свариваемые легированные сталь

Когда говорят про свариваемые легированные стали для энергетики, многие сразу думают про хромомолибденовые марки, типа 12Х1МФ или 15Х1М1Ф. Это, конечно, классика для паропроводов и корпусов ЦВД. Но свариваемость — это не просто свойство материала, это целая история, которая начинается с химии плавки и заканчивается термообработкой после сварки. Частая ошибка — гнаться за высокой жаропрочностью, забывая, что та же сталь ЭИ415, например, требует такой строгой предварительной и сопутствующей подогрева, что на объекте, особенно при ремонте, это может превратиться в кошмар. У нас в практике был случай с ремонтом патрубка перегретого пара на одной ТЭЦ — материал вроде бы знали, но не учли степень деградации металла после долгих лет работы. Сварили по стандартной технологии, а потом пошли трещины в зоне термического влияния. Пришлось разбираться, делать металлографию, и оказалось, что из-за длительной эксплуатации произошел рост карбидов по границам зерен, и металл стал склонен к образованию закалочных структур. Вот тут и понимаешь, что свариваемость — это динамическая характеристика, она меняется со временем службы детали.

Химия и предварительный подогрев: без компромиссов

Основной бич при сварке легированных сталей — холодные трещины. И здесь всё упирается в углеродный эквивалент. Берёшь сертификат на лист или поковку, считаешь по формуле, и уже примерно представляешь масштаб бедствия. Для популярной 12Х1МФ углеродный эквивалент может колебаться в пределах 0.45-0.55%, а это уже обязывает к серьёзному предварительному подогреву до 250-300°C. Но и это не панацея. Важно греть не только место сварки, а весь массивный узел равномерно, иначе возникают чудовищные термоупругие напряжения. Мы для таких задач используем гибкие керамические нагреватели с цифровыми программаторами — старая горелка с пропаном даёт слишком локальный и неконтролируемый нагрев.

А ещё есть нюанс с содержанием серы и фосфора. Казалось бы, мелочь, по ГОСТу допускается. Но если сера на верхнем пределе, при сварке под флюсом могут пойти горячие трещины. Один раз столкнулись с этим при изготовлении камеры подшипника для турбины. Металл по сертификату был в норме, но сварные швы в угловых соединениях дали сетку микротрещин. После разбирательств выяснилось, что литая заготовка поковки имела ликвационную неоднородность — локально сера была повышена. С тех пор для ответственных узлов заказываем дополнительный анализ спектра на самом изделии в зоне будущей разделки кромок.

Именно поэтому в нашей компании ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование при капитальном ремонте или модернизации турбин мы не полагаемся слепо на паспорта. Первый этап — это всегда вырезка технологических образцов для проведения полного комплекса испытаний: не только механических, но и определения реального химического состава в разных точках. Особенно это критично для деталей, отработавших длительный ресурс. Сайт https://www.chinaturbine.ru подробно описывает наш подход к ремонту, но вживую всё ещё сложнее — каждый случай уникален.

Выбор сварочных материалов: не всё электроды одинаковы

Здесь поле для самых больших ошибок. Берут, например, для сварки корпуса из стали 15Х1М1Ф электрод ЦЛ-39 — вроде бы всё правильно. Но забывают, что партия электродов может быть пересушена или, наоборот, набрать влаги. А для таких сталей влажность покрытия — смерть. Перед ответственной работой электроды обязательно прокаливаем по режиму, указанному в сертификате, а потом держим в переносных сушилках при 80-100°C. Вынимаем по пачке, не больше.

Другой момент — сварка под флюсом. Для автоматической сварки кольцевых швов обечаек это идеально. Но флюс, например, АН-26, нужно тоже контролировать — его гранулометрический состав и влажность. Бывало, что из-за слишком мелкой фракции флюса ухудшалась форма шва и появлялись поры. А ещё важно соответствие проволоки и флюса. Для хромомолибденовых сталей часто идёт проволока Св-08ХМФА в паре с флюсом АН-26. Но если нужно получить особые свойства металла шва, например, повышенную ударную вязкость после термообработки, то могут потребоваться более легированные варианты проволоки. Это уже задача технологов, которые должны считать диффузию элементов из основного металла в шов.

В практике монтажа и наладки, которыми мы занимаемся, часто приходится работать в полевых условиях. И там не всегда есть возможность использовать автоматику. Поэтому огромное значение имеет квалификация сварщика-ручничка. Он должен чувствовать, как ведёт себя ванна на предварительно подогретом металле, как правильно формировать валик, чтобы минимизировать напряжение. Это искусство, которое не заменишь инструкцией.

Термообработка после сварки: где время решает всё

Самый критичный этап. Отпуск для снятия сварочных напряжений — это не просто ?погреть и остудить?. Это строгий режим: скорость нагрева (чтобы не создать новых напряжений), выдержка (из расчёта примерно 1 час на 25 мм толщины, но не менее 2 часов) и, что самое важное, скорость охлаждения. Для многих свариваемых легированных сталей охлаждение с печью обязательно, иначе рискуешь получить закалку и ту самую хрупкость, от которой и пытался избавиться.

На одном из проектов по модернизации проточной части турбины был неприятный инцидент. Сварили массивную крышку, провели отпуск в полевой печи-термосе. Всё по графику. Но при ультразвуковом контроле обнаружили зону с пониженной звукопроводностью. Оказалось, что из-за неравномерности нагрева в полевой печи (а она была на газовых горелках) в одной части изделия температура не дотянула до нижней границы интервала отпуска. Пришлось вырезать кусок, делать металлографию и потом заново проводить полноценный нагрев с контролем термопарами в 12 точках. Урок дорогой, но поучительный: экономия на правильном оборудовании для термообработки всегда выходит боком.

Для нас, как для предприятия, занимающегося полным циклом от проектирования до обслуживания, наличие стационарных печей с компьютерным управлением — must have. Особенно при капитальном ремонте, когда нужно обрабатывать уже собранные узлы, такие как корпуса цилиндров турбин. На нашем сайте в разделе о производстве и ремонте это отражено, но суть в том, что без этого просто нельзя гарантировать ресурс отремонтированного агрегата.

Контроль качества: не только УЗК и рентген

Конечно, радиографический контроль и ультразвук — это основа. Но они показывают уже готовый дефект. А нам важно поймать процесс. Поэтому обязателен пооперационный контроль. Первый проход, зачистка корня шва — уже смотрим на него лупой. Малейшие признаки трещиноватости или несплавления — идём на вырезку. После каждого слоя — визуальный контроль и измерение твёрдости в зоне термического влияния переносным твердомером. Если твёрдость поползла вверх, это сигнал, что технология сварки или подогрева дала сбой.

Особый разговор — цвета побежалости. Для нержавеющих сталей это индикатор окисления и выгорания хрома, а для наших перлитных свариваемых легированных сталей — это часто признак перегрева или, наоборот, недостаточного защитного действия среды. Если видим синие или фиолетовые полосы вдоль шва, это повод глубоко копнуть в параметры режима сварки и качество защитных газов или покрытия электродов.

В конце, после всей термообработки, идёт комплексный контроль: УЗК 100% швов, выборочный рентген, измерение твёрдости по сетке на всём изделии, и часто — испытания на стойкость к МПД (магнитопорошковый метод) для выявления поверхностных дефектов. Только так можно спать спокойно, отправляя узел на монтаж, например, на какую-нибудь электростанцию в другой стране, куда мы поставляем оборудование и компоненты.

Практические заметки из опыта ремонта

Хочется поделиться одним специфичным моментом, с которым сталкиваешься при ремонте, а не при новом строительстве. Это сварка ?старого? металла с ?новым?. Допустим, нужно приварить новый патрубок к отработавшему десятилетия коллектору из стали 12Х1МФ. Химия основного металла может быть в норме, но его структура уже другая — произошел коагуляционный распад карбидов. Свариваемость такого металла хуже, он более склонен к росту зерна в ЗТВ. Тут приходится идти на хитрости: применять более ?мягкие? сварочные материалы с пониженной тепловой мощностью, уменьшать погонную энергию, увеличивать предварительный подогрев, а иногда даже делать промежуточный высокий отпуск всего узла перед наваркой новой детали. Это не по учебникам, это уже кустарная, но необходимая практика.

Ещё один момент — сварка в труднодоступных местах при ремонте на действующей станции. Когда вокруг другие трубопроводы, изоляция, и нет возможности поставить нормальный подогрев. Тут спасают электронагреватели на гибких лентах, которые можно обмотать вокруг трубы, и специальные термочехлы для сохранения температуры. Но главное — это тщательная подготовка и расчёт, чтобы минимизировать время сварки и снизить риск охлаждения стыка ниже межпрокатной температуры.

В общем, тема свариваемых легированных сталей — это бесконечное поле для анализа, экспериментов и накопления именно практических знаний. Теория даёт базис, но каждый новый проект, каждый ремонт — это немного новый вызов. И в этом, если честно, и заключается вся соль нашей работы в ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование: не просто сделать по чертежу, а понять материал, его историю и поведение, чтобы итоговая конструкция — будь то новая турбина или отремонтированный цилиндр — работала надежно и долго. Всё остальное — детали, важные, но вторичные.