ł'an - Oddział Katowiec

26/33 Solidifikation of Metais and Alloys, No 26, 1996 Knepnięcie Metali i Stopów, Nr 26,1996 ł'an - Oddział Katowiec PL ISSN 020!i-93!i6 SPAWANIE ROLEK ŻAROODPORNYCH ZE STALIWA LH25Nl9S2 TASAK Edmund 1, PIENIĄżEK Stanisław 2, CYRULIK Sławomir 2, SIWJAK Henryk 2, KRAWCZYK Marian 2 l) Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie. :!) Huta Częstochowa Streszczenie W pracy podjęto próbę doboru materiałów spawalniczych i technologii spawania tulei odlewanych odśrodkowo ze staliwa żaroodpornego. Usta l ono,że jedyną technologią pozwalającą łączyć tuleje w większe segmenty jest spawanie półautomatyczne w osłonach gazów ochronnych. Spawanie automatyczne lukiem krytym nie daje zadawalających wyników z uwagi na tworzenie się pęknięć gorących w spoinie. Opracowana technologia pozwala na wykonywanie rolek żaroodpornych do pieców przemysłowych. I. Wstęp Wiele elementów konstrukcyjnych z materiałów żaroodpomych wykonanych jest ze staliw. Złożoność konstrukcji jak również dążenie do obniżenia kosztów zmusza wytwórców do szukania rozwiązań polegających na zastępowaniu niektórych elementów materialami niżej stopowymi. Zachodzi wtedy konieczność spawania materiałów różnorodnych. Również ze względów technologicznych (elementy dług ie) wymagane jest niekiedy spawanie odlewów. W niniejszej pracy podjęto próbę doboru materiałów spawalniczych i technologii spawania do łączenia grubościennych tulei cp 365 x 25 mm odlewanych odśrodkowo ze staliwa żaroodpornego w gatunku LH25N19S2. 2.Mater.iał do badań Materiałem do badań były 2 tuleje odlewane odśrodkowo o składzie 0,29%C, 0,011 %S, 0,40%Mn, 18,3 %Ni, 23,8-24, l %Cr, l, 70-1,88%Si. Na odcinkach tulei wykonano

pięć prób spawania różnymi materiałami. Zestawienie technologii spawania i materiałów użytych do spawania podano w tabeli l. 257 Wykaz spoin i zastosowanych technologii spawania rolek ze staliwa LH25N1 9S Tabela l Nr próby Nr spoiny Materiał i technologia seawania l Spawanie automatyczne pod topnikiem OKI0.61, drut S-4842 <b l 6 mm firmy Kestra l 2 Spawanie automatyczne pod topnikiem OK 10.61, drut 3M2H <!> 2,4 mm firmy Weldclad oraz drut S-4842 <!> 1,2 mm firmy Kestra. 3 Spawanie automatyczne w osłonie gazu o składzie 80% argonu+ 20% C0 2 drut S-4842 <b l 6 mm. 4 Spawanie automatyczne w osłonie gazu Helmix, drut SGX12CrNi2520 <b 1,2 mm firmy Bohler. II 5 Spawanie automatyczne w osłonie gazu Argomix 20, drut SGX12CrNi2520 ~ 1 1 2 mm firmy Bohler. 3. Technologia spawania Spoina nr l Spoinę l wykonano łukiem krytym pod topnikiem. Zastosowano topnik w gatunku OK10.61 oraz drut S-4842 <!> 1,6 mm. Parametry spawania były następujące: J = 270-300 A, U = 32-34 V, prędkość spawania- 30 cm/min. Spawanie prowadzono na materiale nie podgrzewanym. W czasie spawania powstawały pęknięcia w spoinie. Kolejność układania ściegów iłustruje rys. l. Rys. l. Sposób przygotowania rowka i kolejność układania śc i egów. Spoina nr 2 Przed wykonywaniem spoiny nr 2 materiał pcidgrzewano do temperatury 250-300 C.

258 Przy układaniu dwóch pierwszych ściegów wystąpi ły pęknięcia w spoinie. Po zmianie drutu przy trzeciej i czwartej warstwie pęknieć nie stwierdzono. Pęknięcia nie wystąpiły również przy zmianie drutu z powrotem na S-4842. Rys. 2. Kolejność układania ściegów przy wykonywaniu spoiny 2. Ściegi l, 2 - drut S-4842 +topnik OK10.61, ściegi 3, 4 drut 3M2H +topnik OK10.61, pozostałe ściegi- drut S- 4842 +topnik OK10.61 Spoina nr 3 Materiały dodatkowe: drut S-4842 ej> I,6 mm, gaz - mieszanka 80%Ar + 20% C0 1 Parametry spawania: U= 24,5 V, posuw drutu- 3,5 m/min. Przed spawaniem material podgrzewano do temperatury 250-300 C. W czasie spawania nie obserwowano pęknięć Spoina 4 Rys.3. Sposób układania ściegów przy wykonywaniu spom nr 3, 4, 5. Materiały dodatkowe: drut w gatunku SGXJ2CrNi2520 ej> 1,2 mm, gaz - mieszanka 38%He + 60%Ar + 2% COz. Parametry spawania: U = 28V, posuw drutu - 7 nllmin. Przed spawaniem materiał podgrzewano do temperatury 250-300 C. W czasie spawania nie stwierdzono obecności pęknięć. Spoina nr 5 Materiały dodatkowe: drut w gatunku SGXl2CrNi2520 ej> 1,2 mm, gaz- mieszanka Argomix: 78%Ar + 20% C0 2 +2% 0 2. Parametry spawania: U = 28V, posuw drutu - 7 m/min. Przed spawaniem material podgrzewano do temperatury 250-300 C. W czasie spawania nie stwierdzono obecności pęknięć.

259 4. Badania spoin Badania wykonanych spoin obejmowa-ły : - kontrolną analizę składu chemicznego, - ocenę makroskopową złącz spawanych, - badania mikroskopowe, - pomiary twardości złącza. 4.1 Wyniki badań Wyniki analiz kontrolnych składu chemicznego spoin oraz materiału rodzimego zamieszczono w tablicy 2. Dane przedstawione w tablicy 2 wskazują, że spoiny wykonane różnymi drutami mają praktycznie taki sam skład chemiczny. W stosunku do składu chemicznego rolki spoiny mają obniżony krzem i podwyższony mangan. Tabela'"' - Badany Zawartość pierwiastków,% wa owe materiał c M n S i p s Cr Ni Mo SQ_oina l o 12 2,61 l 08 0,016 0,005 24 9 19,7 0, 11 Nb o 02 spoina 2 0,14 2,55 1,06 0.015 0,005 24 7 19,2 0, 14 0,02 spoina 3 o 12 2,43 o 89 0,010 0,010 25,4 19 6 0,12 0,01 spoina 4 o 12 2 98 o 93 0,016 001 l 25 6 19 5 o 24 o 03 spoina 5 o 14 2 70 o 91 o 015 0,011 25 5 19 5 0,24 o 03 materiał rolki 0.22 0,57 2 45 0,026 o 008 25 9 18 o 0,16 o 02 LH25Nl9S2 0,\2 max 2,0 max max 24,0 18,0 - - wg PN-62/H- -0,25 0,60-3,0 0,035 0,035-26,0-19,0 83159 Badania makroskopowe Makrostruktura przekroju poprzecznego złącz spawanych po wytrawieniu przedstawiono na rys. 4 i 5. Wszystkie spoiny posiadają prawidłowy kształt i wtopienie. W spoinie nr l oraz w pierwszych ściegach spoiny 2 widoczne są długie równoległe do siebie pęknięcia międzydendrytyczne, natomiast w złączu nr 4 i 5 uwidoczniły się drobne mikropęknięcia w strefie wpływu ciepła. Rys. 4. Makrostruktura próbki nr l zawierająca trzy spoiny testowe Trawiono odczynnikiem Mii7Fe

260 Rys. 5. Makrostruktura próbki nr II zawierająca dwie spoiny testowe nr 4 i 5. Trawiono odczynnikiem Mi 17F e. Badania mikroskopowe Badania mikroskopowe złącz spawanych przeprowadzono na zgładach nie trawionych oraz po wytrawieniu odczynnikiem Mii7Fe stosowano powiększenie 1 OOx. Wszystkie spoiny posiadają typową mikrostrukturę stali austenitycznej w stanie lanym po szybkiej krystalizacji. Przykłady struktur reprezentujących spoinę, SWe i materiał spawany przedstawiają rysunki 6, 7 i 8. Rysunki 9 i 1 O przedstawiają pęknięcia w spoinie nr 1 i 2 natomiast rys. 11 pęknięcie w SWe spoiny nr 4. Występujące pęknięcia mają charakter pęknięć gorących rozprzestrzeniaj ących się po granicach ziarn. Twardość połączeń spawanych Pomiar twardości połączeń spawanych dokonano metodą Yickersa (HV20) zgodnie z PN-64/M-69751. Rozkład linii pomiarowych twardości oraz położenie odcisków przedstawiono na rys. 12. Przykładowe rozkłady twardo ś ci dla spoiny nr 1 i 5 ilustrują rysunki 13 i 14. Pomiary wykazały, że praktycznie dla wszystkich złącz spawanych rozkłady twardości mają podobny przebieg tzn. twardość materiału spawanego wynosi około 21 O HV, w strefie Rys. 6. Spoina

261 Rys. 7. Strefa wpływu ciepła Rys. 8. Materiał spawany Rys. 9. Spoina nr l

262... :..'1.. >.:.,..... ' '.. ~ i.... {. '. ' Rys. 10. Spoina nr:! <i. :.\.. l Rys. l l. Spoina nr 4 pływu ciepła twardość wzrasta do 2:!0-230 HV natomiast w spoinie twardość vvynosi 160-170 HV dla linii I i około 200 HV dla linii III (rys. l2) Wyższa twardość ściegów pierwszych jest wynikiem wzrostu twardości na wskutek procesów wydzieleniowych zachodzących w pierwszych ściegach przy układaniu ściegów następnych. Dowodem na to jest ciągły wzrost twardości od linii I do III. l l \l \ \ \ \ \ l l l l / / //. ~L-- ~o l J[ Jir Rys. 12. Położenie linii pomiarowych twardości połączeń spawanych

263 230 220 > 210 I o!l 200 'O ~... 1QO 180 170 Nr punk1u pomiarowego Rys. 13. Rozkład twardości na przekroju spoiny nr l. 230 > :r 210 ~ ~ 200... HIO 180 2 3 4 s 5 7 e 10 Nr punk1u pomiarowggo Rys. 14. Rozkład twardości na przekroju spoiny 5

264 5. Podsumowanie Przeprowadzone badania wykazały, że można dobrać technologię spawania i materiały dodatkowe do spawania tulei żaroodpornych ze staliwa LH25N19S2 stosowanego na rolki samotoków. Spawanie łukiem krytym na zimno oraz po wcześniejszym podgrzaniu do temperatury 250-300 C nie daje zadawalających wyników. Występują bowiem pęknięcia gorące w spoinie. Do spawania tulei należy stosować drut w gatunku SGXJ2CrNi2520 firmy Bohler średnicy 1,2 łub 1,6 mm lub drut S-4842 firmy Kestra oraz mieszanki Argomix (78%Ar + 20%C0 2 + 2% 0 3 ), 80%Ar + 20%C0 3 względnie Helmix ( 38%He + 60%Ar + 2% C02). Kolejność układania ściegów pokazano na rys.!sa i b. Parametry spawania obwodów rur są następujące : napięcie U = 24-2SV, posuw drutu - 3,2 m/min pierwszy ścieg i 4 m/min pozostałe śc i egi. Przy spawaniu czopów materiały dodatkowe i parametry spawania są analogiczne jak przy spawaniu obwodów. Przed spawaniem elementy winny być podgrzane do temperatury 250-300 C. a) b) Rys 15. Sposób przygotowania krawędzi i kolejność układania ściegów przy spawaniu: a)- obwodów rury, b)- czopów do rury.