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 путем 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 определенные другие свойства, например, гарантированное содержание ферритной фазы в узких пределах. В качестве примера можно привести электроды марки ЦТ-15 (тип Э-08Х19Н10Г2Б, содержание ферритной фазы 2,5—5,5 % по ГОСТ 10052—75), предназначенные для сварки аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н12Т и им подобных. Электроды ЦТ-15 при использовании стандартной электродной проволоки Св-07Х19Н10Б обеспечивают за счет делегирования через покрытие содержание ферритной фазы в наплавленном металле в пределах 2,5—4,5 %.
При использовании электродов ЦТ-15 сварку первого слоя стыкового шва из-за большой доли участия основного металла рекомендуется выполнять электродами ЦТ-15-1 (тип Э-08Х20Н9Г2Б, содержание ферритной фазы 5,5—15 ГОСТ 10052—75), обеспечивающими более высокое содержание ферритной фазы в наплавленном металле (5,5—9 %). Последнее достигается при использовании стандартной электродной проволоки Св-07Х19Н10Б и долегировании через покрытие.
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 %.
Для сталей с низким содержанием углерода наличие значительных количеств СаС03 в покрытии электродов нежелательно, поскольку образующийся углекислый газ может привести к науглероживанию металла сварочной ванны. В подобных случаях 132 можно использовать электроды с окислительным низкокремнистым покрытием. При этом можно избежать не только науглероживания, но и перехода кремния из покрытия в сварочную ванну. Указанные процессы в некоторой мере обеспечиваются при использовании электродов с рутилкарбонатнофтористым покрытием, например, электродов марки ОЗЛ-14 (типа Э-04Х20Н9 по ГОСТ 10052—75).
Глубокоаустенитные стали при повышенном содержании кремния склонны к образованию горячих трещин. Поэтому нежелателен переход кремния из покрытия в шов в результате развития кремневосстановительного процесса. В подобных случаях исключают присутствие Si02 в покрытии, не только подбирая шихту соответствующей композиций, но используя в качестве связующего не жидкое стекло, а высокоглиноземистые цементиты в комбинации с добавками алюмината натрия. Подобными свойствами обладают электроды марки ЦТ-22. Недостаток имеющихся алюминатных покрытий — малая прочность.
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 позволяют 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.
К флюсам на основе оксидов относятся низкокремнистые флюсы типа АН-26 (см. табл. 7.1), обеспечивающие хорошее формирование
металла шва. Однако при сварке наблюдается интенсивное окисление титана и
алюминия (не удается легировать шов этими элементами через проволоку), переход
кремния в шов. Последнее при сварке глубокоаустенитных сталей повышает
вероятность образования горячих трещин, а при сварке высокохромистых
мартенситных сталей приводит к охрупчиванию из-за формирования ферритной
фазы.
Наряду с низкокремнистыми для сварки высоколегированных сталей
используют флюсы на основе высокоустойчивых оксидов — высокооспонныс флюсы типа
АН-292 (флюс на основе системы А12О3—CaO—MgO). Указанные флюсы обладают хорошими
металлургическими и технологическими свойствами. Однако они чувствительны к
образованию пор в металле шва из-за водорода.
Сочетание положительных свойств фторидных флюсов и флк> сов на основе оксидов достигается при использовании фторидных безокислительных флюсов типа АНФ-8 и фторидных окислительных флюсов типа АНФ-14, АНФ-17 и АНФ-22. Флюс АНФ-14 используют взамен флюса АН-26. Флюсы АНФ-17 и АНФ-22 позволяют осуществить необходимые при сварке глубокоаусте-нитных сталей изменения состава металла шва (снижение концентрации кремния, легирование бором и марганцем). Фторидные окислительные флюсы уступают безокислительным флюсам по своим формирующим свойствам.
В некоторых случаях при сварке глубокоаустенитных сталей, особенно системы Сr—Ni—Mo-Сu, используют высокоокислительный низкокремнистый флюс АН-18, а при сварке жаропрочных высокохромистых мартенситных сталей — флюс АН-17, менее окислительный по сравнению с флюсом АН-18.
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—3 мм). Поскольку высоколегированные стали обладают повышенным электросопротивлением и пониженной электропроводимостью, 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 пленки.
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 пленка. Её присутствие затрудняет проведение
многослойной сварки. При сиарке 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 коррозионные свойства.
При
сварке в углекислом газе наблюдается повышенное разбрызгивание электродного
металла. Наличие брызг на поверхности металла снижает коррозионную
стойкость.
