Механизированная дуговая сварка в среде защитных газов.

При изготовлении конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования и технологических трубопроводов необходимо совершенствовать технологические процессы производства конструкций. Процессы должны быть направлены на:

¾ реализацию преимуществ применения механизированных процессов сварки;

¾ создание сварных изделий с уменьшенной массой наплавленного металла, с достаточной надежностью во все более усложняющихся условиях эксплуатации, с высокой технологичностью, с минимальной материалоемкостью.

Известные режимы механизированной сварки хромистых сталей несовершенны и трудоемки. Вследствие склонности рассматриваемых сталей к воздушной закалке существующие технологии механизированной сварки регламентируют ведение сварочного процесса с подогревом до 350…400 °С, что не исключает мартенситные превращения в зонах воздействия тепла сварочной дуги. При полуавтоматической сварке в среде защитного газа регламентируется использование лишь однородных (перлитных) сварочных материалов, не исключающих последующую высокотемпературную термическую обработку сварных соединений. Возрастание тепловложений при автоматической сварке под флюсом закаливающейся стали марки 15Х5М способствует перенагреву металла в околошовных зонах и огрублению структуры, получению широких участков подкалки, что соответственно вызывает необходимость ограничения режимов автоматической сварки.

Для ограничения размеров твердых прослоек в околошовных зонах необходимо применение такой технологии сварки, которая позволила бы регулировать параметры термических циклов непосредственно в процессе сварки и способствовала бы получению "сжатого" термического цикла сварки с малой протяженностью области их распространения по зоне термического влияния. Для этих целей наиболее подходят способы полуавтоматической сварки в среде защитного газа взамен ручной электродуговой сварки, занимающей на сегодня ведущее место при изготовлении нефтегазохимического оборудования и трубопроводов из жаропрочных сталей типа 15Х5М. При этих способах сварки наиболее технологично можно обеспечить сопутствующее принудительное охлаждение. Определяющими предпосылками использования рассматриваемых механизированных способов сварки являются уменьшение объема металла в зоне термического влияния, претерпевающего сдвиговые мартенситные превращения и формирование при этом структуры с минимальной чувствительностью к образованию трещин.

В этом отношении как способы газоэлектрической сварки в среде защитного газа, так и автоматическая сварка под флюсом обеспечивают более благоприятное распределение теплового баланса дуги с точки зрения повышения трещиностойкости сварных соединений из закаливающихся сталей типа 15Х5М.

Проведение исследований с применением полуавтоматической сварки в среде углекислого газа имело также цель расширения области использования механизированных способов сварки при изготовлении изделий из закаливающихся сталей типа 15Х5М без последующей термической обработки сварных соединений.

Помимо технологических достоинств (простая техника сварки, возможность наблюдать за формированием шва, возможность сварки во всех пространственных положениях и т. д.) механизированная сварка в среде защитного газа имеет меньшую стоимость, чем сварка под флюсом или ручная электродуговая покрытыми электродами, при этом условия труда сварщиков становятся более благоприятными (отсутствие значительных выделений вредных газов при сварке и повышение культуры производства).

Применительно к сварке закаливающихся сталей полуавтоматическая сварка в среде защитного газа за счет высокой степени сосредоточения тепла в небольшом объеме зоны дуги должна создавать меньшую зону теплового влияния и соответственно позволит уменьшить относительные размеры твердых зон подкалки в зоне термического влияния [3]. При этом уменьшение тепловложения за счет меньшей температуры ванны и охлаждения ее струей защитного газа должно способствовать и измельчению размеров зерен на участке перегрева в околошовной зоне. Это, в свою очередь, способствует уменьшению остаточных напряжений и пластических деформаций при сварке.

Кроме того, механизированная дуговая сварка в среде защитных газов плавящимся электродом имеет ряд весьма существенных преимуществ, например, в ремонтном производстве. Использование сварочной проволоки малого диаметра и высокая плотность тока при этом будут способствовать увеличению провара, качественному исправлению дефектных сварных стыков и других видов повреждений (коррозионные язвы, трещины, риски т. п.)[4].

Практические исследования разработки установки механизированной сварки в среде углекислого газа заключались в:

¾ подборе соответствующей сварочной проволоки;

¾ установлении оптимального режима;

¾ регулировании термических циклов сварки.

Механизированная дуговая сварка в среде защитных газов имеет ряд весьма существенных преимуществ применительно к номенклатуре свариваемых изделий и конструкций нефтехимии и нефтепереработки из жаропрочных сталей типа I5X5M. В частности, можно вести сварку неповоротных стыков различного диаметра, выполнить более качественно корневые швы с хорошим формированием обратного валика и без подкладных колец. Повышается производительность сварочных процессов в 1,5-2,5 раза по сравнению с ручной электродуговой сваркой сталей толщиной более 10 мм.

Технология газоэлектрической сварки голой сварочной проволокой повышает стойкость сварных соединений против холодных трещин и с точки зрения водородной теории охрупчивания. Понижение содержания водорода достигается применением осушенных газов и проволоки с чистой поверхностью.

Среди существующих способов сварки закаливающихся хромистых сталей в среде защитных газов практическое применение нашла сварка с защитой зоны дуги углекислым газом и аргонно-дуговая сварка. Однако требует доработки технология сварки в среде углекислого газа для широко применяемых сталей марок 12Х2М1, 15Х5М, 15Х5ВФ, 15X5, 12Х8ВФ и т. д. Главным в технологии сварки в углекислом газе является надлежащий выбор сварочной проволоки, от которого зависит необходимое качество сварного шва при сварке в среде активного газа. [1].