Сварка конструкций из жаростойких сталей, работающих в науглероживающих атмосферах, электродами ОЗЛ-6, ГС-1, ОЗЛ-9А и ОЗЛ/ЦТ-31М.

Работоспособность и срок службы муфелей, реторт, поддонов, крепежа и других конструктивных элементов печей газовой цементации определяется не только химическим составом стали и конструкцией печей, но и в значительной степени рациональным выбором сварочных электродов и технологией сварки. Выход из строя сварных узлов конструкций из жаростойких сталей происходит в основном вследствие неудовлетворительного качества литья или вследствие горячих трещин, образующихся в сварных швах или в оcновном металле как в процессе сварки, так и в процессе эксплуатации. При сварке горячие трещины образуются преимущественно в корневых швах, особенно, если сварка производилась электродами, дающими наплавленный металл с чисто аустенитной структурой, а так же в околошовной зоне сварных отливок большого сечения с содержанием углерода от 0,38% и более. В обоих случаях образование горячих трещин связано с низкой пластичностью металла. В процессе эксплуатации образование трещин в сварных швах, прокате и литье связано с резким изменением механических свойств металла за счет его науглероживания. Например, в процессе эксплуатации в течение 500 часов в атмосфере с углеродным потенциалом 0,9, науглероживание происходит на глубину 3 мм, а содержание углерода в поверхностном слое металла конструкции из стали 20Х23Н18, сваренной электродами марки ОЗЛ-6, достигает 3,5 – 4,5%. При этом показатели ударной вязкости и удлинение снижаются до нулевых значений. Такое резкое снижение пластических свойств стали прежде всего связано со значительным карбидообразованием, а так же возникновением структурных напряжений.

Известно, что в современном электропечестроении, особенно в печах для газовой цементации, широко используются стали 20Х25Н20С2, 45Х25Н20С2, 20Х18Н35С, реже стали 20Х23Н18 и 20Х20Н14С2. Химический состав и структурные особенности, как правило, не позволяют воспроизвести в сварных швах композицию основного металла без опасности образования горячих и деформационных трещин в швах и в околошовной зоне основного металла.

В связи с этим для сварки жаростойких сталей, в частности, контактирующих с науглероживающими средами были специально разработаны электроды ГС-1, ОЗЛ-9А и

ОЗЛ/ЦТ-31М. 

Сварочные электроды ГС-1 предназначены для сварки конструкций из тонколистовых сталей (до 6 мм) типа 20Х20Н14С2, 20Х25Н20С2, 45Х25Н20С2 и 20Х18Н35С, работающих в науглероживающих атмосферах при температурах до 1000ºС в слабо нагруженном состоянии. Электроды ГС-1 используются также для сварки корневых швов (1 – 2 проход) жестких конструкций из сталей больших толщин, и облицовки кромок конструктивных элементов шва. Структура наплавленного металла – аустенитная с ферритной фазой до 10 %, расположенной в виде разорванной сетки. Оптимально выбранное содержание марганца и кремния в наплавленном металле обеспечивают высокую технологическую прочность швов, т.е. высокую сопротивляемость горячим и деформационным трещинам, а также высокую сопротивляемость науглероживанию. В случае перемешивания с основным металлом сопротивляемость шва науглероживанию несколько снижается.

лектроды ОЗЛ-9А предназначены для сварки конструкций из стали типа 45Х25Н20С2, 20Х25Н20С2, работающих в науглероживающих и окислительных атмосферах до 1050ºС, когда к металлу шва предъявляются требования жаростойкости и длительной прочности. При этом сварку корневых швов жестких конструкций, особенно из стали 45Х25Н20С2, рекомендуется производить электродами ГС-1, обеспечивающими более высокую сопротивляемость кратерным трещинам и науглероживанию. Структура металла, наплавленного электродами ОЗЛ-9А, – аустенитная с выделением карбидной фазы, расположенной по границам и внутри зерна. Высокое содержание марганца в рационально выбранном соотношении с никелем, хромом и углеродом обеспечивает стойкость металла шва к горячим трещинам и охрупчиванию.

Электроды ОЗЛ/ЦТ-31М обеспечивают наиболее высокую длительную прочность швов, хорошую сопротивляемость науглероживанию и относительно высокие показатели технологической прочности. Корневые швы при сварке жестких конструкций больших толщин (15 мм и более) рекомендуется варить электродами ГС-1. Наплавленный металл электродами ОЗЛ/ЦТ-31М имеет аустенитное строение с интерметаллидами и карбидами, равномерно расположенными в аустенитной матрице. Высокая сопротивляемость науглероживанию по сравнению с металлом, наплавленном электродами ОЗЛ-9А и ГС-1, достигается за счет более высокого содержания никеля и рационально выбранного соотношения хрома к никелю, а длительная прочность – упрочняющим воздействием интерметаллидной и карбидной составляющей.

Качество сварки и эксплуатационная стойкость зависят не только от химического состава металла швов, но и от рационально выбранной технологии сварки. Форма разделки кромок должна строго соответствовать требованиям нормативной документации на основные типы швов сварных соединений. Во всех случаях общим требованием при выборе формы разделки является обеспечение хорошего манипулирования электродом при сварке при минимальном количестве металла, вводимого в шов за единицу времени. При выборе режимов сварки одним из главных условий является минимальное тепловложение, что обеспечивается применением электродов диаметром 3-4 мм. Скорость сварки корневых швов должна обеспечивать утолщенные валики. Сварка изделий ведется, как правило, без предварительного или сопутствующего подогрева, который в отдельных случаях способствует образованию деформационных трещин в околошовной зоне за счет сигматизации в сталях типа 20Х25Н20С2 больших толщин. Короткие швы при сварке выполняются на проход, швы большой протяженности сваривают обратноступенчатым способом, который обеспечивает минимальные напряжения в швах. При сварке сталей больших толщин (15 мм и более) необходимо применять только комбинированный способ сварки. В этом случае сварка корневых швов выполняется электродами ГС-1, а последующих – в зависимости от требований длительной прочности, стойкости против охрупчивания, жаростойкости – сварочными электродами ОЗЛ-9А или ОЗЛ/ЦТ-31М. При сварке литья с толщиной стенок более 20 мм и особенно высоким содержанием углерода (более 0,35%) весьма целесообразна обварка кромок в один-два слоя электродами ГС-1 и последующей прострожкой неровностей наплавленного металла - во избежание образования трещин в околошовной зоне. Все дефекты литья, выявленные в процессе разделки кромок, должны предварительно завариваться.