Обзор современных сварочных материалов для сварки сталей аустенитного класса

АННОТАЦИЯ

Сварка сталей аустенитного класса (нержавеющих сталей) весьма непростой процесс, так как он связан с рядом трудностей, которые необходимо учитывать при выборе сварочных материалов. По этой причине сварочные материалы должны отвечать целому перечню требований, так как в противном случае они не смогут выполнять возложенные на них функциональные задачи. В этой статье рассматриваются сварочные материалы отечественных и зарубежных производителей, так как современный обзор на статьи по данной теме показал практически их полное отсутствие.

ABSTRACT

Welding of austenitic steels (stainless steels) is a very difficult process, as it is connected with a number of difficulties that must be taken into account when choosing welding materials. For this reason, welding materials must meet a whole list of requirements, since otherwise they will not be able to perform the functional tasks assigned to them. This article deals with welding materials of domestic and foreign manufacturers, as a modern survey of articles on this topic has showed almost their complete absence.

Ключевые слова: сварка, аустениная сталь, сварочные материалы, сварное соединение.

Keywords: welding; austenitic steel; welding materials; welding seal.

При сварке аустенитных сталей главной проблемой, которая может возникнуть - это межкристаллитная коррозия и получение сварных соединений, свободных от горячих трещин и в швах и околошовной зоне.

Сварные соединения аустенитных сталей без дополнительного легирования другими примесями, наряду с ценными свойствами, обладают существенным недостатком – склонностью к межкристаллитной коррозии, возникающей в результате выпадения сложных карбидов железа и хрома по границам кристаллов аустенита и обеднения пограничных слоев аустенита хромом. Чтобы избежать межкристаллитной коррозии, необходимо принять специальные меры – предотвратить обеднение аустенита хромом, путем легирования сварного соединения элементами, обладающими большим сродством к углероду, чем хром или снизить содержание углерода в сварном шве до предела растворимости в аустените при комнатной температуре.[2] Такими легирующими элементами являются: титан, ниобий.

Помимо этого, аустенитные стали весьма склонны к образованию горячих трещин при сварке, и сопротивление металла их возникновению, называемое технологической прочностью, зависит от совокупности силовых и металлургических факторов.

Силовые факторы, которые разрушают слабые связи между отдельными зернами кристаллизующегося металла, зависят от его теплофизических свойств, величины напряжений, созданных неравномерным нагревом и охлаждением основного металла при сварке, а также от величины напряжений, возникающие при затвердевании и последующем охлаждении сварного шва и возможности проявления деформаций соединения.

Металлургические факторы, способствующие образованию горячих трещин при сварке, определяются химическим и фазовым составами металла, характером его кристаллизации, а также деформационной способностью (пластичностью) при температурах близких к солидусу.

Влияние силовых факторов на образование горячих трещин при сварке можно уменьшить рядом технологических мер: применением оптимальных режимов сварки, рациональным порядком наложения швов, подогревом сварной конструкции и т. д. Эти меры могут существенно уменьшить количество и величину образующихся горячих трещин при сварке аустенитных сталей, но полностью исключить их не могут. Поэтому особое значение для исключения горячих трещин при сварке аустенитных сталей имеют металлургические средства воздействия на металл.

Стойкость сварных аустенитных соединений против образования горячих трещин зависит в большой степени от их первичной структуры [3].

Чисто аустенитные (однофазные) швы склонны к горячим трещинам. Если же в металле шва имеется небольшое количество второй фазы (феррита или карбидов), т. е. он является двухфазным (аустенито-ферритным или аустенито-карбидным), то такой металл шва стоек против образования горячих трещин.[1]

Чтобы металл шва имел двухфазную структуру, необходимо в сварочный материал содержал ферритообразующие элементы, такие как хром, титан, ниобий, молибден, кремний. К примеру, сварочные прутки ST-316LSi - это коррозионностойкий пруток, аустенитного типа корейского производителя. Он применяется для сварки ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом в среде инертного газа. Структура наплавленного металла содержит ферритную фазу, что придаёт металлу шва стойкость против образования трещин. Дополнительное легирование кремнием даёт более стабильное горение дуги и улучшенное формирование шва. Незначительное содержание углерода снижает риск возникновения межкристаллитной коррозии. Наплавленный металл обладает высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к воздействию высоких температур.

Таблица 1.

 Химический состав наплавленного металла прутками ST-316LSi, %

Предел прочности  ;

Относительное удлинение  .

Для полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде активного газа можно использовать рутиловую порошковую проволоку SW-316L Cored. Эта проволока для всепозиционной сварки нержавеющих сталей, в среде 100% CO₂ корейского производителя. И также имеет легирующие элементы, которые способствуют наличию ферритной фазы в структуре наплавленного металла, за счет чего достигается высокая сопротивляемость образованию трещин.

Таблица 2.

Химический состав наплавленного металла проволокой SW-316L Cored, %

Предел прочности ;

Относительное удлинение  .

Для ручной дуговой сварки покрытыми электродами могут применяться электроды типа ЭА-400/10У российского производителя. Данные электроды применяются для коррозионностойких хромоникелемолибденовых сталей марок 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т и им подобных, работающего в агрессивных средах при температуре до 350°С, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к межкристаллитной коррозии. Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности.

Таблица 3.

Химический состав наплавленного металла прутками электродами ЭА-400/10У, %

Предел прочности ;

Относительное удлинение  .

Таким образом, мы рассмотрели сварочные материалы для разных способов сварки. Все они имеют примерно одни и те же характеристики, подходят для большинства сталей аустенитного класса. Конечное решение по выбору сварочных материалов зависит от применяемых на производстве способов сварки.

Список литературы:

1. Закс И.А. Сварка разнородных сталей/ И.А. Закс  - Л.: Машиностроение. 1973  – 208 стр.
2. Медовар Б.И. Сварка хромоникелевых аустенитных сталей/ Б.И. Медовар Киев 1954 – 175 стр.
3. Медовар Б.И. Сварка жаропрочных аустенитных сталей и сплавов/Б.И. Медовар - М.: Машиностроение, 1966 – 430 с.