СВАРКА ИЗНОСОСТОЙКОЙ СТАЛИ HARDOX

Износостойкая сталь Hardox обладает исключительной свариваемостью. Для её
сварки применяются стандартные методы.

Перед началом сварки очистите зону сваривания для удаления влаги, масла, коррозии или каких-
либо загрязнений. Помимо соблюдения гигиенических требований к сварке, также важны
следующие аспекты:

• Выбор присадочных материалов
• Температуры предварительного нагрева и между проходами
• Погонная энергия
• Порядок наложения швов и размер зазора в вершине разделки

Как правило, для износостойкой стали Hardox рекомендуются нелегированные или низколегированные присадочные материалы с максимальным пределом текучести 500 МПа. Присадочные материалы с более высокой прочностью (R_e не более 900 МПа) могут использоваться для сталей Hardox 400 и 450 в диапазоне толщины 0,7 — 6,0 мм. Использование низколегированных присадочных материалов приводит к повышению твердости наплавленного металла, что снижает скорость его износа. Если износостойкость наплавленного металла представляет особую важность, последние проходы можно проварить твердосплавными наплавочными материалами, см. главу «Наплавка твердого сплава». Кроме того, рекомендуемые присадочные материалы для износостойких сталей Hardox и их обозначения согласно классификациям AWS и EN приведены в таблице 1.

Таблица 1: Рекомендуемые присадочные материалы для сталей Hardox

Содержание водорода не должно превышать 5 мл на 100 г наплавленного металла при сварке с нелегированными и низколегированными присадочными материалами.
Сплошная проволока, используемая при сварке полуавтоматом, и сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов позволяет добиться такого низкого содержания водорода в наплавленном металле. Сведения о содержании водорода для других типов присадочных материалов следует получить у изготовителей этих материалов.
Если присадочные материалы хранятся в соответствии с рекомендациями изготовителей, то содержание водорода будет поддерживаться на уровне, отвечающем вышеприведенному требованию. Это также относится ко всем присадочным материалам с покрытием и флюсам.

Присадочные материалы из аустенитных нержавеющих сталей могут использоваться для всех сталей Хардокс, как показано в таблице 2. Они позволяют осуществлять сварку всех сортов стали за исключением сталей Hardox 600 и Hardox Extreme при комнатной температуре (+ 5 - 20°C) без предварительного нагрева.
SSAB рекомендует отдавать предпочтение, в первую очередь, присадочным материалам в соответствии с AWS 307, во вторую очередь — присадочным материалам в соответствии с AWS 309. Эти присадочные материалы обладают пределом текучести приблизительно до 500 МПа по всему сечению шва.
Тип AWS 307 более устойчив к горячему растрескиванию, чем AWS 309. Следует отметить, что изготовители редко указывают содержание водорода в присадочных материалах из нержавеющей стали, так как водород в таких присадочных материалах в меньшей степени сказывается на эксплуатационных характеристиках, чем в нелегированных и низколегированных присадочных материалах.

Таблица 2: Рекомендуемые присадочные материалы из нержавеющей стали для сталей Hardox

Примечание: X обозначает один или более символов

Защитные газы для сталей Hardox — как правило, те же, что обычно выбираются для нелегированной и низколегированной стали.

Защитные газы для сварки в среде активного газа сталей Hardox обычно содержат смесь аргона (Ar) и углекислого газа (CO₂). Иногда вместе с аргоном и углекислым газом используется небольшое количество кислорода (O₂) для стабилизации дуги и уменьшения количества разбрызгивания. Смесь защитного газа, содержащая приблизительно 18 – 20 CO₂ в аргоне, рекомендована к использованию в ручной сварке, так как она обеспечивает надлежащий провар материала с умеренным количеством разбрызгивания. При автоматической или роботизированной сварке может использоваться защитный газ с содержанием 8 – 10 CO₂ в аргоне, что позволит оптимизировать результаты сварки с точки зрения производительности и уровня разбрызгивания. Воздействие различных смесей, используемых в качестве
защитного газа, приведено на рисунке 1. Рекомендации по использованию защитного газа в различных методах сварки приведены в таблице 3. Смеси, используемые в качестве защитного газа, упомянутые в таблице 3, как правило, могут применяться как при сварке короткой дугой, так и при дуговой сварке со струйным переносом металла.

Рисунок 1: Смеси, используемые в качестве защитного газа и их воздействие на ход сварки

Таблица 3: Образцы применяемых смесей и рекомендации

Примечание: Смеси газов, включающие три компонента, а именно: O₂, CO₂, в Ar иногда используются для оптимизации свойств сварного шва. Во всех методах сварки, основанных на применении защитного газа, поток защитного газа зависит от условий сварки. Общее правило состоит в том, что задаваемое значение потока газа в л/мин должно соответствовать внутреннему диаметру газового сопла, измеряемому в мм

Погонная энергия (Q) — это количество энергии, получаемое основным металлом на единицу длины. Погонная энергия рассчитывается по нижеприведенной формуле:

Различные процессы сварки имеют различные КПД дуги. В таблице 4 приводятся приблизительные значения для различных методов.

Таблица 4: КПД дуги различных методов сварки

Избыточная погонная энергия увеличивает ширину зоны термического влияния (ЗТВ), что, в свою очередь, ухудшает механические свойства и износостойкость ЗТВ. Сваривание при низкой погонной энергии дает следующие преимущества:

• Повышенная износостойкость ЗТВ
• Пониженная деформация (однопроходные сварные соединения)
• Повышенная ударная вязкость сварного соединения
• Повышенная прочность сварного соединения

Слишком низкая погонная энергия может негативно сказаться на ударной вязкости (значение t_8/5
менее 3 секунд). На рисунке 2 указана рекомендуемая максимальная погонная энергия (Q) для стали Хардокс.

Рисунок 2: Рекомендуемые максимальные значения погонной энергии для сталей Hardox

Скорость охлаждения (t_8/5) это время, за которое происходит охлаждение шва от 800 ºC до 500 ºC, и она играет ключевую роль в формировании окончательной микроструктуры шва. Часто для конструкционных сталей указываются рекомендуемые скорости охлаждения для оптимизации процесса сварки в соответствии с определенным требованием, например, для соблюдения требования по минимальной ударной вязкости.

Крайне важно соблюдать рекомендованные минимальные температуры предварительного нагрева, а также скорость нагрева и измерения температуры в непосредственно на месте сварки и рядом с ним. Это позволит избежать водородного растрескивания. При более высоком углеродном эквиваленте обычно требуются более высокие температуры предварительного нагрева и между проходами.

Благодаря достаточно низкому углеродному эквиваленту стали Hardox более устойчивы к водородному растрескиванию, чем многие другие марки износостойких сталей.
Для уменьшения риска водородного растрескивания необходимо соблюдение следующих рекомендаций:

• Выполнить предварительный нагрев зоны сваривания до рекомендованной минимальной температуры.
• Измерить температуру предварительного нагрева.
• Использовать процессы и присадочные материалы, обеспечивающие содержание водорода не более 5 мл/100 г наплавленного металла.
• Не допускать попадания загрязнений в сварное соединение, таких как ржавчина, смазка, масло, обледенение и т.п.
• Использовать только классификации присадочных материалов рекомендованные в таблице 1.
• Соблюдать выбранную схему сварки для минимизации остаточных напряжений.
• Избегать зазора между свариваемыми кромками свыше 3 мм.

Минимальные рекомендуемые температуры предварительного нагрева и максимальные рекомендуемые температуры между проходами в ходе сварки приведены в таблицах 5 и 6. Если нет иных указаний, эти значения применимы при сварке нелегированными и низколегированными присадочными материалами.

• При сваривании листов различной толщины, но одного сорта стали, лист с большей толщиной определяет требования к температурам предварительного нагрева и между проходами, см. рисунок 3.
• При сваривании различных типов стали, лист, требующий наиболее высокой температуры предварительного нагрева, определяет требования к температурам предварительного нагрева и между проходами.
• Таблица 5 на рисунке 4 применима при погонной энергии 1,7 кДж/мм или выше. При применении погонных энергий 1,0 – 1,69 кДж/ мм следует увеличить рекомендуемую температуру предварительного нагрева на 25ºC.
• При применении погонной энергии ниже 1,0 кДж/мм, для расчета минимальной рекомендуемой температуры предварительного нагрева рекомендуется программное обеспечение «WeldCalc» от SSAB.
• При высокой влажности окружающего воздуха и температуре ниже +5 °C, следует увеличить наименьшую рекомендованную температуру предварительного нагрева, приведенную в таблице 5, на 25° C.
• Для X-образных стыковых швов с двухсторонней разделкой кромок при значениях толщины более 30 мм, рекомендуется сместить корень шва на некоторое расстояние от центра листа.

Рисунок 3: Схематический чертеж, отображающий "толщину одного листа"

Рисунок 4 - Таблица 5: Рекомендуемые температуры предварительного нагрева. Толщина одного листа в миллиметрах указана на оси x

Температура между проходами, приведенная в таблице 6, является максимальной рекомендуемой температурой в сварном соединении (на внешней поверхности шва ) или в непосредственной близости к сварному соединению (исходное положение) перед самым началом следующего сварочного прохода.

Таблица 6: Максимальные рекомендуемые температуры между проходами/предварительным нагревом

Минимальные рекомендуемые температуры предварительного нагрева и максимально рекомендуемые температуры между проходами, приведенные в таблицах 5 и 6, не изменяются при погонной энергии выше 1,7 кДж/мм. Информация основана на допущении, что сварное соединение охлаждается в воздухе. Обратите внимание, что данные рекомендации также применимы к прихваточным швам и корневым валикам. Длина каждого прихваточного шва должна быть не менее 50 мм. Расстояние между прихваточными швами может изменяться в зависимости от требований.

Требуемая температура предварительного нагрева листов Хардокс может достигаться несколькими способами. Использование электрических матов для предварительного нагрева области вокруг подготовленного сварного соединения часто является наилучшим вариантом, поскольку оно позволяет достичь равномерного нагрева области. Температуру следует контролировать при помощи, например, контактного термометра.
Рекомендуется измерять рекомендуемую температуру предварительного нагрева на противоположной стороне участка, на котором ведется нагрев.

Величина деформации во время сварки и после нее связана с толщиной листа и технологией сварки. Деформация становится более заметной при меньшей толщине листа, при этом сильная деформация или даже прожог может вызвать проблемы и сделать непригодной всю конструкцию.

Для минимизации деформации сварного шва можно применять следующие рекомендации: