zakaz@penzaelektrod.ru Заказать обратный звонок

Бесплатный звонок из России

8 (800) 200-01-42

Отдел продаж. Время работы: Пн-Пт 7:30-16:30

+7 (8412) 23-50-93

Особенности сварки при различных условиях и материалах. Часть 2

Значительное улучшение процесса ручной дуговой сварки дает метод сварки с глубоким проплавлением (получивший одно время условное название сварки ультракороткой дугой — УКД). При сварке этим методом применяются электроды с тугоплавкой обмазкой, что дает возможность плотно прижимать в процессе сварки конец электрода к изделию. На конце электрода образуется небольшой чехольчик из нерасплавившейся обмазки, внутри которого горит дуга, а электрод опирается на край этого чехольчика (рис. 2а), благодаря чему предотвращается короткое замыкание.

 

pic_sv_2
Рис. 2. Сварка с глубоким проплавлением: a — схема сварки; б — поперечный разрез; в — продольный разрез; 1 — электрод; 2 — обмазка; 3 — капля расплавленного электрода; 4 — сварочная дуга; 5 — ванна; 6 — чехольчик; 7, 8 — изделие; 9 — металл шва; 10 — шлак

 

Таким образом, зазор между концом электрода и изделием отсутствует. Сварочная дуга, ограниченная внешним чехлом обмазки, концентрированно передает тепло основному металлу свариваемого изделия, усиливает его расплавление и формирует шов с глубоким проваром. Благодаря глубокому провару шов образуется в значительной степени за счет расплавления металла соединяемых изделий, что позволяет уменьшить количество присадочного металла до 50%.

Короткая дуга, горящая под защитным чехлом из обмазки, имеет незначительное соприкосновение с атмосферой, что обеспечивает плотную структуру шва сминимальным количеством кислорода и азота и улучшает механические качества шва. Для сварки с глубоким проплавлением углеродистых и низколегированных конструкционных сталей общего назначения используют электроды типа ОЗС-Зс повышенной толщиной покрытия.

С возрастанием тока глубина проплавления увеличивается. Электрод должен быть наклонен под углом 70 — 80° к линии шва (рис. 2в). Расплавленный металл вытесняется газами в сторону, противоположную направлению сварки, образуя ровный валик шва. При сварке наклонным электродом оплавляющийся конец электрода опирается о свариваемые кромки, а сам электрод перемещается вдоль линии соединения по мере заполнения разделки кромок.

Сварка с глубоким проплавлением находит применение при сварке каркасных и строительных конструкций, тонкостенных резервуаров и других изделий из стали толщиной 4 — 12 мм. Стыковые, угловые и тавровые соединения сваривают этим способом без разделки кромок (рис. 2б). Силу тока берут равной 40 — 45 А на 1 мм толщины свариваемого металла. Ипытания металла шва, выполненного методом глубокого проплавления, показали весьма высокие его механические свойства: предел прочности 53 — 56 кг/мм2 и относительное удлинение — 15 — 24%.

Сварка с глубоким проплавлением производится на повышенных силах тока (400-600 А) что, с одной стороны, обеспечивает наибольшую глубину провара, а с другой — дает возможность увеличить скорость ведения сварки и тем самым повысить производительность сварщиков в 1,5-2 раза.

 

СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ, ЛЕГИРОВАННЫХ И ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

Сварка и наплавка среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Содержание углерода выше 0,2% приводит к возрастанию закаливающих свойств стали, а также к возникновению закалочных трещин и остаточных напряжений. Чтобы избежать этих дефектов, сварку выполняют с минимальным усилием, не допуская появления пор, подрезов, с плавными переходами от изделия к поверхности наплавленного слоя. Нельзя применять прихватки, которые потом полностью не завариваются, а также подваривать дефекты короткими швами менее 100 мм.

Многослойную сварку или наплавку ведут так, чтобы при наложении последующего слоя предыдущий не успевал охладиться до температуры ниже 200 °С. Сталь, легко поддающаяся закалке, перед сваркой подогревают до температуры 200-250 °С. Углеродистые и низколегированные стали сваривают и наплавляют преимущественно электродами типов Э-42 и Э-46 с рутиловым покрытием. При сварке конструкционных сталей наилучшее качество сварки дают электроды типа Э-42А с фтористокальциевыми покрытиями УОНИ-13, ОЗС-2.

Для наплавки быстроизнашивающихся поверхностей, работающих в абразивной среде, а также там, где требуется повышенная твердость, лучше применять электроды типа Т-590, Т-620 и др. Без термической обработки они позволяют получать менее пластичный метал шва, но с твердостью HRC 56-62.

Детали, имеющие цементированные поверхности с высокой твердостью (кулачки распределительных валов, тарелки толкателей и др.), наплавляют электродами ОЗН-400 и ЦП-4. При этом твердость слоя достигает 45-55 HRC без термической обработки. Перед наплавкой с кулачков распределительных валов снимают наждачным кругом верхний наклепанный слой металла толщиной 1-2 мм. При наплавке вал частично погружают в воду, чтобы уменьшить коробление и избежать нарушения термической обработки участков, расположенных близко к зоне сварки. Так же наплавляют тарелки толкателей клапанов.

Сварка среднелегированных сталей. Среднелегированные стали (ГОСТ 4543-71) обладают высоким значением временного сопротивления разрыву (600-20 00 МПа) и высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние, поэтому их применяют для конструкций, работающих при низких или высоких температурах, при ударных или знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и для других тяжелых условий.

Среднелегированные стали (20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСНА, 30ХН2МФА) чувствительны к нагреву, при сварке они могут закаливаться, перегреваясь, образовывать холодные трещины, что затрудняет их сварку. Чем выше содержание углерода и легирующих примесей и чем толще металл, тем хуже свариваемость этих сталей.

Среднелегированные стали свариваются покрытыми электродами с основным покрытием на постоянном токе с обратной полярностью, швы выполняются многослойные каскадным и блочным способами.

Технология сварки должна предусматривать низкие скорости и охлаждение металла шва. Существенно способствует предупреждению трещин в металле повышение его температуры более 150 «С. Длина ступени каскадной сварки должна выбираться из расчета указанного разогрева металла предыдущего слоя шва. Обычно длина ступени сварки составляет 150-200 мм.

Сварка высокомарганцовистых сталей. Сталь марки Г-13 содержит около 1,5% углерода и 13% марганца, имеет высокую твердость и стойкость против истирания. Из этой стали изготавливают звенья гусениц тракторов, зубья ковшей экскаваторов и другие детали, работающие в условиях интенсивного абразивного износа. В стали, нагретой до температуры выше 1200 °С, при медленном охлаждении выделяются карбиды марганца, отчего она становится хрупкой и в ней образуются трещины.

При сварке этой стали необходимо создавать как можно меньшую зону нагрева и быстро охлаждать шов. Сварку и наплавку этих сталей следует выполнять уширенными валиками и короткими участками, каждый валик охлаждать водой.

Сварка легированных теплоустойчивых сталей. Теплоустойчивые стали по микроконструкции подразделяются на стали перлитного класса (12МХ, 12Х1М1Ф, 20Х1М1Ф1ТР и др.) и стали мартенситного класса.

Все теплоустойчивые легированные стали поставляются потребителю после термической обработки (закалка плюс термический отпуск, отжиг). Если рабочая температура изделий из сталей (трубы паронагревателей, детали газовых турбин, трубы печей нефтезаводов и др.) не превышает 600 °С, то они изготавливаются из высоколегированной жаростойкой и жаропрочной стали.

Технологией сварки легированных теплоустойчивых сталей любой марки предусматривается предварительный или сопутствующий местный или общий подогрев свариваемого изделия, который обеспечивает структурную однородность метала шва с основным металлом и термическую обработку сварного изделия.

Для предотвращения холодных трещин при сварке теплоустойчивых сталей должен производиться предварительных подогрев, при котором скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны обеспечивает максимальное значение твердости не более 260 НВ для хромомолибденовых сталей и 230 НВ — для хромомо-либденованадиевых сталей.

Химическая однородность металла шва с основным металлом нужна для исключения диффузионных явлений, которые могут произойти при высоких температурах во время эксплуатации сварных изделий, так как перемещение химических элементов в процессе диффузии приводит к снижению длительности эксплуатации изделий.

С помощью термической обработки удается улучшить во всем сварном изделии микроструктуру металла. Но для повышения длительности работы изделий нужно правильно выбрать и осуществить режим термической обработки. Лучшая термическая обработка сварных изделий из легированной стали — закалка и высокий отпуск. На практике применяют только высокий отпуск или отжиг с нагревом до температуры около 780 «С.

Необходимый нагрев свариваемого изделия, а также термическая обработка производятся, как правило, индукционным методом, током промышленной или повышенной частоты. Время выдержки при отпуске берется из расчета 4-5 мин/мм толщины стенки. Охлаждение сварного изделия до температуры предварительного подогрева (200-450 °С) должно быть медленным.

Сварку теплоустойчивых легированных сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных. Сварку корневого шва выполняют электродами диаметром 2-3 мм.

Техника сварки теплоустойчивых сталей аналогична технике сварки низкоуглеродистых сталей. Многослойную сварку выполняют каскадным способом без охлаждения каждого выполненного слоя шва.

При выборе электродов для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей основным требованием является обеспечение необходимого уровня жаропрочности сварных соединений, т. е. способности длительно выдерживать рабочие напряжения в конструкции при заданных высоких температурах, не подвергаясь при этом разрушению и не претерпевая остаточных деформаций, превосходящих величину, допускаемую условиями работы конструкции.

Обычные кратковременные испытания на растяжение при высоких температурах не позволяют судить о продолжительности безаварийной работы конструкции. Жаропрочность может оцениваться лишь по длительным испытаниям, проведенным при высоких температурах. Она характеризуется пределом длительной прочности и пределом ползучести.

Однако ГОСТ 9467-75 регламентирует для каждого типа теплоустойчивых электродов только кратковременные механические свойства металла шва или наплавленного металла при нормальной температуре в состоянии после термической обработки по режимам, предусмотренным техническими условиями или стандартами на электроды конкретных марок. ГОСТ 9467-75 регламентирует также химический состав наплавленного металла. Содержание углерода, кремния и марганца в металле, наплавленном теплоустойчивыми электродами всех типов, установлено стандартом практически в одних и тех же пределах и различается только по числу и количеству основных легирующих элементов (хром, молибден,ванадий, ниобий). Именно различие в содержании этих элементов определяет уровень жаропрочности металла, наплавленного теплоустойчивыми электродами.

Для сварки конструкций из сталей, работающих при температурах до 540 °С используются хромомолибденовые электроды типа Э-09Х1М.

Для сварки сталей, работающих при температурах до 585 °С и до температур 600 «С, применяются хромомолибденованадиевые электроды типов Э-09Х1МФ.

Следует отметить, что сварные соединения из хромомолибденованадиевых сталей снижают свою жаропрочность при появлении мягкой прослойки в зоне термического влияния, называемой <белой полоской>, которая появляется на участке, нагревающемся при сварке в межкритическом интервале температур. Это может привести к преждевременному разрушению сварного соединения. Для безаварийной работы сварного соединения длительная прочность мягкой прослойки должна быть ниже прочности основного металла не более чем на 20-30% при условии сохранения высокой длительной пластичности, которая определяет работоспособность при контактном упрочнении. С повышением исходной прочности стали, когда различие между свойствами стали и мягкой прослойки велико, вероятность преждевременного разрушения сварных соединений возрастает. В таких соединениях разница в уровне прочности стали и мягкой прослойки должна быть не более 10-15%.

Учитывая определяющее значение химического состава наплавленного металла на его жаропрочность и необходимость обеспечения состава в узких пределах по содержанию хрома, молибдена, ванадия и ниобия, для сварки теплоустойчивых сталей применяются электроды преимущественно с основными покрытиями, обеспечивающие минимальное окисление легирующих элементов при сварке.

Преимущественное применение электродов с основными покрытиями для сварки теплоустойчивых сталей обусловлено стабильностью механических свойств наплавленного металла при нормальных и повышенных температурах, а также низкой склонностью к образованию горячих и холодных трещин.

Вместе с этим недостатками является неудовлетворительная маневренность электродов с основным покрытием, обусловленная плохой стабильностью горения дуги, чувствительность к образованию пор при зажигании и удлинении дуги, а также чувствительность к загрязнению поверхности свариваемых кромок и трудная отделимость шлака при кромках с узкими разделками.

Сварка высоколегированных сталей и сплавов.Согласно современной классификации к высоколегированным сталям условно относят сплавы, содержание железа в которых более 45%, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10%, считая по верхнему пределу, при концентрации одного из элементов не менее 8% по нижнему пределу. К сплавам на никелевой основе относят сплавы с содержанием не менее 55% Ni. Такие стали и сплавы применяют в качестве коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных материалов. Соответственно можно классифицировать и сварочные электроды по ГОСТ 10052-75 и отраслевой нормативно-технической документации. Высоколегированные электроды используют также для получения качественных соединений разнородных сталей и сплавов, при сварке конструкционных сталей без подогрева, для наплавки.

Специфическими особенностями физических свойств высоколегированных материалов являются пониженные температура плавления и теплопроводность, высокие электросопротивление и (для сталей) коэффициент линейного расширения. Указанные особенности определяют поведение высоколегированных материалов при ручной дуговой сварке. Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления скорость плавления, а следовательно, и коэффициент наплавки электродов со стержнями из высоколегированных сталей и сплавов существенно выше, чем у электродов общего назначения. Повышенное электросопротивление металла стержней обусловливает применение укороченных электродов и меньших сварочных токов (20-30 А/мм2). Превышение рекомендуемых документацией сварочных токов для высоколегированных электродов недопустимо, так как приводит к перегреву сварочного стержня, изменению характера плавления покрытия, вплоть до опадания кусков покрытия. Применению малых сварочных токов способствует и низкая теплопроводность металла, обусловливающая повышенную глубину проплавления (в сравнении с конструкционными сталями).

Отмечено различное поведение высоколегированных электродов при сварке на прямой и обратной полярности, связываемое с тепловыми характеристиками дуги. При сварке на прямой полярности напряжение на дуге на 15-20% выше, чем при сварке на обратной полярности. Соответственно больше тепловая мощность дуги, также повышается температура катода-электрода при сварке на прямой полярности. В основном из-за этого во избежание перегрева электрода при ручной дуговой сварке высоколегированных сталей и сплавов рекомендуется обратная полярность.

Основными вопросами, решающими выбор электродов при сварке высоколегированных сталей и сплавов, являются обеспечение основных эксплуатационных характеристик сварных изделий (коррозионной стойкости, жаростойкости и пр.), обеспечение стойкости металла к образованию горячих трещин, сварочно-техно-логические возможности электродов.

Электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов отличает однообразие применяемых видов покрытий. При этом ведущим в отечественной практике является основное покрытие типа УОНИ-13, на базе которого, комбинируя проволоки различного состава, номенклатуру и содержание легирующих и раскисляющих элементов в покрытии, получают самые разнообразные электроды. Необходимость применения основных покрытий часто даже относят к общим правилам ручной дуговой сварки высоколегированных сталей всех марок. Этот взгляд во многом обусловлен опасностью развития при низкой основности покрытий кремневосстановительного процесса, приводящего к загрязнению металла шва силикатными включениями, вследствие чего возможно снижение его ударной вязкости и повышение склонности к образованию горячих трещин.

задайте вопрос
нашему менеджеру

Задать вопрос
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных
shop

Заказать
обратный звонок

Отправить
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных

получите образцы сварочных электродов бесплатно,
а так же полный каталог с оптовыми ценами

Поставьте галочку
на интересующую
Вас позицию
АНО-4 АНО-21 УОНИ 13/45 УОНИ 13/55
МР-3 МР-3С ОЗС-12 ПЭ ОК 46.00 ПЭ LB-52U
Получить образцы
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных

ПРОИЗВОДИМ
СВАРОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ
ПО ИНДИВИДУАЛЬНЫМ
ЗАКАЗАМ И НЕСТАНДАРТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Отправить
Даю согласие получать звонки от ПЭ и согласен(а) на обработку своих персональных данных