CC BY
18
Науковий вкник НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270915 Article received 21.11.2017 р. Article accepted 28.11.2017 р.
УДК 621.791
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
8 El Correspondence author V. M. Palash wolodymyr_palash@ukr.net
В. М. Палаш, А. Р. Дзюбик, I. Б. Хомич, Ю. В. Федик
Нацюнальний утверситет "Львiвська полтехшка", м. Львiв, Украта
ОСОБЛИВОСТ1 ЗВАРНОСТ1 СТАЛ1 30ХГСА
Встановлено можливкть застосовувати метод контактно! локально! термоелектрорушшно! сили (КЛ ТЕРС), установку для якого змонтовано на оснж мiкротвердомiра ПМТ-3, для визначення у зварному з'еднанш розмiрiв зони сплавлення та !! окремих дшянок - неповного розплавлення та примежово!. Проведено дослiдження впливу температури попереднього пщг-ршання (до 25; 150; 250 °С) на мшроструктуру зварного з'еднання високомiцно! середньолеговано! мат 30ХГСА, отрима-ного двошаровими швами (кореневий шов - аустенiтний iз високолеговано! хромонжелево! сталi 08Х20Н9Г7Т, а заповню-вальний - ферито-перлiтний зi сталi 08Г2С) та розмiри дшянок зон сплавлення: мiж аустенiтним кореневим та феритно-пер-лiтним заповнювальним; мiж кореневим швом i основним металом; мiж заповнювальним швом та основним металом. Вияв-лено, що з тдвищенням температури пiдiгрiвання зразкiв перед зварюванням, розмiр всiх трьох зон сплавлення та !х дшя-нок збшьшуеться, а середнiй rрадieнт змши КЛ ТЕРС закономiрно зменшуеться. Встановлено, що у зош сплавлень утворю-ються твердi прошарки рiзно! природи, мiкротвердiсть яких може значно перевищувати !! величину у швi. Запропоновано для зменшення величини твердих прошарюв використовувати для аустенiтного шва зварювальш матерiали з мiнiмальним вмiстом хрому та шших карбiдотвiрних елеменпв, зокрема високолеговаш марганцем, а також азотом.
Ключовi слова: зварювання; зона сплавлення; зона термiчного впливу; двошарове зварювання; контактна локальна тер-моелектрорушiйна сила (КЛ ТЕРС).
Вступ. 30ХГСА - це високояшсна середньолегована консгрукцiйна сталь, найпоширешша iз класу сталей хромансиль (система легування "хром-марганець-крем-нш"). Шсля гартування i высокого вiдпуску вона стае досить мщною за сповна задовшьноТ пласгичносгi, i !'!' широко використовують у рiзних галузях машинобуду-вання для виготовлення рiзних вщповщальних деталей, особливо таких, що працюють за низьких температур i знакозмiнних навантажень. Вона не мiсгигь дефщитних легувальних елеменгiв i е досить дешевою, але недоль ком !'!' е обмежена зварнiсгь, тому для отримання яшс-них зварних з'еднань погрiбне попередне пiдiгрiвання та термiчне оброблення (Makarov, 1981). Забезпечення технолопчноТ мiцносгi зварних з'еднань потребуе детального вивчення умов та особливостей формування металу шва, а також навколошовних дiлянок зони тер-мiчного впливу та зони сплавлення. Саме тут можливе зародження та виникнення трщин як пiд час, так i пiсля процесу зварювання. З огляду на це дослвдження особ-ливостей зварносп щеТ сталi е важливим та актуальним.
Аналiз останнiх дослщжень та публiкацiй. Вщо-мо, що сталь 30ХГСА пiд час електродугового зварювання схильна до утворення "холодних" технологiчних трiщин. Однiею з основних причин цього е утворення у навколошовнш зош крупнозернисто! мартенситно!' структури з низькою трiщиностiйкiстю тд дiею зварю-
вальних напружень. Це зумовлено недостатньою для релаксацп внутрiшнiх напружень деформацiйною спро-можнiстю границь зерен (Palash, Dzubik & К^туЛ, 2017; Palash, 2003). Здебiльшого для тдвищення стiйкостi зварних з'еднань до утворення холодних тех-нологiчних трщин застосовують попередне тддршан-ня та використовують аустештш зварнi шви (Lobanov et б!, 1999). Сприятливий вплив останшх пояснюють, по-перше, ввдносною легкоплавк1стю високолегованого аустенiту, завдяки чому цей метал здатний проникати межами зерен основного металу в зош сплавлення, що робить останнш пластичшшим та деформацiйно спро-можнiшим i цим самим стiйкiшим до утворення техно-логiчних трiщин. Окрiм цього, аустешт, порiвняно з фе-ритом, краще розчиняе водень й одночасно знижуе ко-ефщент його дифузп, що приводить до зменшення кон-центрацп останнього в навколошовнш зош. Важливим для тдвищення спйкосп до утворення холодних трь щин е те, що вщносно невисока межа текучосп аустеш-ту сприяе релаксацп напружень, як1 виникають у зварному з'еднаннi внаслщок термодеформацiйного циклу зварювання (ТЦЗ) (Ря^, 2003; Sorokin, 1989; Рго1До-rov, 1979). Здебiльшого повнiстю аустенiтнi шви недо-цiльно використовувати внаслвдок !х високоТ вартостi та недостатньо! експлуатацшноТ мiцностi. Тому остан-нiм часом дедалi бiльше уваги придiляють двошаровим
1нформащя про aBTopiB:
Палаш Володимир Миколайович, канд. техн. наук, професор. Email: wolodymyr_palash@ukr.net Дзюбик Андрш Романович, канд. техн. наук, доцент. Email: dar.lviv@gmail.com Хомич 1ван Богданович, асистент. Email: ivankhomych_@ukr.net Федик Юрiй Володимирович, мапстрант. Email: zefir767@gmail.com
Цитування за ДСТУ: Палаш В. М., Дзюбик А. Р., Хомич I. Б., Федик Ю. В. Особливост зварност CT^i 30ХГСА. Науковий вiсник
НЛТУ УкраТни. 2017. Вип. 27(9). С. 68-72. Citation APA: Palash, V. M., Dzubyk, A. R., Khomych, I. B., & Fedyk, Yu. V. (2017). Welding Features of 30HGSA Steel. Scientific Bulletin of UNFU, 27(9), 68-72. https://doi.org/10.15421/40270915
швам, коли кореневий шов е аустеттним, а заповню-вальний - це вуглецева чи низьколегована сталь (Loba-nov et al., 1999).
Виклад основного матерiалу досл1дження. У ро-ботi дослвджували стиковi зварнi з'еднання i3 сталi 30ХГСА, хiмiчний склад яко! наведено у табл. 1, отри-манi двошаровими швами (кореневий шов - аустетт-ний, а заповнювальний - ферито-перлiтний). Зварюван-ня виконували пiвавтоматичним способом у сумiшi iнертних та активних газiв (82 %Ar + 18 %СО2) на зва-рювальнiй установцi марки TPS 400 I фiрми "Fronius". Дiаметр електродних дротiв у всiх випадках був одна-ковий - 1,2 мм. Хiмiчний склад зварювальних електродних дропв наведено у табл. 2 та 3.
Табл. 1. XiMi4Hrf склад дослзджувано! сталi 30ХГСА, %
C Si Mn Ni Cr P S Cu
0,31 0,95 0,90 0,31 0,97 0,025 0,025 0,36
Табл. 2. Хiмiчний склад зварювального дроту _Св-08Г2С, %_
C Si Mn Ni Cr P S
0,09 0,90 2,10 0,25 0,03 0,02 0,02
Табл. 3. Хiмiчний склад зварювального дроту _Св08Х20Н9Г7Т, %_
C Si Mn Ni Cr Mo Ti S P Cu
0,09 0,60 6,58 9,2 20,2 0,25 0,68 0,018 0,025 0,25
Параметри двопрохвдного режиму електродугового зварювання за отримання стикового з'еднання таш: перший прохiд (кореневий аустеттний шов) 1зв = 120 А, ид = 21,5 В; другий прохiд (заповнювальний ферито-пер-лггаий шов) 1зв = 135 А, ид = 21,8 В. Зварювання здшснювали за таких початкових температур тддрь вання зразк1в: 25; 150; 2500 °С. 1з зварних з'еднань ви-готовляли мiкрошлiфи для дослвдження мжрострукту-ри, макро- та мжротвердосп, м^орентгеноспектраль-ного аналiзу контактно! локально! термоелектрору-шiйноi сили (КЛ ТЕРС), поверхня яких пiддавалась хь мiчному травленню 4 % розчином НМ03 в етиловому спиртi. Мiкроструктуру дослвджували на оптичному металографiчному мiкроскопi МИМ-8М (Shorshorov & Belov, 1972).
Вимiрювання КЛ ТЕРС здiйснювали на спещальнш установцi, зiбранiй на базi приладу для замiру мжрот-вердосп ГТМТ-3 (рис. 1).
Рис. 1. Електрична схема установки для вимiрювання КЛ ТЕРС: 1) джерело живлення; 2) реостат; 3) мшротч; 4) досль джуваний зразок; 5) вольфрамовий термозонд; мА - мшампер-метр; мкВ - мiкровольтметр постiйного струму Ф4834; Т та Т2 - температура термозонда та зразка вiдповiдно
Установку для вимiрювання КЛ ТЕРС змонтовано на основi мiкротвердомiра ПМТ-3, у якому iндентор -алмазну трашдку замiнювали вольфрамовим термозондом, загострений к1нець якого пiдiгрiвався з допомо-
гою мiкропечi. Вимiрювання КЛ ТЕРС, яка виникае мiж нагрiтим загостреним к1нцем вольфрамового термозонда та зразком тд час !хнього контакту на мiкрошлiфi, проводили з допомогою мжровольтметра постiйного струму Ф4834. Рiзниця температур мiж ними тдтриму-валась постiйною i становила 100 °С. Дiаметр загостре-ного к1нця вольфрамового зонда не перевищував 5 мкм, що дало змогу визначати величину КЛ ТЕРС на дуже малих площах дослiджуваних мiкрошлiфiв, зокрема у зон сплавления зварних з'еднань. Надштсть i пос-тiйнiсть контакту вольфрамового зонда з вибраним мю-цем на поверхт мiкрошлiфа тд час всiх вимiрювань за-безпечувалось зусиллям його притискання 0,196 Н.
Вимiрювания макротвердостi проводили за методом Вжкерса iз втисненням алмазно! шрамвди за наванга-ження 98 Н, а м^отвердосп - на твердомiрi ПМТ-3 за наваитажения 0,98 Н. Хiмiчний склад основного мета-лу, зварних швiв та зони сплавления визначали з допомогою оптичного емюшного спектрометру MetalSkan PolySpek.
Вщомо (Makarov, 1981; Sorokin, 1989), що техноло-гiчнi трiщини пiд час зварювання високомщних вугле-цевих i легованих сталей найчастiше утворюються у зо-нi сплавлення та у навколошовнш зонi. Це зумовлено тим, що саме тут тд дiею ТЦЗ е велика ймовiрнiсть ут-ворення крупнозернистого голчастого мартенситу, який мае високу схильтсть до крихкого руйнування межами зерен за дп залишкових зварювальних напружень 1-го роду. Зона сплавлення, що знаходиться мiж швом i дь лянкою перерву, за сво!м хiмiчним складом вiдрiз-няеться вiд них внаслвдок переб^у тут певних дифу-зiйних процеав. За своею природою вона не е однорщ-ною i складаеться iз двох дiлянок - примежово! та не-повного розплавлення основного металу (Lobanov et al., 1999). У примежовш дiлянцi метал перебував у роз-плавленому станi i за сво!м складом близький до основного внаслвдок вiдсутностi тут конвективно! дифузи, яка вирiвнюе за хiмiчним складом основний об'ем зва-рювально! ванни. У цiй далянщ може вiдбуватися мiсце молекулярна дифузiя вуглецю iз твердо! фази, а також реактивна дифузiя у розплавi карбiдотвiрних елементiв. 1снування дiлянки неповного розплавлення зумовлене природою будови сталей. Вщомо, що !хне розплавлення та кристалiзацiя вiдбуваються у деякому iнтервалi температур i тому тут завжди iснуе певний об'ем металу, що перебувае у двофазному твердо-рщинному станi. Тут також, як i у примежовiй, вiдбуваються дифузiйнi процеси перерозподiлу хiмiчних елементiв мiж твердою фазою та розплавом. Унаслвдок переб^у таких дифу-зiйних процесiв тд час зварювання у зонi сплавлення можуть утворюватися прошарки рiзного складу та структури - феритний, мартенситний, карбiдний тощо, що значною мiрою визначають технологiчну мiцнiсть зварних з'еднань. З те! причини основну увагу у робоп придiляли дослiдженню саме цих дшянок - навколо-шовно! та зони сплавлення.
Сталь 30ХГСА схильна до аустенiто-мартенситного та аустетто-бейттного перетворень пiд дiею (ТЦЗ), особливо у дмнт перегрiву. Уникнути появи тако! не-бажано! структури тд час зварювання можливо шляхом ютотного зменшення швидкостi охолодження зварних з'еднань у температурному iнтервалi мiнiмально! стiйкостi аустенiту (500...600 °С) до значення, не вищо-го за 4 град/с (Frolov, 1988).
На мiкрошлiфах зварних з'еднань, схематичну будо-ву яких зображено на рис. 2, дослвджували мжрострук-туру, хiмiчний склад, твердiсть, КЛ ТЕРС в околi трьох рiзних зон сплавлення: мiж основним металом та запов-нювальним швом, мiж заповнювальним та кореневим швами, мЪк основним металом та кореневим швом.
лвдження зон сплавлення здшснювали методом вимiрю-вання КЛ ТЕРС.
Рис. 2. Схема зварного з'еднання: ОМ - основний метал; ЗТВ -зона термiчного впливу; ЗС1 - зона сплавлення мiж основним металом та заповнювальним швом (Св08Г2С); ЗС2 - зона сплавлення мiж заповнювальним (Св08Г2С) та кореневим (Св08Х20Н9Г7Т) швами; ЗСЗ - зона сплавлення мiж основним металом та кореневим швом (Св08Х20Н9Г7Т); ПД - примежо-ва длянка; НР - длянка неповного розплавлення металу
У зразках, зварених без пвд^ву, мiкроструктура у навколошовнш дiлянцi ЗТВ, яка сформувалась унасль док виконання заповнювального ферито-перлiтного шва, практично повшстю мартенситна з твердктю 520 HV. 1з тдвищенням температури пвд^ву до 250 °С структура тут переважно бейнiтна з твердктю 370 HV (рис. 3). Через те, що зварювання здшснюва-лось за два проходи, вщбулася певна змша структури у навколошовнiй зон ЗТВ, що утворилась пiд час зварювання кореневого аустештного шва - вона стала бейшт-но-мартенситною i бiльш дрiбнозернистою iз твердктю 420 НУ (рис. 4).
Рис. 3. Мшроструктура зварного з'еднання (зона сплавлення мiж основним металом та заповнювальним швом): а) без тдаг-ршу; б) Тп1д =250 °С, (х500)
На всiх зразках достатньо чiтко виявляеться зона сплавлення, що знаходиться мiж зварними швами iз стовпчастою ферито-перлiтною структурою - у запов-нювальних швах i аустештною - у кореневих та ввдпо-вiдними навколошовними зонами (див. рис. 3, 4). Природа зон сплавлення визначаеться хiмiчним складом та особливостями дифузшних процеав, що тут вщбува-ються. Мiж заповнювальним швом та основним металом зона сплавлення виявляеться у виглядi темних прошаркав, а мiж кореневим швом та основним металом - у виглядi свгглих "запливiв" аустешту мiж частково оп-лавленими зернами основного металу. Детальшше дос-
Рис. 4. Мшроструктура зварного з'еднання (зона сплавлення мiж основним металом та кореневим швом): а) без тдцршу; б) Тдщ=250 °С, (х500)
Результати дослiдження КЛ ТЕРС представлено на рис. 5-7 у виглядi кривих И розпод^ поперек зварного з'еднання у трьох зонах сплавлення, яш утворились тд час двошарового зварювання. При цьому по оа ординат ввдкладено величину КЛ ТЕРС у мкв, а по оа абсцис -вiддаль у мкм ввд виявлено! на мiкрошлiфах границi мiж окремими дiлянками зони сплавлення.
На кривих розподшу КЛ ТЕРС у зонах сплавлення мiж кореневим аустештним швом i заповнювальним ферито-перлiтним та основним металами чiтко виявля-ються двi дiлянки досить рiзко! И змiни. Варто зазначи-ти, що КЛ ТЕРС мае додатш значения у аустештному швi та примежевш дiлянцi зони сплавлення з основним металом та у дмнщ його неповного розплавлення зони сплавлення iз заповнювальним швом, тодi як в шших дiлянках сплавлення вона мае вщ'емт значення (див. рис. 5, 6). У всш зонi сплавлення заповнювального шва iз основним металом КЛ ТЕРС теж вщ'емна (див. рис. 7). Такий характер розподшу, ймовiрно, зумовле-ний змiною хiмiчного складу сталi.
Мiкрорентгеноспектральним аналiзом виявлено, що у донках з додатними величинами КЛ ТЕРС е тдви-щений вмiст легувальних елементiв, зокрема хрому (бшьше за 3 %), тодi як у дiлянках з вщ'емними величинами його кшьшсть не перевищуе 1 %.
Ь,МК| -
/
/
/
/
Ос НОВ НИР ме ?тах / К
/
/
/
/
/
/
/ 1мкм
-1 ■1 (0 -1 Ю -1 ю 0 А У К) 1 0 1 0 1 0 110
Рис. 5. Розподш КЛ ТЕРС у зон сплавлення мiж основним металом та кореневим (аустенпним) швом без попереднього т-днршу
h. mki -
/
lan( )bh ювс / К ий шо в—
/
/
/
/
/ lmkt
60 -1 50 -1 10 -1 » -i ю 0 / 1 a ) i ю 1 ю 1 0 1 ii
/;
Рис. 6. Розподш КЛ ТЕРС у зот сплавлення мiж заповнювальним та кореневим (аустенiтним) швами без попереднього пiдiгрiву
У зонах сплавлення зразюв i3 попереднiм пщгршан-ням розподш ЛК ТЕРС яюсно аналогiчний. Кшьюсш параметри, яю характеризують зони сплавлення, а саме: розмiр зони сплавлення та 11 окремих дiлянок, величина зм™ КЛ ТЕРС та 11 градieнт - зведено у табл. 4. Ан^з отриманих даних св^ить про те, що з тдвищенням температури пiдiгрiвання зразюв перед зварюванням,
розмiр всiх трьох зон сплавлення та 1х дiлянок, приме-жово1 та неповного розплавлення, збiльшуeться, а се-реднiй rрадieнт змiни КЛ ТЕРС закономiрно змен-шуеться. Разом з тим, немае чгшо1 закономiрностi у змь нi 11 величини.
t.MKt L, мкм
80 -1 « -I 10 -1 10 9 0 0 И t i 1 на
Oc HOB НИР ме таг Зап nRHIflR аль ни{ ш эв
Рис. 7. Розподiл КЛ ТЕРС у зот сплавлення мiж основним ме-талом та заповнювальним (ферито-перлгшим) швом без попереднього пщ^ву
Вимiрювання мiкротвердостi показали наявнiсть у зонах сплавлення досить твердих прошарюв (600...630 МПа) розмiрами 10...20 мкм. Вони знахо-дяться переважно у примежовйй дiлянцi зон сплавлення кореневого шва. 1х виникнення зумовлене дифузiею вуглецю iз дiлянки неповного розплавлення у примежо-ву, а також дифузiею хрому iз зварювально1 ванни у примежову дiлянку, що призводить, швидше за все, до утворення пiд час охолодження високолегованого мартенситу та спещальних карбщв.
Табл. 4. Характеристика зон сплавлення
Характеристика зварного з'еднання Характеристика зони сплавлення Примежова длянка (ПД) Дшянка неповного розплавлення (ДНР) Зона сплавлення (ПД+ДНР) Градаент змь ни Е, мкВ/мкм
Розмiр, мкм ДЕ, мкв Розмiр, мкм ДЕ, мкв Розмiр, мкм ДЕ, мкв
Без попереднього шдаг^вання 08Г2С-0М 68 -90 80 -55 148 145 0,97
08Г2С-08Х20Н9Г7Т 85 -210 140 450 225 660 2,93
08Х20Н9Г7Т-0М 140 450 80 -120 220 570 2,59
Тщд=150 °С 08Г2С-0М 73 -80 88 -60 161 140 0,87
08Г2С-08Х20Н9Г7Т 92 -220 150 460 242 682 2,81
08Х20Н9Г7Т-0М 155 455 92 -125 247 580 2,35
Тщц=250 °С 08Г2С-0М 80 -75 93 -68 173 143 0,82
08Г2С-08Х20Н9Г7Т 100 -224 157 445 257 669 2,60
08Х20Н9Г7Т-0М 162 460 96 113 248 573 2,30
Висновки. Встановлено можливють використання методу КЛ ТЕРС для визначення розмiрiв зони сплавлення та окремих 11 д^нок, неповного розплавлення i примежово1, у зварному з'еднаннi стал 30ХГСА, отри-маному двошаровим зварюванням (кореневий шов аус-тенiтний iз високолеговано! хромонiкелево1' сталi 08Х20Н9Г7Т, а заповнювальний - ферито-перлiтний зi сталi 08Г2С). Шдвищення температури пiдiгрiву зразюв перед зварюванням до 250 °С збшьшуе розмiр всiх трьох дослщжуваних зон сплавлення та 1х дiлянок, при-межово1 та неповного розплавлення, а середнш rрадiент змiни КЛ ТЕРС зменшуе. Вимiрювання мiкротвердостi показали наявтсть у зонах сплавлення досить твердих прошарюв (600... 630 МПа) розмiрами 10...20 мкм, що знаходяться переважно у примежовш дiлянцi зон сплавлення кореневого шва. Шд час двошарового зварюван-ня без пщ^вання сталi 30ХГСА для пiдвищення тех-нологiчно1 мiцностi за рахунок зменшення розмiрiв твердих прошарюв у зонах сплавлення доцшьно вико-ристовувати для аустештного шва зварювальнi матерь али з мммальним вмiстом хрому та шших карбiдотвiр-них елементiв.
nepe^iK BHKopHCTaHHX g»epe.n
Frolov, V. V. (1988). Teoriia svarochnykh protcessov. Moscow: Vysshaya shkola. 559 p. [in Russian].
Lobanov, L. M., Mikhodui, L. I., Vasilev, V. G., Pozniakov, V. D., Mikhodui, O. L, & Gonchar, A K. (1999). Osobennosti protekaniia termodeformatcionnykh protcessov pri dugovoi svarke vysokop-rochnykh stalei. Avtomaticheskaia svarka, 3, 13-17. [in Russian].
Makarov, E. L. (1981). Kholodnye tretchiny pri svarki lehirovannykh stalei. Moscow: Vyd-vo Mashynostroieniie. 248 p. [in Russian].
Palash, V. M. (2003). Metaloznavchi aspekty zvarnosti zalizovuhlet-cevykh splaviv. Lviv: Vyd-vo KINPATRI LTD. 236 p. [in Ukrainian].
Palash, V. M., Dzubik, A R., & Khomych, I. B. (2017). Osoblyvosti budovu zvarnoho ziednannia zi stali typu 35 KHM z austenitnym shvom. Visnyk Lviv Polytechnic National University. Series Dyna-mika, mitsnist ta proektuvannia mashyn i pryladiv, 866, 72-77 p. [in Ukrainian].
Prokkhorov, N. N. (1979). Tekhnolohicheskaia prochnost svarnykh shvov v protcesse kristallizatcii. Moscow: Mashynostroieniie. 249 p. [in Russian].
Shorshorov, M. Kh., & Belov, V. V. (1972). Fazovye prevraschenie i izmenenie svoistv stali pri svarke. Moscow: Nauka. 220 p. [in Russian].
Sorokin, V. H. (1989). Marochnik stalei i splavov. Moscow: Mashynostroieniie. 640 p. [in Russian].
В. Н. Палаш, А. Р. Дзюбык, И. Б. Хомыч, Ю. В. Федык
Национальный университет "Львовская политехника", г. Львов, Украина
ОСОБЕННОСТИ СВАРИВАЕМОСТИ СТАЛИ 30ХГСА
Установлена возможность применения метода контактной локальной термоэлектродвижущей силы (КЛ ТЕРС), установка для которого смонтирована на основе микротвердомера ПМТ-3, для определения в сварном соединении размеров зоны сплавления и ее отдельных участков - неполного расплавления и приграничного. Проведено исследование влияния температуры предварительного подогрева (до 25; 150; 250 °С) на микроструктуру сварного соединения высокопрочной среднеле-гированной стали 30ХГСА, полученного двухслойными швами (корневой шов - аустенитный из высоколегированной хро-моникелевой стали 08Х20Н9Г7Т, а заполняющие - феррито-перлитный из стали 08Г2С) и размеры участков зон сплавления: между аустенитным корневым и ферритно-перлитным заполняющим; между корневым швом и основным металлом; между заполняющим швом и основным металлом. Выявлено, что с повышением температуры подогрева образцов перед сваркой, размер всех трех зон сплавления и их участков увеличивается, а средний градиент изменения КЛ ТЕРС закономерно уменьшается. Установлено, что в зоне сплавления образуются твердые слои различной природы, микротвердость которых может значительно превышать ее величину в шве. Предложено для уменьшения величины твердых слоев использовать для аустенитного шва сварочные материалы с минимальным содержанием хрома и других карбидообразующих элементов, в частности высоколегированные марганцем, а также азотом.
Ключевые слова: сварка; зона сплавления; зона термического влияния; двухслойная сварка; контактная локальная термоэлектродвижущая сила (КЛ ТЕРС).
V. M. Palash, A. R. Dzubyk, I. B. Khomych, Yu. V. Fedyk
Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine
WELDING FEATURES OF 30HGSA STEEL
We investigated the welded joints of high-quality medium-alloy structural steel 30HGSA, obtained by double-layer welding (aus-tenitic root-stem from high-alloy chromium-nickel steel 08H20N9G7T, and filler-ferrite-perlite from steel 08G2S). Welding was carried out by a semi-automatic method in a mixture of inert and active gases (82 % Ar + 18 % CO2) on a welding plant of the brand TPS 400 I of Fronius Firm, and the diameter of the electrode wires in all cases was the same 1.2 mm. We proposed to use the method of contact local thermoelectric force (CL TERS) to determine the size of the fusion zone and its separate sections - incomplete fusion and adjoining. The installation for measuring the CL TERS is mounted on the basis of the micro-meter PMT-3, in which the inden-ter-diamond pyramid was replaced by a tungsten thermal probe, the sharpened end of which was heated with the aid of a microwell. The dimensions of the zones of the fusion zones are investigated: between the root seams and the base metal; between the filler seam and the base metal; between austenitic root and ferrite-perlite filling joints. The samples were welded at the following initial heating temperatures: 25 °С; 150 °С; 250 °С. We have defined that increasing the heating temperature of samples before welding up to 250 °С increases the size of all three studied fusion zones and their sites, adjoining and incomplete melting, and the average gradient of the LC TERS reduces, but there is no clear pattern in changing its magnitude. Means of microhardness showed the presence in the fusion zones of fairly solid layers (600... 630 MPa) in the sizes 10... 20 microns, located mainly in the adjacent section of the fusion zones of the root seam. For double layer welding without heating of 30HGSA steel to increase the technological strength by reducing the size of solid layers in the fusion zones, it is expedient to use welding materials with a minimum content of chromium and other carbide-forming elements for austenitic seam.
Keywords: welding; fusion zone; thermal influence zone; two-layer welding; contact local thermoelectric force (CL TERS).
