Стали и сварочные материалы

Целью этой статьи является исследование возможностей применения отдельных видов сварки при строительстве химических заводов, а также определение специфических требований к технологии сварки и сварочному оборудованию.

Стали и сварочные материалы

В Таблице 1 перечислены основные марки химически стойких сталей по стандарту EN 10088-1. Они могут быть подразделены на обычные CrNi и СгММо стали, на полностью аустенитные стали, известные так же как супер - аустенитные стали, и на ферритно - аустенитные дуплексные стали. Первая группа содержит давно известные стандартные аустенитные стали. Они имеют аустенитную структуру, но могут содержать и небольшой процент феррита.

Таблица 1. Сварочные материалы для сталей.

Сварочный процесс

ММА
MAG
TIG
FCW
SAW

Тип стали/марка сварочного материала

ОК
OK Autrod
OK Tigrod
OK Tubrod
OK Autrod

1.4301/1.4306

61.30
16.12
16.12
14.20/15.30
16.10*

1.4541

61.30/61.80
16.12/16.11
16.12-16.11
14.30/15.30
16.10/*16.11

1.4401/1.4404

63.30/63.31
16.32
16.32
14.31/15.31
16.30*

1.4571

63.30/63.80
16.32/16.31
16.32/16.31
14.31/15.31
16.31*

1.4539

69.33
16.55
16.55
16.55*

1.4547

92.45
19.82
19.82
-
19.82**

1.4462

67.50
16.85
16.85
14.27
16.86*

1.4410

68.55
16.88
16.88
-
16.88*

Вторая группа состоит из супер - аустенитных, высоколегированных сталей с исключительно малым содержанием углерода. Некоторые из этих сталей легированы медью. Азот стабилизирует структуру и уменьшает тенденцию появления фазы интерметаллидов, что может отрицательно влиять на антикоррозионные свойства стали.

Благодаря большому содержанию хрома и никеля, а также других легирующих элементов и стабильной аустенитной структуре, они могут применяться в исключительно агрессивной среде. Кроме всего прочего, ферритная фракция структуры обычных сталей может вызвать частичную коррозию.

Третья группа имеет двухфазовую структуру, состоящую из примерно 50% феррита и 50% аустенита. Это делает такие стали исключительно стойкими против коррозии под напряжением, которая может появиться в слоях, содержащих хлор, в тех случаях, когда сталь подвержена растягивающим напряжениям, например, после сварки.

Существует основное правило сварки химически стойких сталей - сваривать такие стали присадочным материалом из такой же или аналогичной стали. ЭСАБ разработал для сварки таких сталей широкую гамму добавок для сварочных материалов [I]. В таблице 2 приведены сварочные материалы для основных марок сталей.

Замечания по возможности сварки химически стойких сталей

Небольшие трудности могут возникнуть при сварке обычных аустенитных сталей. При правильном сбалансированном Cr/Ni эквиваленте сначала происходит кристаллизация феррита с последующим, по мере остывания, превращением в аустенит.

Поэтому образование усадочных трещин маловероятно. Однако, благодаря низкой теплопроводности могут образоваться отдельные перегретые участки, что снижает коррозионную стойкость и ударную вязкость сварных конструкций. Изделия из этих сталей должны свариваться с малым тепловложением т.е. при малом сварочном токе и/или высокой скорости сварки.

Супер - аустенитные стали склонны к образованию усадочных трещин из-за их стабильной аустенитной структуры. Эти стали должны, поэтому свариваться низким током с малой сварочной ванной. Проходы с тонким слоем проплавления предпочтительнее.

С другой стороны, важно помнить, что усадка увеличивается с каждым слоем и направлена под прямым углом к сварному шву. В химически стойких сталях это явление усугубляется высоким коэффициентом теплового расширения. Необходим разумный компромисс в назначении числа слоев. Дуплексные стали обладают хорошей свариваемостью.

Сварные швы обладают хорошей стойкостью к образованию усадочных трещин. Однако при некоторых условиях дуплексные стали склонны к холодному растрескиванию. Поэтому надо стремиться к низкому содержанию водорода в основном металле.

Для обеспечения хорошей ударной вязкости и антикоррозионных характеристик следует соблюдать следующие рекомендации:Охлаждение после сварки не должно быть слишком быстрым. Тепловложение должно быть пропорционально толщине стыка.

Температура между проходам должна быть не более 150°С для тонких материалов и не более 180° - для стыков большой толщины. Для обеспечения требуемой двухфазной структуры наплавленного металла, содержание никеля в присадочном материале не должно быть большим, чем у основного металла.

Выбор сварочного процесса определяется толщиной свариваемого материала, формой стыка, степенью механизации процесса, сварочным положением и самим свариваемым материалом. В химической промышленности все больше начинают применять сварочные источники с цифровым управлением.

Достоинством таких источников является точность выполнения заданных сварочных параметров. Это улучшает стабильность дуги и повторяемость результатов сварки.