Сварка высокопрочных сталей после закалки и отпуска (S690–S960): время охлаждения определяет всё

Что отличает эти стали

Стали S690QL, S890QL и S960QL (EN 10025-6) достигают предела текучести 690–960 MPa благодаря микроструктуре после закалки и отпуска, а не богатству легирования — их углеродные эквиваленты на удивление умеренны. Поэтому проблема свариваемости является термической, а не химической: неправильный цикл охлаждения либо закаливает зону термического влияния (ЗТВ) до состояния, чувствительного к трещинам, либо отпускает её до мягкой зоны, которая становится самым слабым звеном.

Понятие t8/5

Охлаждение сварного шва в этих сталях нормируется по t8/5: времени, за которое зона сварки охлаждается с 800 °C до 500 °C. Этот интервал охватывает диапазон фазовых превращений, который определяет твёрдость и вязкость ЗТВ.

• Слишком короткое (очень низкое тепловложение, отсутствие предварительного подогрева на толстом листе): твёрдая, хрупкая ЗТВ, риск водородных трещин.
• Слишком длинное (высокое тепловложение, чрезмерный предварительный подогрев/температура между проходами): рост зерна и переотпуск — разупрочнение ЗТВ и потеря вязкости.

Производители стали обычно рекомендуют окно t8/5 порядка 5–20 seconds (уже для S960), достигаемое путём совместной координации трёх переменных: температуры предварительного подогрева, тепловложения и толщины листа. Процедуры аттестуются применительно к этому окну, а не только применительно к тепловложению.

Тепловложение и температуры

Ориентировочная практика (определяющими являются технические паспорта завода-изготовителя):

• Тепловложение обычно ограничивается примерно 0.5–1.5 kJ/mm, снижаясь по мере повышения уровня марки.
• Предварительный подогрев умеренный — часто отсутствует или составляет до ~125 °C в зависимости от толщины и суммарной толщины соединения — поскольку чрезмерный предварительный подогрев удлиняет t8/5 и разупрочняет ЗТВ.
• Температура между проходами ограничивается, часто на уровне 150–250 °C в зависимости от марки; соединение, температура которого продолжает расти от прохода к проходу, выходит за пределы окна.

Присадочный материал: соответствующий или заниженный по прочности?

Обе философии являются обоснованными:

• Соответствующие присадочные материалы (например, проволоки класса 690 или 890) используются там, где соединение должно развивать полную прочность основного металла, при строгом контроле водорода (сварочные материалы класса H5, чистое сухое хранение).
• Присадочные материалы с заниженной прочностью (мягкие) широко используются для угловых швов и соединений, не требующих полной прочности: пластичный наплавленный металл ослабляет напряжения от закрепления и гораздо более терпим к сборке и риску образования трещин, при принятом снижении прочности, которое должен утвердить проектировщик.

Какой бы вариант ни был выбран, низкое содержание водорода не подлежит обсуждению — эти марки трескаются при уровнях водорода, которые сталь S355 перенесла бы без последствий.

Производственная дисциплина

• Соблюдайте аттестованную WPS с записью фактических параметров, имеющих отношение к t8/5; не позволяйте сварщикам «ускоряться» за счёт увеличения тока — скорость перемещения напрямую входит в тепловложение.
• Подогревайте равномерно и измеряйте; контролируйте температуру между проходами, а не только в начале.
• Никакой послесварочной термической обработки, если производитель не одобрил её: обычный цикл снятия напряжений отпустит всё изделие ниже его поставленной прочности.
• Кромки после термической резки должны быть зачищены, а прихватки выполнены с тем же предварительным подогревом и теми же сварочными материалами, что и само соединение, — прихватки недостаточного размера без предварительного подогрева являются классическим источником трещин.