  • ниточные швы с помощью электродов сечением 3 миллиметра;
  • 60-90 минут прокаливать сварочные электроды при температуре от 250 о С до 400 о С (выполнить это необходимо перед началом сварки). Это препятствует возникновению пор в соединительном шве.

Подходящие электроды используют на постоянном токе и обязательно с обратной полярностью. На максимальном токе сварка выполняется в положении снизу. А если работа необходима в вертикальном или потолочном расположении, нужно брать силу тока на 10-30% меньше.

Электрошлаковая сварка

Технология выполнения работы электрошлаковой сваркой сама по себе минимизирует возможность образования горячих трещин.

Преимущества данной техники сварки:

  1. Отсутствие существенных деформаций в угловой и стыковой областях.
  2. Неспешная скорость движения нагревательного оборудования.
  3. Мягкая кристаллизация сварочной ванны.

Схема электрошлаковой сварки

Для данного типа сварки используют электроды в форме пластин с толщиной от 6 до 20 мм или проволоку с толщиной 3 мм.

Сварка в атмосфере защитных газов

Сварка в атмосфере защитных газов позволяет выполнять работы на изделиях разнообразной толщины. В этой технологии положительно работают активные и инертные газы. Сварщик за счет разнообразия защитных газов самостоятельно выбирает условия ввода в металл необходимого количества тепла и может менять эффективность электродуги.

Данный способ сваривания можно осуществлять в любом положении. Благодаря этому преимуществу такую сварку часто используют вместо дугового процесса, особенно если защитная среда создается с помощью аргона или гелия.

Для этого типа работы характерно использование вольфрамовых или плавящихся электродов. Они отлично подходят для изделий в 5-7 мм.

Сварка выполняется импульсной или горящей дугой. Оптимальнее использование первого вида, т. к. при импульсной работе снижается искажение конфигурации кромок, а также уменьшается длина околошовной зоны.

Вольфрамовые электроды можно использовать как с присадочным материалом, так и без него. Это зависит от толщины соединяемого места и конструкции детали.

Работа происходит на постоянном токе с прямой полярностью (в ручном или автоматическом режиме). Но следует помнить, что автоматическое сваривание нержавеющих сталей с высоким объемом алюминия выполняют, используя только переменный ток.

Для активных газов и смеси из газов применяются плавящиеся электроды. Стержни такого типа способствуют высокому качеству работы при использовании их в импульсно-дуговой сварке. Данная техника выполняется в смеси кислорода, углекислого газа и аргона, а также в чистом виде аргона.

Сварка аустенитных сталей. Свариваемость аустенитных сталей

Сварка аустенитных сталей очень сильно отличается от сварки ферритных сталей, имеющих более низкое содержание Cr и от сварки мартенситных сталей, хотя все они относятся к классу высоколегированных сталей. Свариваемость аустенитных сталей очень хорошая, предварительного подогрева и последующей термообработки не требуется. Как правило, они не склонны к образованию холодных трещин и горячих трещин при сварке, но это свойство касается самих сталей и не распространяется на сварные швы.

Аустенитные стали содержат в своём составе 17% Cr и больше. У таких сталей гораздо выше удлинение, вязкость и параметры перехода в хрупкое состояние. В отожжённом состоянии у них высокий показатель текучести и, при необходимости, эти стали можно упрочнять с деформацией, не опасаясь охрупчивания.

Основные марки и химический состав аустенитных сталей для сварки

К основным маркам свариваемых аустенитных сталей, согласно российским стандартам, относятся: 12Х17, 15Х6СЮ, 10Х13СЮ, 15Х11МФ, 15Х25Т, 08Х18Н10, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 12Х21Н5Т, 20Х25Н20С2, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т, 10Х17Н13М2Т, 17Х18М9, 12Х21Н5Т, 12Х17Г9АН4. Кроме вышеперечисленных марок, существуют ещё аустенитные стали и сплавы, но их сварка затрудняется, из-за их специальных свойств.

Влияние химического состава на свариваемость аустенитных сталей

Основной тип аустенитных хромоникелевых сталей — это Х18Н10. Структура подобных сталей аустенитная, с некоторым включением дельта-феррита (около 2-7%). При содержании никеля, в количестве около 8%, аустенит частично преобразовывается в мартенсит при комнатной температуре, если сталь подвергают пластической деформации.

Жаропрочные аустенитные стали содержат в своём составе до 25% хрома, а содержание никеля может достигать 38%. Жаропрочность стали увеличивают, легируя сталь кремнием (около 1%), или алюминия.

Структуру металла сварных швов в аустенитных сталях представлена на диаграмме Шеффлера. На диаграмме видна зависимость структуры металла от эквивалентов хрома и никеля. Но, кроме элементов, указанных в диаграмме, в выражение для расчёта эквивалента никеля можно процентное содержание меди с коэффициентов 0,6 и азота с коэффициентом 10-30. А в формулу для расчёта эквивалента хрома коэффициент процентного содержания вольфрама — 0,5 и титана — 2-5.

Диаграмма Шеффлера прменяют, обычно, для условий ручной дуговой сварки. При использовании других видов сварки структура металла сварных швов может отличаться от той, которая показана на диаграмме.

Основной задачей для обеспечения качества сварки является предотвращение образования холодных и горячих трещин. Опытным путём было установлено, что склонность металла сварного шва зависит от содержания феррита в стали. При содержании феррита в пределах 2-6% риск развития трещин существенно снижается.

Исследователь Делонг усовершенствовал диаграмму Шеффлера. Но содержание ферритной составляющей существенно изменяется при учёте процентного содержания азота с коэффициентом 30. Это необходимо учитывать для всех видов сварки металлов (сварка в защитных газах, сварка плавящимся электродом и неплавящимся). Поэтому, диаграмау Делонга также нельзя считать абсолютной.

Для оценки примерного содержания феррита Сефериан вывел следующее выражение: х=3*(Cr экв — 0,93Ni экв — 6,7), %

Присутствие нужного количества феррита (2-6%) позволяет решить вопрос отсутствия трещин при сварке аустенитных сталей. Но, вместе с тем, феррит понижает удлинение металла шва, снижает вязкость, повышает температуру перехода и отрицательно действует на коррозионную стойкость.

В наплавленном металле, кроме микротрещин могут образовываться и другие виды дефектов сварных швов. И связаны они с тем, что сульфиды и окислы, имеющиеся в составе стали, не могут всплыть на поверхность жидкой сварочной ванны из-за её высокой вязкости. Поэтому, для снижения вязкости расплавленного металла рекомендуется легировать сталь кремнием в количество 0,3-0,7%.

Но, если содержание кремния будет выше указанного предела, то риск возникновения трещин опять возрастает. Аналогичным образов влияет и марганец, хотя и в гораздо меньшем масштабе. Кроме всего вышеперечисленного, аустенитные хромоникелевые стали, с повышенным содержанием углерода, при сварке, склонны к отпускным трещинам.

Структурные изменения в металле при сварке аустенитных хромистых сталей

При сварке аустенитных сталей в зоне нагрева происходит рост зёрен. И происходит он более плавно, по сравнению с нелегированными конструкционными сталями. Но, если присутствует препятствие для этого в виде карбидной фазы, то рост зёрен в зоне термического влияния не происходит.

Читайте также  Технология изготовления квадратной трубы

В зоне перегрева, помимо роста зёрен, растворяется карбидная фаза, в большинстве своём, это карбид Cr 23 C 6 . Кроме карбидов хрома образуются также карбиды других, стабилизирующих металлов — титана, ниобия и ванадия. Кроме карбидов Cr 23 C 6 появляются нитриды хрома Cr 2 N и карбиды Cr 7 C 3 . Растворение части карбидов приводит к тому, что по границам зёрен формируются тонкие плёнки этих карбидов. Из-за этого сталь сильно подвержена межкристаллитной коррозии.

Этих превращений можно избежать при стабилизации стали. Но в случае применения таких видов сварки, как электрошлаковая сварки, или же сварка под флюсом (высокопроизводительная), даже стабилизация не решает проблему межкристаллитной коррозии.

Повысить прочность металла сварных швов можно с помощью добавления небольшого количества азота.

Подогрев и термообработка при сварке аустенитной стали

При сварке аустенитных сталей, предварительный подогрев, с точки зрения структурных превращений, применять не обязательно. Но, в некоторых случаях, применяют подогрев до температуры 200°С с целью уменьшить внутренние напряжения.

Величина остаточных напряжений у таких сталей достаточно большая, из-за этого возникает риск коррозионного разрушения стали. Для того, чтобы этого избежать, выполняют термообработку сварных соединений.

В случае, если необходимо только уменьшить величину внутренних напряжений, то выбирают температуру отпуска 800-850°C. Если сварные соединения контактируют со средой, которая способствует формированию межкристаллитной коррозии, то уместным будет выполнение отжига при температуре 950-1050°C. Отжиг способствует растворению карбидных плёнок.

При выполнении термообработки нужно учитывать, что стали типа Х18Н8, Х18Н8М2, Х18Н8Т, Х18Н9Б, Х25Н12, Х25Н20 имеют склонность к формированию отпускных трещин.

Газовая сварка аустенитных сталей

При газовой сварке аустенитных сталей рекомендуется выбирать ацетиленокислородное сварочное пламя мощностью 70-75 л/ч из расчёта на 1мм свариваемой толщины. Не рекомендуется применять окислительный вид сварочного пламени, т.к. при его применении сильно выгорает хром. Сварочная проволока для газовой сварки аустенитных сталей рекомендуется следующих марок: Св-02Х19Н9Т, Св-08Х19Н10Б. Также применяют другие марки проволоки с низким содержанием углерода, легированные титаном или ниобием. При сварке тонкого металла (1-6мм), диаметр проволоки выбирают равным диаметру основного металла.

Часто применяют флюсы для газовой сварки, например, флюс марки НЖ-8. Компоненты флюса замешаны на жидком стекле и наносятся на сварные кромки изделия. Процесс сварки выполняют после полного высыхания флюса.

Сварку аустенитных сталей можно выполнять любыми способами сварки, без ограничения. Состав присадочных материалов обычно выбирают аналогичным составу свариваемых сталей. Если требования к показателям коррозионной стойкости высокие, то уместным будет применение присадочного материала, не содержащего ферритной основы.

Сварка аустенитных сталей

Особенности сварки высоколегированных типов сталей, зависит прежде всего от количественного содержания в сплаве Cr. Один из типов таких легированных сталей – аустенитные стали, имеют составляющую Cr, начиная от 17%, что делает эти марки сталей очень удобными для проведения сварочных работ. Тем более что такие специфические качественные показатели, как удлинение, коэффициент вязкости и показатели при которых сталь теряет свои качества и начинает становиться хрупкой намного выше, чем у других представителей класса высоколегированных сталей – ферритных и мартенситных видов.

Рассматривая процесс сварки в аустенитных сплавах, нужно отметить, что в практическом рассмотрении они более приспособлены к сварочным работам поскольку не требуют дополнительной подготовки и обработки, а кроме этого сварочный шов в таких видах сталей не имеет тенденции к образованию трещин ни в процессе сварочных работ (горячих трещин) ни в обычном состоянии (холодных трещин).

Сортамент марок сталей аустенитного класса и их состав

Основной список марок сталей аустенитного класса поддающихся свариванию содержит стали марки серии 12Х…, 15Х…, но чаще всего используемая марка аустенитной стали с включением хромоникелевого компонента – Х18Н10.

Характеристики этого вида сталей зависят от многих факторов, каждый из которых по-своему влияет на качества сварочного шва и свойства стали в целом. 8% содержания никеля при пластической деформации стали преобразовывается в мартенсит уже при обычной комнатной температуре +21+23 градуса. Жаропрочность таких сталей достигается достижением около 25% хрома в составе сплава, при этом никельсодержащая часть может достигнуть и 38% от общей массы. При проведении сварочных работ необходимо понимать, что легирование этого сорта сталей производится внесением с компонент кремния или алюминия в доле около 1% массы.

Характеристики сварных швов в зависимости от содержания хрома и никеля определяются чаще всего по диаграмме Шеффлера. Это универсальная диаграмма для расчета сварных швов электродуговой сваркой. Особенностью работы с графиком является возможность применения, кроме имеющихся коэффициентов дополнительных методов, например, использование в качестве расчетного эквивалента показателя содержания меди (коэф. 0,6) или азота применимого в пределах коэффициента 10-30 единиц. Дополнительно можно использовать и другие коэффициенты, например, вольфрама – 0,5 или титана 2-5.

Использование в расчетах диаграмма Шеффлера применимо в основном к ручной дуговой сварке, поскольку изменения структуры сварного шва при других методах соединения, например, с использование газосварочного метода или пайки в диаграмме попросту не отображается.

Однако дуговая сварка аустенитных сталей характеризуемая качеством сварного шва и образования разрывов в виде трещин, как горячего, так и холодного периодов во многом соответствует данному графику и зависит от доли содержания феррита. Повышение, ферритной составляющей в сварном шве от 2 до 6 %, обеспечивает существенное снижение вероятности образования трещин в швах. Такие положительные качества присутствия феррита, с одной стороны, имеют и весьма негативные последствия – снижения вязкости металла соединения, увеличивает температуру и снижает коррозийную стойкость к основным факторам воздействия.

Особенностью наплавленного шва, когда в процессе сварки вязкость сварочной ванны будет особенно высокой, может проходить образование микротрещин, разрывов, отслоений и других видов дефектов сварочного шва. Возможность устранения этих дефектов возможна применения легирования кремнием, с содержанием 0,3-0,7%. Данный интервал позволяет избежать растрескивания шва, но необходимость четко придерживаться данного коридора значений вызвана тем, что при превышении этого значения происходит резкое увеличение процессов образования трещин.

По аналогии с кремнием, также влияет на сварочный шов и марганец, правда нужно отметить, что появление трещин оказывается намного меньше. Одной из особенностей аустенитных сталей хромоникелевого состава выступает специфические деформации сварного шва при остывании – отпускные трещины возникают при остывании места соединения в связи с высоким содержанием углерода в стали.

Особенности изменения структуры металла в процессе сварки аустенитных сталей

Особенностью дуговой сварки аустенитных сталей с содержанием хрома выступает увеличение объема зерен. Этот процесс протекает равномерно постепенно увеличивающиеся зерна в отличие от нелегированных марок конструкционных сталей. Естественным препятствием этого процесса выступает карбидная фаза сварки, во время которой рост зерен не проходит.

Карбидная фаза, растворение которой происходит в зоне перегрева, образует карбиды двух видов – карбид хрома Cr23C6 и карбид титана, образование других видов карбидов, например, ниобия и ванадия проходит несколько в меньшей степени. Кроме карбидов в зоне появляются и нитриды Cr2N. В химическом плане, растворение небольшого количества этих соединений выливается в образовании пленки из растворенных карбидов по границе зерен. Впоследствии эти процессы выступают как места образования очагов внутренней межкристаллитной коррозии.

Решить проблему коррозии можно путем стабилизации стали, но даже в случае применения отдельных видов сварки, таких, как сварка под флюсом или электрошлаковая сварка стабилизация стали не спасет от проявления коррозии. Единственным способом повысить прочность сварного шва при дуговой сварке аустенитных сталей выступает применения азота при сварке.

Способы термообработки свариваемых аустенитных сталей

Чаще всего для снятия внутренних напряжений перед сваркой применяется в качестве одного из методов обработки прогрев стали до 200°С. Прогретая сталь, при остывании сварного шва позволяет снять напряжения, но окончательно решить проблему коррозии не вследствие напряжений в месте сварки не удается.

Для решения проблемы коррозионных проявлений вследствие внутренних напряжений применим метод отпуска. Оптимальная температура для этого составляет около 800-850 °C. Для конструкций, применяемых в агрессивных средах, такая температура может быть увеличена до 950-1050°C. Такое повышение температуры способствует скорейшему разрушению карбидной пленки.

А вот относительно сталей типа Х18Н8 – Х25Н20 характерно при отпускании образование трещин.

Сварка газом аустенитных сталей

Структура стали с содержание хрома очень чувствительна к применению газосварочных технологий, ацетилено-кислородный метод для этого вида сталей наиболее приемлемый, поскольку в отличие от окислительного вида пламени он не сжигает хром. В качестве сварочной проволоки рекомендованы марки с пониженным содержание углерода и легированных ниобием или титаном. При работах с листовым материалом диаметр сварочной проволоки подбирается равным толщине основного материала.

Применение флюсов при газосварочных работах осуществляется с помощью обработки раствора флюса с жидким стеклом на кромки свариваемых поверхностей. Начало работ проводится после высыхания флюса

Дуговая сварка аустенитных сталей

Учитывая то, что сами по себе легированные стали обладают отличными конструктивными свойствами и легко поддаются сварочным работам, аустенитные стали не являются в этом перечне исключением. Единственным моментом, требующим основательной проработки, выступает необходимость использования наиболее подходящего расходного материала.

Одним из важнейших условий сварки с помощью ручной электродуговой сварки выступает отсутствие в сварочных электродах ферритной составляющей. Для сварки аустенитных сталей чаще применяю аустенитные электроды УОНИ-13/НЖ, использующие в качестве покрытия состав ЦЛ-2 или ЦЛ-4.

Применение аргонодуговой сварки для соединения тонких листовых материалов стали 12Х18Н9Т дает хорошие результаты с применением флюса. Вместе с тем, необходимо контролировать процесс сварки, поскольку может сложиться ситуация, когда будет резко возрастать количество углерода в сварном шве, что резко скажется на стойкости металла.

Читайте также  Технология прокладки трубопроводов из полипропиленовых труб

Практически для всего сортамента аустенитных сталей чаще всего применяются аустенитные электроды УОНИ-13/НЖ, это практически универсальные для этого вида сталей электрод. Расчет силы тока проводится из пропорции 30-35 Ампер на 1 мм диаметра электрода. Полярность при сварке выбирается обратная, а шов накладывается небольшими участками.

Особенности сварки труб из аустенитных сталей

13.1. Требования раздела 13 распространяются на ручную дуговую, ручную и автоматическую аргонодуговую и комбинированную сварку стыков пароперегревательных и других труб малого диаметра (менее 100 мм) со стенкой толщиной до 10 мм из аустенитных сталей марок 12Х18Н12Т, 12Х18Н10Т, 10Х13Г12БС2Н2Д2 (ДИ 59)*(10).

Для стыков труб с толщиной стенки до 5 мм предпочтительнее ручная аргонодуговая сварка, с большей толщиной — комбинированная или ручная дуговая электродом диаметром 2,5-3,0 мм.

Аргонодуговую сварку корневой части шва следует производить с поддувом аргона внутрь трубы или с использованием флюс-пасты в соответствии с требованиями п.9.1.12.

13.2. Сварка стыков труб из аустенитных сталей должна производиться с минимальным тепловложением. С этой целью следует:

ручную дуговую сварку выполнять электродами диаметром не более 3 мм, при этом сила тока должна быть для электродов диаметром 2,5 мм 60-75 А, диаметром 3 мм — 80-90 А;

ручную аргонодуговую сварку выполнять вольфрамовым электродом диаметром 2-3 мм при токе 70-100 А;

ручную дуговую сварку вести почти без поперечных колебаний электрода узкими валиками шириной не более трех диаметров электрода; при диаметре электрода 2,5 мм высота валика должна быть 2,5-4 мм, при диаметре электрода 3 мм высота валика — 3-5 мм;

при ручной аргонодуговой сварке валики накладывать шириной не более 6 мм, а высотой не более 3 мм;

при выполнении многопроходных швов наложение каждого последующего валика производить только после остывания металла шва и околошовной зоны (по 20-25 мм в каждую сторону от кромки разделки) до температуры ниже 100°С.

13.3. Приварка к трубам из аустенитных сталей сборочных приспособлений и других временных вспомогательных деталей, в том числе сварочного провода, не допускается (исключение составляет случай, оговоренный в п.6.2.3).

Вторичный провод к трубе следует присоединять с помощью хомута или струбцины.

13.4. Во избежание образования мелких поверхностных трещин нельзя допускать попадания на поверхность труб из аустенитных сталей брызг расплавленного металла или шлака. С этой целью поверхности свариваемых труб необходимо на длине не менее 100 мм от свариваемого стыка покрывать асбестовой тканью или асбестовым картоном либо наносить слой эмульсии КБЖ*(11), или смеси каолина (мела) с жидким стеклом, либо препарата «Дуга-1».

13.5. Конструкция сварного соединения должна соответствовать типу Тр-1 или Тр-2 (см. табл.6.2).

13.6. Оборудование поста ручной аргонодуговой сварки должно отвечать требованиям, изложенным в п.8.1.2, поста автоматической аргонодуговой сварки — в пп.9.1.2-9.1.4.

13.7. Марка электродов для ручной сварки и марка присадочной проволоки для ручной и автоматической аргонодуговой сварки подбираются в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл.4.1 и 4.4. Диаметр проволоки для ручной аргонодуговой сварки должен быть 1,6-2 мм.

13.8. При сборке стыков труб необходимо выполнять требования подраздела 6.2.

13.9. Собранный в приспособлении стык должен быть прихвачен в одном или двух местах с соблюдением требований, изложенных в подразделе 6.3. Если вертикальный стык прихватывается в одном месте, то прихватка располагается в верхней его части, если в двух, то на вертикальных его участках в диаметрально противоположных точках; на горизонтальном стыке прихватки могут располагаться в любом месте, но в диаметрально противоположных точках окружности стыка.

Для наложения прихваточных швов ручным дуговым способом должны использоваться электроды той же марки, какие будут применены для сварки стыка. Прихватку аргонодуговым способом следует выполнять без присадочной проволоки; присадочная проволока применяется только в случае, если зазор в стыке превышает 0,5 мм.

13.10. При закреплении стыка одной прихваткой необходимо сразу после прихватки заварить корневой слой по всему периметру, начиная сварку со стороны, противоположной прихватке.

13.11. Ручная аргонодуговая сварка корневого слоя может выполняться с присадочной проволокой или без нее. При зазоре в стыке более 0,5 мм необходимо применять присадочную проволоку диаметром 1,6-2 мм.

13.12. Последовательность наложения слоев и валиков и их расположение в сечении шва должно быть таким же, как при сварке труб аналогичных размеров из углеродистой и низколегированной стали (см. подразделы 7.2 и 8.1).

Электросварщик оборудования АЭС — Технология сварки трубопроводов из коррозионно-стойких аустенитных сталей

Содержание материала

Сварка стыков трубопроводов из коррозионно-стойких аустенитных сталей выполняется аргонодуговым либо комбинированным методом. Сварка только штучными электродами применяется тогда, когда имеется возможность выполнения подварки корня шва изнутри трубы, например при сварке труб большого диаметра.
Аргонодуговым методом целесообразно сваривать трубы с толщиной стенки до 6—8 мм; при большей толщине стенки экономически целесообразнее применение комбинированного способа сварки.
Для защиты корневого шва от окисления воздухом с внутренней стороны аргонодуговую сварку первых двух корневых слоев производят с заполнением трубы аргоном. Кроме защиты шва от окисления, применение поддува также способствует лучшему формированию обратного валика.

Рис. 4-9. Приспособление для защиты обратной стороны шва аргоном.
1 — заглушки из резины; 2 — свариваемые трубы, 3 — резиновый рукав, 4 и 5 — тросик.

Для уменьшения расхода аргона при поддуве объем, заполняемый аргоном, ограничивают специальными заглушками, устанавливаемыми при сборке труб на расстоянии 100—200 мм от стыка по обе стороны
(рис. 4-9). Подачу аргона начинают с таким расчетом, чтобы до сварки через образованную заглушками камеру был пропущен объем аргона, равный 4—5-кратному объему камеры.

Таблица 4-2
Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки неповоротных стыков труб из сталей аустенитного класса

Диаметр вольфрамового электрода, мм

Диаметр присадочной проволоки, мм

Сварочный ток, А

Расход аргона, л/мин

Рекомендуемое число проходов

При сварке коррозионно-стойких сталей применяются сварочные материалы, приведенные в табл. 2-1. Наибольшее применение находят сварочная проволока диаметром 1,6—2,0 мм, вольфрамовые электроды диаметром 2,0; 2,5; 3,0 и штучные покрытые электроды диаметром 3 и 4 мм.
Ориентировочные режимы аргонодуговой и электродуговой сварки стыков труб из аустенитных сталей указаны в табл. 4-2 и 4-3.
Таблица 4-3 Ориентировочные режимы тока при электродуговой сварке покрытыми электродами неповоротных стыков труб из аустенитных сталей.

При сварке штучными электродами околошовная зона на ширине не менее 100 мм должна быть покрыта раствором каолина в воде или асбестовой тканью для защиты труб от брызг расплавленного металла.

Рис. 4-10. Схема сварки вертикального стыка труб диаметром более 100 мм из коррозионностойкой стали.
1-8 — последовательность наложения швов.

Сварку стыков труб из аустенитных сталей следует выполнять узкими валиками. При сварке штучными электродами ширина валика должна быть не более трех диаметров электрода, при аргонодуговой — ширина сварочной ванны не должна превышать величины внутреннего диаметра сопла горелки.
Для уменьшения деформаций в месте стыка неповоротные стыки труб диаметром до 100 мм сваривают участками по 1/2 окружности. Сварку стыков труб большего диаметра выполняют вразброс участками по I /4 окружности (рис. 4-10).
При сварке стыков труб после выполнения каждого прохода сварку прекращают до остывания стыка в месте сварки до температуры ниже 100°С. Для уменьшений потерь рабочего времени можно одновременно сваривать два-три стыка.
Технологию сварки стыков трубопроводов в значительной степени определяет вид разделки сварного стыка. Поэтому в дальнейшем описание порядка сварки дается отдельно для каждого вида разделки стыков, наиболее распространенных на монтаже.
Сварка стыков с V-образной разделкой кромок производится штучными электродами, аргонодуговым и комбинированным способами. Выбор способа сварки зависит от диаметра и толщины стенки свариваемых труб, а также от возможности выполнения подварки обратной стороны шва изнутри трубы. Трубы диаметром до 159 мм с толщиной стенки 6 (8) мм, как правило, сваривают полностью аргонодуговой сваркой (рис. 4-11, а). Сварка корня шва и заполнение разделки выполняются с подачей присадочной проволоки.
При комбинированной сварке выполняют один или два первых слоя аргонодуговым способом. Последующие слои выполняют штучными электродами (рис. 4-11, б)
Сварка штучными электродами может применяться для выполнения сварных швов труб больших диаметров, например 1220Х10 мм, при возможности выполнения подварки корня шва изнутри трубы. Сварка в этом случае производится в следующем порядке.
Вначале производят сварку снаружи трубы на все сечение стыка. При этом корень шва выполняют электродами диаметром не более 3 мм, а последующие слои — диаметром 3—4 мм. Затем производят зачистку корня, шва изнутри трубы, после чего выполняют подварочный шов (рис. 4-11, в).
Сварка стыков трубопроводов со ступенчатой разделкой кромок производится аргонодуговым или комбинированным способом. При этом сборку стыков труб производят без зазоров (рис. 4-12). Корневой слой выполняют агронодуговой сваркой без присадочной проволоки. Формирование корневого шва в этом случае происходит только за счет расплавления металла трубы.
Заполнение разделки производят либо аргонодуговой сваркой с подачей присадочной проволоки, либо штучными электродами, применяемыми при толщине стенок труб более 6—8 мм.
Сварка стыков трубопроводов с расплавляемой вставкой производится аргонодуговым либо комбинированным способом.

Рис. 4-11. Схема сварки корня шва и заполняющих слоев стыков труб с V-образной разделкой кромок.
а -ручной аргонодуговой сваркой (РАДС); б — комбинированной сваркой (РАДС+РЭДС); в — ручной электродуговой сваркой (РЭДС).

Рис. 4-12. Схема сварки корня шва и заполняющих слоев стыка труб со ступенчатой разделкой кромок.

Применение расплавляемых вставок преследует две дели: получение хорошего формирования шва с внутренней стороны трубы и легирование корня шва путем подбора материала расплавляемого кольца. Наибольшее применение в последнее время получили расплавляемые вставки прямоугольного сечения, изготовляемые из сварочной проволоки (рис. 4-13).
Расплавляемая вставка устанавливается между стыкуемыми трубами без зазоров и скрепляется прихватками. Прихватка и сварка корневого шва производятся аргонодуговой горелкой без применения присадочной проволоки. Корневой шов формируется за счет расплавления вставки и кромок свариваемых труб. При выполнении корневого шва аргонодуговой горелке, кроме поступательного движения, придают небольшие колебательные движения с амплитудой 2—3 мм.
Заполняющие слои шва выполняются аргонодуговой сваркой или штучными электродами.
При монтаже АЭС с реакторами ВВЭР-440 наибольшую сложность представляет сварка стыков трубопроводов главного циркуляционного контура, изготавливаемого из труб диаметром 560 мм с толщиной стенки 32 мм. Трубопровод поставляется на монтаж блоками. Блоки укрупняют в цехе предмонтажных работ. Затем производят монтаж трубопровода и сварку монтажных стыков. Часть стыков сваривают автоматическим способом. Стыки, расположенные в труднодоступных местах, сваривают вручную. Ручная сварка стыков осуществляется с обязательным применением расплавляемой вставки, изготовляемой из сварочной проволоки марки Св-04Х19Н11МЗ.

Рис. 4-14. Сборка стыка труб главного циркуляционного контура с расплавляемой вставкой под ручную сварку.

Рис. 4-13. Схема сварки стыка труб со ступенчатой разделкой и расплавляемой прямоугольной вставкой.

Читайте также  Дроссели для запорной арматуры

При сварке стыка без расплавляемой вставки избежать возникновения трещин не удается, так как металл труб (сталь марки 08Х18Н12Т) имеет чисто аустенитную структуру, склонную к образованию горячих трещин при сварке. Применение расплавляемой вставки с регламентированной ферритной фазой способствует образованию в корневом слое аустенитно-ферритной структуры, стойкой к образованию горячих трещин.
Сборку и сварку стыков производят в такой последовательности. Вначале через свободные концы труб устанавливают приспособление для защиты обратной стороны шва аргоном. Затем производят сборку стыка с установкой расплавляемой вставки (рис. 4-14). Прихватку собранного стыка производят аргонодуговой сваркой без применения присадочной проволоки. Накладывают прихватки равномерно по периметру стыка через каждые 300—350 мм, длина прихваточных швов 40—50 мм. Выполнение прихваток ведется с поддувом аргона.
Корневой слой выполняется аргонодуговой сваркой без присадки одним сварщиком. В процессе сварки горелке придают поступательные движения в направлении сварки и колебания поперек шва с амплитудой 2—3 мм, при этом особое внимание должно быть обращено на полное расплавление вставки.
Заполнение разделки стыка производят одновременно два сварщика, причем первые два слоя выполняют аргонодуговой сваркой присадочной проволокой Св-О4Х19Н11М3 0 2 мм, а последующие слои электродами ЭА-400/10Т либо ЭА-400/10У диаметром 3 и 4 мм.

Рис. 4-15. Схема сварки секционных отводов.

Защита обратной стороны шва аргоном сохраняется при выполнении первых двух слоев.
При выполнении сварки штучными электродами рекомендуется производить послойную зачистку швов абразивным камнем с просмотром каждого валика на наличие дефектов. Обнаруженные дефекты сразу выбирают абразивным инструментом.
Качество сварки стыка контролируется просвечиванием: первоначально после выполнения корневого шва и после окончания сварки, затем производится цветная дефектоскопия.
Сварка фасонных деталей трубопроводов. Выше уже отмечалось, что часть трубопроводов, например трубопроводы специальной канализации, полностью изготавливают непосредственно на монтажной площадке. При этом приходится изготавливать секционные сварные отводы, конусные сварные переходники, а также производить сварку патрубков.
Секционные сварные отводы изготавливают главным образом из труб (рис. 4-15). Секторы для отводов вырезают либо механическим способом на токарных станках, имеющих специальное приспособление, либо плазменной резкой на специальных установках, обеспечивающих получение сектора. После плазменной резки кромки секторов дополнительно обрабатывают абразивными кругами. При изготовлении отводов применяется V-образная подготовка кромок.
Сварка секторных отводов производится аргонодуговым, комбинированным либо электродуговым методом. Как правило, сварку производят с подваркой корня шва изнутри отвода. Перед проведением подварки производят тщательную зачистку корня шва абразивным кругом изнутри отвода. Сварку секторных отводов целесообразно производить с поворотом на 180°, чтобы избежать сварки швов в потолочном положении.

Рис. 4-16. Схема вварки патрубков в трубопровод.
а — при сборке без подкладного кольца; б — при сборке на подкладном
кольце.

Вварка патрубков в трубопровод. В зависимости от условий работы и диаметра трубопровода патрубок собирают и уваривают без подкладного кольца или на подкладном кольце, удаляемом после сварки механическим путем (рис. 4-16).

Рис. 4-17. Схема сварки конусного переходника.

Подготовка и сборка соединения представляют определенные трудности, так как необходимо обеспечить подгонку соединяемых элементов по сложной кривой линии сопряжения. Конец патрубка обрабатывают таким образом, чтобы в любой точке сопряжения патрубка и трубы угол раскрытия сохранился равным 50±5°.
Приварка патрубка, собираемого на подкладном кольце, не представляет особой сложности. Выполняется она ручным дуговым или комбинированным методом. При сборке без подкладного кольца (для патрубков с диаметром более 377 мм) приварку производят с подваркой корня шва изнутри патрубка. Последовательность сварки такая же, как всех сварных соединений, выполняемых с подваркой корневого шва. Конусные сварные переходы изготавливают из листа с одним или двумя швами (рис. 4-17). Собранные под сварку переходы сваривают аргонодугой, комбинированной либо электродуговой сваркой с подваркой корня шва изнутри перехода.

Технология сварки труб из высоколегированных сталей аустенитного класса

  • Главная
  • Новости
    • Сварочное оборудование
    • Промышленность
    • Виды и способы сварки
    • Вопрос-ответ
    • Новости от партнеров
  • Газосварщик
  • Контакты
  • Рекламодателям
  • Карта сайта

Main Menu

  • Сварочные работы
  • Сварочные инверторы
  • Способы дуговой сварки
  • Сварочные машины и приспособления
  • Сварочные провода и электроды
  • Флюсы для сварки сталей
  • Техника ручной сварки
  • Производительные методы сварки
  • Внутренние напряжения и деформации
  • Сварка под слоем флюса
  • Сварка сталей
  • Сварка чугуна
  • Сварка цветных металлов
  • Контроль сварочных работ
  • Техника безопасности
  • Контактная сварка
  • Стыковая сварка
  • Точечная сварка
  • Рельефная и шовная сварка
  • Контроль качества сварки
  • Сварка пластмасс
  • Газовая сварка
  • Другие виды сварки
  • Сварка в защитных газах
  • Классификация способов сварки
  • Резка металлов
  • Автоматическая сварка
  • Сварка трубопроводов

Сварка высоколегированных аустенитных сталей

Такие свойства аустенитных сталей, как низкая теплопроводность, большой коэффициент теплового расширения, определяют ряд особенностей технологии их сварки.
Основными трудностями при сварке аустенитных коррозионностойких сталей являются обеспечение стойкости сварных швов против образования горячих трещин, обеспечение коррозионной стойкости сварных соединений, получение надлежащей сплошности сварных швов и снижение деформаций.

Аустенитный металл шва обладает повышенной склонностью к образованию горячих (кристаллизационных) трещин. Это объясняется структурным состоянием аустенитных швов и низкой пластичностью в интервале температур, при которых происходит кристаллизация металла шва.

Наиболее эффективным средством предотвращения горячих трещин является получение двухфазного аустенитно-ферритного металла сварного шва.
Для сварки коррозионностойких аустенитных сталей применяются сварочные работы, обеспечивающие получение металла шва с повышенным содержанием феррита. Например, в наплавленном металле электродов ЭА400/10У содержится до 8% феррита. Благодаря этому даже при сварке корневых слоев, когда доля участия основного аустенитного металла в металле шва велика, не исключается получение металла с чисто аустенитной структурой, склонной к образованию горячих трещин.

Таким образом, чтобы придать сварным швам высокую стойкость к образованию горячих трещин, необходимо обеспечить в них определенное количество феррита (от 2 до 8% для конструкций, работающих при температуре до 350 °С, и от 2 до 5% для конструкций, работающих при температуре выше 350 °С). Необходимо тщательно проверять содержание ферритной фазы в сварочной проволоке путем изготовления проб наплавленного металла. Аналогично проверяют электроды на заводах-изготовителях.

Разработаны и применяются технологические приемы повышения стойкости швов против образования горячих трещин. Эти приемы предусматривают получение швов благоприятной формы, умеренные режимы сварки, послойное охлаждение швов до 100 °С. Менее склонны к трещинам узкие сварные швы, выполняемые электродами малых диаметров и с минимальными колебаниями электрода.

В процессе сварки отдельные участки сварного соединения подвергаются нагреву в интервале 400—800 °С, что может вызвать и вызывает развитие межкристаллитной коррозии.

Межкристаллитная коррозия может возникнуть на участках соединения, подвергавшихся повторному нагреву, в местах пересечения сварных швов ив зоне первого шва при двусторонней сварке.

Для уменьшения опасности возникновения межкристаллитной коррозии в сварных соединениях сварку выполняют с минимальным тепло-вложением, т.е. с большой скоростью при наименьшей силе тока. При сварке многопроходных швов каждый последующий слой выполняют после охлаждения предыдущего. Швы, обращенные к агрессивной среде, сваривают в последнюю очередь, чтобы не подвергать их повторному нагреву.

При сварке не допускается попадание брызг расплавленного металла на основной металл, так как в месте попадания брызг вероятно образование очагов межкристаллитной коррозии. По этой же причине не допускаются зажигание дуги на основном металле и плохой контакт сварочного кабеля с изделием.

Наблюдениями установлено, что гладкие швы с плавным переходом к основному металлу обладают более высокой коррозионной стойкостью. Подрезы, углубления между чешуйками, наплавления и непровары в корне шва при воздействии агрессивной среды могут стать очагами щелевой коррозии. Поэтому недопустимы стыковые соединения на остающихся подкладках и с непроварами корня шва.

Образование поры при сварке аустенитных сталей связано с водородом, поступающим в зону дуги из электродного покрытия, влажного защитного газа (аргона) и загрязненных кромок свариваемого металла. Для удаления водорода из покрытия электроды перед сваркой тщательно прокаливают; аргон, если он увлажнен, осушают в осушителях; кромки стыков обезжиривают при помощи растворителя. При аргонодуговой сварке одной из основных причин образования пор в швах является попадание в металл азота.

Пониженная теплопроводность и высокий коэффициент теплового расширения вызывают коробление сварных конструкций и узлов из аустенитных сталей. Для уменьшения короблений уменьшают объем наплавленного металла и производят сварку с наименьшим тепловложением.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: