При сварке легированных сталей (30ХГСА) выбор параметров режима сварки с наименьшим тепловложением не всегда является достаточным условием для получения качественного сварного соединения, поэтому зачастую прибегают к дополнительным операциям усложняющим технологический процесс и увеличивающим количество затрат на изготовление сварных конструкций.

Предварительный подогрев и послесварочная термообработка широко применяются в отечественной и зарубежной практике для повышения стойкости сварных соединений из высокопрочных сталей к образованию холодных трещин. В зависимости от химического состава сталей, их толщины, типа сварных соединений, условий изготовления и работы конструкций температура предварительного подогрева и послесварочной термообработки может варьироваться в достаточно широком диапазоне.

Подогрев изделий при однопроходной сварке сталей, склонных к закалке и образованию холодных трещин, является необходимой операцией технологического процесса сварки. Он способствует снижению градиента температур при сварке и тем самым уменьшает величину сварочных напряжений в изделии. Такой технологический процесс позволяет, в некоторой степени, снизить уровень содержания водорода в сварном соединении, уменьшить скорость охлаждения металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ), увеличить время протекания структурных превращений. Однако его применение увеличивает время изготовления сварной конструкции, ухудшает условия работы сварщика, требует дополнительных ресурсозатрат.

При выполнении многопроходной сварки наблюдается эффект автотермообработки слоев сварного шва, т.е. термическое воздействие накладываемого слоя шва на предшествующие слои. Положительный эффект автотермообработки наблюдается при правильном выборе режимов сварки, а завышение режимов ведет к перегреву металла шва и образованию холодных трещин при сварке закаливающихся сталей. В связи с этим появляется вопрос, нужен ли предварительный подогрев при многопроходной сварке и существует ли возможность устранить его из технологического процесса и тем самым получить более экономичную технологию сварки многослойных соединений сталей склонных к закалке при сохранении их качества.

Для определения зависимостей характеристик механических свойств многослойных сварных соединений от выбранных параметров термического цикла сварки (Т_под – температура подогрева, I_св – сила сварочного тока, Т_то – температура термообработки) провели экспериментальные исследования. Планирование и обработку результатов исследования выполнили по методу полного факторного эксперимента. Данный метод позволяет получить линейные и неполные степенные математические модели, отображающие зависимость целевой функции от управляемых параметров на основе небольшого числа специальным образом спланированных опытов. Полученная таким образом математическая модель может учитывать не только раздельное влияние отдельных параметров на целевую функцию, но и их совместное воздействие. Использование статистических методов позволяет оценить значимость исследуемых параметров и целесообразность использования их в технологическом процессе сварки. При этом значительно сокращаются материальные затраты и время проведения эксперимента, т.к. эксперимент планируется таким образом, чтобы минимизировать необходимое количество опытов.

Режимы сварки определяли при помощи компьютерной программы расчета температурных полей с учетом наименьшего тепловложения для обеспечения надежного сплавления кромок свариваемых образцов из стали 30ХГСА. Выполняли сварку поворотного стыка трубы диаметром 90 мм с толщиной стенки 20 мм в СО2 за несколько проходов в щелевую разделку сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм (рис. 2.4).
При сварке образцов поддерживался режим: напряжение дуги Uд = 26–27 В, скорость сварки Vсв = 14–15 м/ч, расход защитного газа Q = 10 л/мин. Источник питания ВСЖ–303 У3.I, автоматическая сварочная головка ГСП–2, блок управления автоматической сваркой БАРС–2Б. Управляемые параметры варьировались на двух уровнях: сила тока I_св1 = 170 A, I_св2 = 200 А, температура подогрева Т_под1 = 20 °С, Т_под2 = 300 °С и термообработки Т_то1= 20 °С, Т_то2= 600°С.

Рис. 2.4. Сварной образец с щелевой разделкой