Характеристики электродов. Несмотря на широкое применение различных механизированных методов сварки
плавлением, наибольшее количество сварных конструкций изготовляется
методом ручной дуговой сварки. Ручная дуговая сварка производится
штучными электродами, конструктивно представляющими собой металлический
стержень с нанесенным на него покрытием соответствующего состава. Один
из концов стержня длинной примерно 30 мм освобожден от покрытия для его
зажатия в электрододержатель с обеспечением электрического контакта.
Второй конец слегка очищается для облегчения зажигания дуги посредством
контакта с изделием.
Следует отметить, что несмотря на внешнюю конструкционную простоту,
покрытый металлический электрод имеет достаточно сложные технологическую
и металлургическую системы.
Металлургические процессы, протекающие при плавлении электрода
отличаются от металлургических процессов, протекающих при выплавки
стали. Они характеризуются своей кратковременностью, малыми объемами
реагирующих веществ, высокими температурами в зоне сварки и
интенсивностью взаимодействия между металлом, шлаком и газом.
В столбе дуги происходит не только расплавление, но и испарение железа и
содержащихся в нем различных химических элементов. Активно протекают
окислительные процессы и процессы поглощения металлом газов из атмосферы
дуги, насыщение наплавленного металла азотом, кислородом, водородом. В
результате сложных окислительно-восстановительных реакций, протекающих
как в газовой среде так и на границе ее раздела с металлом, а также
между металлом и шлаком, происходит легирование, окисление и раскисление
металла, образующего сварной шов.
Металлургические и технологические свойства электродов в значительной
мере определяются свойствами шлака. Химический состав и
физико-химические свойства шлакообразующей основы покрытия электродов
определяют главным образом технологические свойства шлака. Соотношения
компонентов покрытия выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточно
низкую температуру плавления и вязкость шлака, а также короткий интервал
затвердевания.
Основными характеристиками электродов являются механические свойства
металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву,
относительное удлинение, ударная вязкость, угол изгиба. По этим
Технологические процессы сборки и сварки трубопровода диаметром ...
... электродов по-разному взаимодействуют с металлом в процессе сварки. Химический состав металла электрода и покрытия определяется химическим составом металла свариваемого изделия (труб) и выбранной технологией сварки. ... что и определяет актуальность темы настоящей дипломной работы. Целью дипломной работы является изучение технологических процессов сборки и сварки трубопровода диаметром 50 мм в ...
показателям электроды, согласно ГОСТ 9467—75, классифицируются на
следующие типы (в условном обозначении типа электрода две стоящие за
буквой «Э» (электрод) цифры соответствуют минимальному временному
сопротивлению разрыву металла шва или сварного соединения в кгс/мм2):
Э38, Э42, Э46 и Э50 — для сварки сталей с временным сопротивлением до
490 Дж/см2;
Э42 А, Э46 А и Э50 А — для сварки тех же сталей, когда к металлу шва
предъявляются повышенные требования по относительному удлинению и
ударной вязкости;
Э55 и Э60 — для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше
490 Дж/см2 и до 590 Дж/см2.
Указанным стандартом регламентируется содержание серы и фосфора в
наплавленном металле.
Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей
характеризуются также уровнем сварочно-технологических свойств, в т.ч.
возможностью сварки во всех пространственных положениях, родом
сварочного тока, производительностью процесса, склонностью к образованию
пор, а в некоторых случаях — содержанием водорода в наплавленном металле
и склонностью сварных соединений к образованию трещин.
Перечисленные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе
конкретной марки электрода, в значительной степени определяются видом
покрытия. Покрытие может быть кислым, рутиловым, основным, целлюлозным и
смешанным.
Применение электродов должно обеспечивать следующие необходимые условия:
- легкое зажигание и устойчивое горение дуги;
- равномерное расплавление покрытия;
- равномерное покрытие шва шлаком;
- легкое удаление шлака после сварки;
- отсутствие непроваров, пор, трещин в металле шва.
Электроды классифицируются по следующим признакам:
- по материалу, из которого они изготовлены;
- по назначению для сварки определенных сталей;
- по толщине покрытия, нанесенного на стержень;
- по видам покрытия;
- по характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия;
- по техническим свойствам металла шва;
- по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки;
- по роду и полярности применяемого при сварке тока.
Стальные электроды в соответствии с ГОСТ 9466—75 подразделяются на
группы в зависимости от свариваемых металлов:
- У — углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей;
- Л — легированных конструкционных сталей;
- Г — легированных теплоустойчивых сталей;
- В — высоколегированных сталей с особыми свойствами.
Общее назначение электродных покрытий — обеспечение стабильности горения
сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами
(прочность, пластичность, ударная вязкость, стойкость против коррозии, и
др.).
Стабильность горения сварочной дуги достигается снижением
потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и
свариваемой деталью. Покрытие выполняет защитную функцию, шлак служит
для защиты расплавленного металла шва от воздействия кислорода и азота
Сварка высоколегированных сталей
... сварки фторидных флюсов и электродов с фторитсто-кальциевым покрытием. Большое внимание обращают на технику и режим сварки, определяющие форму шва и характер кристаллизации его металла. ... а также авиации и энергетики. Свариваемость сталей. В зависимости от содержания основных легирующих элементов стали различаются на хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромомарганцевоазотистые ...
воздуха путем образования шлаковых оболочек на поверхности капель
электродного металла, переходящих через дуговой промежуток, и для
образования шлакового покрова на поверхности расплавленного металла.
Шлаковое покрытие уменьшает скорость охлаждения и затвердения металла
шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений.
Шлакообразующими компонентами являются: титановый концентрат,
марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой
шпат и др.
Легирование металла шва производится для придания специальных свойств
наплавленному металлу. Наиболее часто применяются такие легирующие
компоненты как хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан и др.
Легирование металла иногда производится специальной проволокой,
содержащей нужные элементы. Чаще металл шва легируют введением
легирующих компонентов в состав покрытия электрода. Легирующие
компоненты — ферросплавы, иногда чистые металлы.
Для повышения производительности, т. е. для увеличения количества
наплавляемого металла в единицу времени, в электродные покрытия иногда
вводят железный порошок. Введенный в покрытие железный порошок улучшает
технологические свойства электродов (облегчает повторное зажигание дуги,
уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла, что благоприятно
сказывается при сварке в условиях низких температур).
Для закрепления покрытия на стержне используют связывающие компоненты.
Наиболее распространенным связывающим компонентом является жидкое
стекло, которое обладает также и стабилизирующими свойствами.
При наличии в составе покрытия более 20% железного порошка, к
обозначению добавляют букву Ж.
По видам покрытий электроды подразделяются:
А — с кислым покрытием, содержащим окиси железа, марганца, кремния,
иногда титана;
Б — с основным покрытием, имеющим в качестве основы фтористый кальций и
карбонад кальция. (Сварку электродами с основным покрытием осуществляют
постоянным током обратной полярности. Вследствие малой склонности
металла к образованию кристаллизационных и холодных трещин, электроды с
этим покрытием используют для сварки больших сечений);
Ц — с целлюлозным покрытием, основные компоненты которого целлюлоза,
мука и другие органические составы, создающие газовую защиту дуги и
образующие при плавлении тонкий шлак. (Электроды с целлюлозным покрытием
применяют, как правило, для сварки стали малой толщины);
- Р — с рутиловым покрытием, основной компонент рутил. Для шлаковой и
газовой защиты в покрытие этого типа вводят соответствующие минеральные
и органические компоненты. При сварке на постоянном и переменном токе
разбрызгивание металла незначительно. Устойчивость горения дуги,
формирование швов во всех пространственных положениях хорошее;
- П — прочие виды покрытий.
При покрытии смешанного вида используют соответствующее условное
обозначение состоящее из нескольких букв.
Классификация сварочных электродов
... ионизирующим покрытием, повышающим стабильность дуги. Однако свойства металла шва при этом были низкими. Поэтому в настоящее время подобные электроды для сварки практически не применяют. 1.История История сварочных электродов неразрывно ...
Электроды с кислым покрытием. Основу этого вида покрытия составляют
оксиды железа, марганца и кремния. Металл шва, выполненный электродами с
кислым покрытием, имеет повышенную склонность к образованию горячих
трещин.
По механическим свойствам металла шва и сварного соединения электроды
относятся к типам Э38 и Э42.
Электроды с кислым покрытием не склонны к образованию пор при сварке
металла, покрытого окалиной или ржавчиной, а также при удлинении дуги.
Сварку можно выполнять постоянным и переменным током.
Электроды с основным покрытием. Шлаковую основу покрытий основного вида
составляют минералы — в основном карбонаты кальция и магния (мрамор,
магнезит, доломит), а также плавиковый шпат (CaF2).
Поэтому они получили
название фтористо-кальциевых покрытий. ‘При высокой температуре дуги
карбонаты диссоциируют с образованием окислов кальция и магния (СаО,
MgO), a также окиси углерода и углекислого газа. Это обеспечивает
высокий коэффициент основности (щелочности) образующихся шлаков и
создание газозащитной среды минерального происхождения, которая не
сопровождается выделением водорода, как это имеет место при плавлении
электродов с рутиловым покрытием. Поэтому металл, наплавленный
электродами с основным покрытием, очень мало насыщается водородом из
материалов покрытий. Кроме того, наличие в покрытиях этого вида
фтористого кальция придает им способность обезводороживать металл, что
достигается связыванием водорода в термически стойкие соединения:
- CaF2+H2O ? CaO+2HF;
2CaF2+3Si02 ? 2CaSiO3+SiF4;
- SiF4+3H ? SiF+3HF.
Отсутствие в основных покрытиях органических материалов и связанного с
этим выделения водорода при их диссоциации, а также связывание водорода
и паров воды в термически устойчивый фтористый водород, который
улетучивается, обеспечивают при сварке этими электродами минимальное
содержание водорода в наплавленном металле. Поэтому электроды с
основными покрытиями называют также низководородными.
Это важное преимущество основных покрытий делает их незаменимыми при
сварке закаливающихся сталей, склонных к образованию холодных трещин
вследствие охрупчивающего действия водорода, диффундирующего в
околошовную зону из металла шва. Малая окислительная способность
покрытий основного вида обеспечивает высокий коэффициент перехода
легирующих элементов из электрода в шов, благодаря чему достигается
эффективное раскисление и легирование наплавленного металла. Раскисление
осуществляется активными раскислителями, в основном, марганцем, кремнием
и титаном, что обеспечивает низкое содержание кислорода в наплавленном
металле и меньшую степень загрязнения неметаллическими включениями и
вредными примесями (серой и фосфором).
Эти свойства электродов с
основными покрытиями обусловливают существенные преимущества перед всеми
другими электродами при сварке высоколегированных сталей. Металл,
наплавленный электродами с основными покрытиями, обладает высокой
стойкостью против образования горячих трещин, эти электроды наиболее
Нанесение и получение металлических покрытий химическим способом
... железо получают, главным образом, протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла. Металлические покрытия защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении же ... никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл. Металлические покрытия делят на две группы: коррозионностойкие; протекторные. Например, для покрытия сплавов на основе железа ...
пригодны для сварки жестких конструкций, выполнения многослойных большой
толщины, а также для сварки сталей с повышенным содержанием рода и серы.
Существенным преимуществом электродов с основным покрытием перед
рутиловыми является более высокое сопротивление металла шва
сероводородному растрескиванию, что обеспечивает более надежную
эксплуатацию сварных трубопроводов в месторождениях, содержащих
сероводородные соединения.
Сварка электродами с основными покрытиями может выполняться во всех
пространственных положениях.
К недостаткам электродов с покрытиями основного вида следует отнести
более низкую стабильность горения дуги по сравнению с электродами с
покрытиями других видов. Это объясняется наличием в дуге при сварке
этими электродами ионов фтора, которые являются деионизаторами дуги.
Поэтому электроды с основными покрытиями применяются преимущественно для
сварки постоянным током обратной полярности (+ на электроде).
К существенным недостаткам основных покрытий следует отнести их
склонность к образованию пор в швах при удлинении дуги в процессе
сварки, а также при больших зазорах, что ухудшает газовую защиту
расплавленного металла, вследствие чего он насыщается азотом.
Установлено, что насыщение металла азотом происходит, в основном, в
дуговом промежутке и повышает склонность металла шва к старению и
охрупчиванию.
Электроды с основными покрытиями склонны к образованию пор в швах при
наличии окалины и ржавчины на поверхности свариваемого металла, т. к.
шлаки этих электродов практически не связывают окислы железа, которые
окисляют наплавленный металл, попадая в сварочную ванну.
Образование пор в швах при сварке электродами с основным покрытием
наблюдается также при увлажнении покрытия, вследствие повышения
содержания водорода в наплавленном металле. Несмотря на хорошую
раскисляемость наплавленного металла и его сравнительно низкую
концентрацию в газах дуги, увлажнение покрытий вызывает повышение
содержания водорода в металле шва. Увлажнение электродных покрытий
зависит от качества упаковки при изготовлении электродов, условий
транспортировки и последующего хранения на складах и в производственных
кладовых.
Нормативной документацией на сварку особо ответственных конструкций
условия хранения электродов в кладовых регламентируются при температуре
воздуха не ниже 15 °С и при относительной влажности не более 50%, а
также по срокам годности после прокалки (для электродов с основными
покрытиями, предназначенными для сварки сталей перлитного класса — не
более 5 суток).
После истечения указанного срока хранения электроды перед сваркой должны
быть повторно прокалены. Прокалка электродов может производиться не
более трех раз, не считая прокалки при их изготовлении. Многократные
увлажнения и прокалки электродов (более четырех раз) отрицательно влияют
Сварочные материалы для ручной дуговой сварки
... Сварочная проволока Сварочная проволока применяется для сердечников электродов, сварки под слоем флюса, в среде углекислого газа, а также для электрошлаковой сварки. Согласно рекомендациям СНиП, для механизированной и ручной сварки ... свойств металла на уровне, достигаемом при использовании электродов с руднокислым или рутиловым покрытием. Высокое содержание диффузионного водорода в металле шва ...
на прочность и качество покрытий. Указанные условия хранения электродов
по температуре и относительной влажности в кладовых не могут стабильно
обеспечиваться без оснащения их кондиционерами. При хранении электродов
в закрытых мешках из водонепроницаемой полиэтиленовой пленки или в
закрытой таре, имеющей крышки с резиновым уплотнением, или в сушильных
шкафах при температуре 80±20 °С сроки хранения электродов после прокалки
не ограничиваются.
Критический уровень влаги основных покрытий электродов перед сваркой
Установлен 0,3%. Эффективным способом, гарантирующим выполнение этого
требования, является прокалка электродов непосредственно перед сваркой.
Однако требования по режимам прокалки весьма противоречивы и изменяются
в широких пределах, как по температуре, так и по времени выдержки в
печах. Оптимальной температурой прокалки этого вида электродов,
обеспечивающей влажность покрытия до 0,3%, является температура 350 °С и
выдержка в течение двух часов. При более высоких температурах прокалки
(400 °С и выше) заметно снижается содержание марганца и кремния в
металле шва, что объясняется окислением металлических компонентов
электродного покрытия при указанных температурах.
За последние годы разработаны более универсальные новые марки электродов
с основными покрытиями и улучшенными сварочно-технологическими
свойствами. Установлено, что разрывная длина дуги зависит от соотношения
содержания в покрытии мрамора и плавикового шпата. Легкое зажигание дуги
и стабильность ее горения обеспечивается при соотношении CaCO3/CaF2 = 5.
Металл, наплавленный электродами с основным покрытием, нанесенным на
стержень из малоуглеродистой проволоки (Св-08, Св-08 А), соответствует
по составу спокойной стали (содержание кремния 0,3—0,6%).
При этом
достигается высокая ударная вязкость металла швов (150—250 Дж/см2) и
значительно меньшая склонность к старению по сравнению с металлом швов,
выполненных электродами с покрытиями других видов.
По механическим свойствам наплавленного металла электроды с покрытиями
основного вида, нанесенными на стержни из малоуглеродистой проволоки
(Св-08, Св-08 А), соответствуют типам Э42 А — Э50 А по ГОСТ 9467—75.
Изложенные особенности электродов с основными покрытиями определяют;
область их преимущественного применения для сварки хорошо раскисленных
спокойных сталей, особенно при повышенном содержании углерода и серы, а
также низколегированных и высоколегированных сталей для сварки металла
большой толщины, конструкций, работающих при больших динамических и
знакопеременных нагрузках и при пониженных температурах.
Электроды с целлюлозным покрытием. Покрытие этого вида содержит большое
количество (до 50%) органических составляющих, как правило, целлюлозы.
Металл, наплавленный целлюлозными электродами, по химическому составу
соответствует, по степени раскисления, полуспокойной или спокойной
стали. В то же время он содержит повышенное количество водорода. По
механическим свойствам металла шва и сварных соединений электроды с
Устройство мартеновской печи. Скрап-рудный процесс производства ...
... отключением топлива) и объективно сравнивать работу однотипных печей. Производительность крупных Мартеновских печей превышает 0,5 млн. т стали в год. Съём стали с 1 м² площади пода позволяет сравнивать ... слитков) зависит от вида разливки (сверху или сифоном или непрерывная разливка), брака металла, количества скрапа, образования недоливков слитков и от некоторых других факторов. На передовых ...
целлюлозным покрытием соответствуют электродам Э42, Э46 и Э50. Для
целлюлозных электродов характерно образование равномерного обратного
валика шва при односторонней сварке на весу, а также обеспечение
возможности сварки вертикальных швов способом сверху вниз.
Электроды с рутиловым покрытием. Шлаковую основу рутиловых покрытий
составляет минерал рутил, состоящий в основном из двуокиси титана
(TiO2).
Кроме того, рутиловые покрытия содержат также различные
алюмосиликаты (полевой шпат, каолин и др.) или карбонаты (мрамор,
магнезит).
С увеличением содержания в покрытии карбонатов возрастает
основность (щелочность) шлака, что способствует снижению содержания
кислорода и кремния (шлаковых включений) в наплавленном металле. Это
повышает его ударную вязкость и стойкость против образования горячих
трещин.
Газозащитными составляющими в рутиловых покрытиях служат органические
материалы и карбонаты. При отсутствии карбонатов или малом их содержании
(до 5%) наводороживание металла шва может быть еще более высоким, чем
при сварке электродами с кислыми покрытиями. Основными окислителями в
рутиловых покрытиях являются пары воды и углекислый газ. Значительное
снижение водорода в шве и наименьшая склонность к образованию пор
достигаются при определенной гарантированной влажности покрытий.
Отсыревшие электроды необходимо высушивать при температуре 200 °С в
течение 1 часа, а сварку выполнять не ранее чем через сутки после сушки.
Поры появляются также при повышенной температуре прокалки электродов.
Рутиловые электроды не склонны к образованию пор в швах при сварке
сталей, имеющих на поверхности окалину и ржавчину, не чувствительны к
изменениям длины дуги. Поры в швах появляются при применении повышенных
режимов тока при сварке тавровых швов с зазорами, а также при сварке
тонкого металла электродами слишком большого диаметра. Рутиловые
электроды позволяют производить сварку по грунтовочным покрытиям
толщиной 20—25 мкм без образования пор в швах и без снижения
механических свойств металла шва. Стойкость против образования горячих
трещин металла шва несколько больше, чем выполненного электродами с
кислым покрытием.
По сварочно-технологическим свойствам рутиловые электроды значительно
превосходят электроды с покрытием основного вида. Они обеспечивают
хорошую стабильность горения дуги при сварке переменным и постоянным
током, имеют низкий коэффициент разбрызгивания металла, обладают легкой
отделимостью шлаковой корки, а также являются лучшими для сварки в
вертикальном и потолочном положениях швов. Это обусловлено тем, что
образующиеся при плавлении покрытий титанаты обладают высокой
способностью к коагуляции и быстро всплывают из жидкой ванны на
поверхность металла. Кроме этого вязкость шлака рутиловых покрытий резко
возрастает при снижении температуры. Такие шлаки называются «короткими».
Вязкость шлаков электродных покрытий с большим содержания SiO2
уменьшается медленно при снижении температуры. Эти шлаки называются
Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её ...
... практического применения дуги для целей сварки прошло 80 лет. Н.Н.Бенардос впервые применил электрическую дугу между угольным электродом и металлом для сварки. Он применил созданный им способ ... с бальным способом (номером) выражения показателя качества. Например, при оценке загрязненности стали неметаллическими включениями. Просматривают нетравленный шлиф сварного соединения в микроскоп и визуально ...
«длинными».
Важным преимуществом рутиловых электродов является также легкость
зажигания дуги, определяемая наименьшей плотностью тока, при которой
возможно существование дугового разряда.
Малая склонность к образованию пор при зажигании и кратковременном
удлинении дуги способствует исключению так называемой «стартовой»
пористости (образованию пор в кратерах).
Электроды с рутиловыми
покрытиями значительно превосходят основные по формированию швов и
обеспечению плавного перехода от шва к основному металлу. Сопротивление
усталости сварных соединений, работающих при знакопеременных нагрузках,
существенно снижается при наличии концентраторов напряжений в местах
перехода от швов к основному металлу, особенно при угловых швах.
Поэтому, если плавность перехода в этих местах не может быть обеспечена
механической обработкой, то для сварки таких соединений рутиловые
электроды являются незаменимыми, т. к. они обеспечивают более высокое
сопротивление усталости сварных соединений, чем выполненных электродами
с кислыми и основными покрытиями.
Производительность и возможность сварки в различных пространственных
положениях рутиловыми электродами зависит от толщины покрытия и
содержания в нем железного порошка.
При средней толщине покрытия (коэффициент массы 35—45%) и содержании в
нем до 20% железного порошка электроды пригодны для сварки в любом
пространственном положении шва, при этом коэффициент наплавки составляет
8-9 г/А*ч.
При большой толщине покрытия (коэффициент массы 50—65%) и содержании в
нем 30—35% железного порошка электроды имеют повышенную
производительность (коэффициент наплавки до 12 r/A-ч), пригодны для
сварки в любом пространственном положении шва, но наиболее эффективны
при сварке конструкций, в которых большая часть швов выполняется в
нижнем положении и имеет большую протяженность.
При особо толстом покрытии (коэффициент массы 90—160%) и содержании в
нем 50-60% железного порошка электроды относятся к
высокопроизводительным (коэффициент наплавки до 18 г/А-ч) и пригодны для
сварки только в нижнем положении швов большой протяженности. Наряду с
этим, введение большого количества железного порошка в покрытие
рутиловых электродов снижает содержание углерода в шве, уменьшает
неоднородность распределения серы по границам кристаллитов и внутри них,
значительно повышает стойкость металла шва против образования горячих
трещин.
Рутиловые электроды с большим количеством железного порошка в покрытии
можно использовать для сварки среднеуглеродистых сталей без опасения
возникновения горячих трещин в швах. Особо важным преимуществом
рутиловых электродов перед электродами с другими видами покрытий
является более низкая токсичность аэрозолей и газов, образующихся при
сварке.
Область применения рутиловых электродов — сварка конструкций из
малоуглеродистых и низколегированных сталей в строительстве и
машиностроении.
Стали, чугуны и цветные металлы. Классификация и маркировка
... , алюминий, магний, никель ,титан, вольфрам и другие цветные металлы. 1. Классификация и маркировка сталей Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. ... прочности и со специальными свойствами. Серый чугун малой прочности, Серый чугун повышенной прочности, Легированный серый чугун, Модифицированный серый чугун Серые чугуны имеют низкий предел прочности на ...
Электроды с рутиловыми покрытиями не следует применять для сварки
конструкций, работающих при высоких температурах, вследствие повышенной
чувствительности сварных швов к деформационному старению и низкой
длительной пластичности. В условиях ползучести сварные швы, выполненные
рутиловыми электродами, имеют повышенную склонность к растрескиванию. По
механическим свойствам наплавленного металла электроды с рутиловыми
покрытиями, нанесенными на стержни из проволоки Св-08, Св-08 А относятся
к типам Э42—Э46 по ГОСТ 9466-75.
Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей. 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 определяй 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 может 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, склонностью к образованию пор при зажигании и удлинении
дуги, а также повышенной чувствительностью к загрязнению поверхности
свариваемых кромок и трудной отделимостью шлака при кромках с узкими
разделками.
Для предотвращения холодных трещин при сварке теплоустойчивых сталей
должен производится предварительный подогрев, при котором скорость
охлаждения металла шва и околошовной зоны понижается, чем обеспечивается
максимальное значение твердости не более 260 НВ для хромомолибденовых
сталей и 230 НВ — для хромомолибденованадиевых сталей.
Электроды для сварки 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), или 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 и предопределяют 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).
Увеличение сварочных токов для высоколегированных
электродов недопустимо, так как приводит к перегреву сварочного стержня,
изменению характера плавления покрытия, вплоть до опадания кусков
обмазки. 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, обусловленное тепловыми характеристиками
дуги. При сварке на прямой полярности напряжение на дуге на 15—20% выше,
чем при сварке на обратной полярности. При сварке на прямой полярности
тепловая мощность дуги больше, также повышается температура
катода-электрода. 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-технологические возможности электродов.
Разнообразие условий работы оборудования из высоколегированных сталей и
сплавов сотен марок, требований к свойствам электродов диктует
необходимость использования большого ассортимента сварочных электродов.
Электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов отличаются
однообразием применяемых видов покрытий. При этом ведущим в
отечественной практике является основное покрытие типа УОНИ-13, на базе
которого, путем подбора типа электродной проволоки, номенклатуры и
содержания легирующих компонентов и раскислителей в покрытии, получают
самые разнообразные электроды. Необходимость применения основных
покрытий часто относят к общим правилам ручной дуговой сварки
высоколегированных сталей всех марок. Этот взгляд во многом обусловлен
опасностью развития при низкой основности покрытий кремне
восстановительного процесса, приводящего к загрязнению металла шва
силикатными включениями, вследствие чего возможно снижение его ударной
вязкости и повышение склонности к образованию горячих трещин.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
