сварка легированных конструкционных сталей

Когда говорят про сварку лелированных конструкционных сталей, многие сразу думают про высокую прочность и автоматику. Но на практике всё упирается в мелочи, которые в учебниках мельком проходят. Тот же подбор присадочного материала для 30ХГСА или 40Х — часто берут что-то усреднённое, а потом удивляются трещинам в зоне термического влияния. Или предварительный подогрев — все знают, что нужен, но как часто его экономят, особенно на монтаже зимой... Вот об этих нюансах, которые решают всё, и хочется порассуждать.

Подготовка кромок — это не про форму, а про чистоту

Скажу сразу: если на кромках осталась окалина или следы масла, даже самый дорогой аппарат и проволока не спасут. Особенно с легированками, которые чувствительны к водороду. У нас был случай на объекте — варили балки из стали 35ХМ, визуально кромки зачистили, но остались микроскопические следы технологической смазки. После сварки пошли мелкие, едва заметные на УЗК, трещины. Переделывали весь узел.

Поэтому теперь всегда требую обезжиривание ацетоном или специальным средством, даже если металл выглядит идеально. И не просто протирку, а именно выдержку после очистки, чтобы остатки испарились. Это кажется мелочью, но в сварке легированных конструкционных сталей таких мелочей не бывает.

Ещё момент — разделка. Для толстостенных легированных сталей часто делают Х-образную, чтобы минимизировать коробление. Но здесь важно не переусердствовать с углом — слишком острая разделка ведёт к концентрации напряжений. Мы обычно придерживаемся 60-70 градусов, плюс обязательное притупление. И да, зазор контролируем шаблоном, а не на глаз.

Выбор присадочного материала — не по марке, а по условиям работы

Вот тут самый частый прокол. Смотрят на марку стали, например, 20Х2Н4А, и берут электрод или проволоку с похожим составом. Но часто забывают про режим охлаждения изделия после сварки и его дальнейшую эксплуатацию. Если конструкция будет работать при низких температурах, нужен материал, обеспечивающий высокую ударную вязкость шва. Я предпочитаю для ответственных швов по хромоникелевым сталям проволву Св-08ХН2М или что-то в этом роде, но всегда сверяюсь с техусловиями на конкретный проект.

Кстати, про поставки. Когда нужны были трубы для каркаса с последующей сваркой, работали с ООО Чэнду Жуйто Трейдинг. На их сайте rtmy.ru указано, что среди основной продукции — бесшовные и сварные стальные трубы. Для нас это было важно, потому что для легированных сталей качество трубы-заготовки, особенно по химической однородности, напрямую влияет на свариваемость. Неоднородность ведёт к непредсказуемому поведению металла в шве.

И да, проволву я всегда требую с сертификатом, где расписан не только состав, но и механические свойства наплавленного металла. Без этого даже не начинаю разговор. Один раз купили 'аналогичную' по составу, но сварной шов на образцах показал низкое относительное удлинение. Хорошо, что проверили до начала основных работ.

Термический цикл — где кроется 80% проблем

Предварительный подогрев — святое. Но температура зависит не только от марки стали и толщины. Нужно смотреть на содержание углерода и легирующих элементов. Для 40Х, например, мы греем до 250-300°C, а для 30ХГСА иногда и до 350°C поднимаем, если сечение массивное. Главное — не перегреть, иначе выгорит углерод, и металл в зоне сплавления станет слишком мягким.

А вот межпроходная температура — это отдельная песня. Часто сварщики, особенно на больших объёмах, торопятся и дают металлу остыть лишь бы до разрешённого максимума. Но с легированными сталями лучше держать температуру ближе к верхнему пределу, указанному в технологии. Это снижает скорость охлаждения и риск образования закалочных структур и трещин.

После сварки — охлаждение. Самое опасное — оставить конструкцию на сквозняке или бросить её остывать на морозе. Обязательно нужно укрывать термочехлами или хотя бы асбестовым полотном, чтобы остывание было медленным и равномерным. Помню, из-за спешки не укрыли сварной узел из 38ХН3МФА, оставили в цеху, где гулял ветер из открытых ворот. Результат — сетка трещин. Пришлось вырезать и варить заново с полным циклом термообработки.

Контроль качества — не только УЗК и рентген

Конечно, неразрушающий контроль — это основа. Но до него должен идти визуальный и измерительный контроль каждого прохода. Особенно корневого. С легированными сталями провар корня шва критичен. Малейший непровар — это концентратор напряжений, который в условиях переменных нагрузок почти гарантированно приведёт к разрушению.

Я всегда сам проверяю первый шов луной или эндоскопом, если доступ есть только с одной стороны. И заставляю сварщиков делать это. Бывает, что технология сварки прописана идеально, а человеческий фактор... Поэтому доверяй, но проверяй.

После сварки часто требуется термообработка для снятия напряжений — высокий отпуск. Тут важно не только выдержать температуру, но и скорость нагрева и охлаждения. Резкий нагрев для массивной детали из легированной стали — это тоже стресс. Мы обычно закладываем в техпроцесс нагрев со скоростью не более 150°C в час для деталей толщиной от 50 мм. Это долго, но надёжно.

Работа с трубами — специфика и поставки

Когда дело касается трубопроводов из легированных сталей, например, из 12Х1МФ или 15Х5М, добавляется ещё один пласт проблем — свариваемость трубного металла. Он часто имеет свои особенности по химии и структуре из-за технологии производства. Поэтому перед сваркой обязательно делаем технологические пробы на тех же трубах, из которых будем монтировать узел.

В этом плане надёжный поставщик металла — половина успеха. Как я уже упоминал, в некоторых проектах мы закупали трубы через ООО Чэнду Жуйто Трейдинг. Их стабильная система поставок, о которой сказано в описании компании, на практике означала, что мы получали трубы с предсказуемыми свойствами от партии к партии. А для сварки легированных конструкционных сталей это ключевой момент. Нельзя сегодня варить из одной плавки, а завтра — из другой, с чуть другим содержанием ванадия или молибдена, и ожидать одинакового результата.

Особенно это касается оцинкованных труб, которые они тоже поставляют. Сварка оцинкованных легированных сталей — это отдельная тема, там нужно удалять цинк в зоне шва, иначе пары цинка и изменение свойств металла гарантируют проблемы. Но если труба качественная, с равномерным покрытием, то и подготовка под сварку проходит легче.

В итоге, что хочу сказать. Сварка лелированных конструкционных сталей — это не высшая математика, но дисциплина и внимание к деталям должны быть на максимуме. Нельзя слепо следовать одной инструкции для всех марок. Нужно понимать, как поведёт себя конкретная сталь с её конкретным химическим составом под тепловым воздействием дуги. И всегда, всегда проверять всё на образцах перед началом основных работ. Сэкономишь день на испытаниях — потеряешь неделю на переделку. Проверено не раз.