Электроды для сварки марганцовистых сталей
Из низколегированных хромокремнемарганцевых сталей 20ХГС, 25ХГС, ЗОХГС и 35ХГС прокатываются тонкостенные трубы. Из этих труб изготовляются с помощью сварки различные узлы прочных и легких конструкций. Стали этих марок обладают повышенной прочностью и упругостью. Так, например, хромокремне - марганцевая сталь 25ХГС содержит 0,22—0,30% углерода, 0,9— 1,2% кремния, 0,8—1,1% марганца и 0,8—1,1% хрома, серы и фосфора не более 0,03% для каждого. В термически обработанном состоянии она имеет следующие механические свойства: временное сопротивление разрыву 80 кгс/мм2, относительное удлинение 10%, ударную вязкость 6 кгс-м/см'1. Основное затруднение при сварке сталей хромансиль состоит в том, что они склонны к закалке и трещинообразованию.
Стали этих марок, содержащие до 0,2% углерода, хорошо свариваются дуговой сваркой. Хуже свариваются стали ЗОХГС и 35ХГС. При сварке применяют соединения в стык, в нахлестку, в тавр и угловые. Соотношение толщин свариваемого металла не должно превышать: при стыковых соединениях 1 : 2, а при соединениях в нахлестку и в тавр 1 : 6.
Для сварки может применяться электродная углеродистая проволока Св-08 и Св-08А по ГОСТ 2246—60, а для ответственных сварных узлов — из стали Св-18ХГСА. Сварка труб из стали 20ХГСА с толщиной стенки менее 3 мм производится электродами с покрытием следующего состава: 46% двуокиси титана, 30% углекислого бария, 16% мела, 8% двуокиси марганца и жидкого стекла 1200 см3 на 1 кг сухой смеси. Толщина слоя покрытия в зависимости от диаметра электрода должна быть равной: для 2 мм— 0,05 — 0,1 мм; 2,5 — 0,08 - г 0,1 мм; 3 мм — 0,1-f 0,15 мм; 4 мм — 0,15-^0,2 мм. Это покрытие используется и для сварки хромомолибденовой стали 20ХМА. Для стали хромансиль пригодно также покрытие МТ-2 (см. § 8 гл. VII).
Для более толстого металла применяют покрытие следующего состава: 50% мрамора, 11,5% плавикового шпата, 11% ферросилиция 75%-ного, 11% ферротитана, 9% феррохрома, 7% ферромарганца, 0,5% поташа и жидкого стекла 500 г на I кг сухой смеси. Ток и диаметр электродов подбираются по данным табл. 19.
Таблица 19 Режимы сварки хромокремнемарганцевой стали (хромансиль)
Толщина материала, мм
Режимы сварки соединений
диаметр электрода. мм
диаметр эле кгрсда, ми
диаметр электрода, их
При двухслойной сварке второй шов сваривают током на 10— 15% больше указанного в табл. 19. Если свариваются детали различной толщины, то ток и диаметр электрода выбираются по более толстому элементу, но принимается меньшее значение тока из табл. 19, причем дуга направляется на более толстый элемент.
Сварку нужно вести по возможности непрерывно. Дугу можно обрывать только после заполнения кратера. В случае непроизвольного обрыва дуги ее зажигание вновь следует производить на
Рис. 67. Типовые узлы трубчатых конструкций из хромокремне - марганцевой стали (цифры показывают порядок наложения швов, стрелки — направление сварки)
наплавленном металле рядом с кратером. Не следует допускать обрыва дуги в местах поворота швов. Очень важно, чтобы при сварке длина дуги поддерживалась наименьшей. Электрод должен быть наклонен к плоскости шва под углом 70—80°. Деталь должна располагаться так, чтобы сварка велась по возможности в нижнем положении. Вертикальной и потолочной сварки следует избегать. Рекомендуется швы сваривать в лодочку. На рис. 67 показаны типовые соединения, применяемые при сварке трубчатых конструкций из хромокремнемарганцевых сталей.
Места, отмеченные на рис. 67 буквой а, при окончательной заделке шва завариваются газовой сваркой или опиливаются во избежание концентрации напряжений. Для увеличения длины шва и жесткости сварного узла применяют косынки б из листовой стали.
При дуговой сварке хромокремнемарганцевой стали, особенна небольшой толщины, происходит частичная закалка металла в околошовной зоне и твердость металла здесь повышается. Для устранения этого явления деталь нагревают до 650—680° и затем охлаждают в горячей воде или на воздухе. Окончательная термическая обработка, если она требуется по техническим условиям, производится путем закалки и последующего отпуска.
При закалке деталь нагревают до 880°, а затем охлаждают в масле с температурой 20—50°. Время выдержки при температуре 880° зависит от толщины металла. Для металла толщиной менее 1 мм выдержка равна 5 мин, для 3—5 мм — 10 мин, для 9—12 мм — 15 мин, свыше 20 мм выдержка берется I мин на 1 мм толщины металла. При отпуске деталь нагревают до 400—570°, а затем охлаждают в горячей воде при 60°. Чем ниже температура отпуска, тем выше прочность стали после него. Стали ЗОХГС и 35ХГС сваривают с предварительным подогревом до 150—350° и, как правило, после сварки подвергают термической обработке.
Для сложных и ответственных стальных отливок в тяжелом машиностроении применяется хромокремнемарганцевая сталь ХГСЛ, содержащая 0,28—0,38% углерода, 0,9—1,2% марганца, 0,5—0,75% кремния, 0,5—0,8% хрома, не более 0,04% серы и не более 0,045% фосфора. Механические свойства стали ХГСЛ следующие: временное сопротивление разрыву 70 кгс/мм2, относительное удлинение 14%, ударная вязкость 4—5 кгс-м/см2, твердость не менее 200 единиц Бринелля.
При отливке деталей из этой стали иногда получаются литейные пороки: поры, раковины, усадочные трещины и др., которые можно исправлять заваркой с предварительной вырубкой дефектного места-. Для заварки применяют электроды из проволоки Св-18ХГСА по ГОСТ 2246—60, соответствующей по составу стали 20ХГСА, с покрытием ЦНИИТМАШ марки ЦЛ-18 и ЦЛ-18М (М — означает молибден).
Для заварки дефектов в отливках из стали ХГСЛ некоторые заводы применяют также электроды из углеродистой проволоки Св-08 и Св-08А с легирующим покрытием из феррохрома, ферросилиция, ферромарганца, шлакообразующих веществ и графита, дающих при сварке наплавленный металл, близкий по химическому составу и механическим свойствам к стали ХГСЛ.
Электроды для сварки трудносвариваемых марганцовистых сталей.
Очень широкое распространение имеют высоколегированные электроды ЭА-395/9. Они относится и к группе электродов для сварки разнородных сталей и сплавов.
Электроды ЭА-395/9 хорошо зарекомендовали себя при соединении низколегированных и углеродистых сталей с высоколегированными аустенитными сталями.
Электроды сварочные ЭА-395/9 обладают высокой склонностью к перемешиванию и применяются, когда необходима высокая прочность шва.
В наплавленном электродами ЭА-395/9 металле уровень феррита находится в пределах сорока процентов.
Э то повышает хрупкость при работе конструкций, изготовленных этими электродами в местах повышенных температур.
Электроды для разнородных и теплоустойчивых сталей АНЖР-2 предназначены для сварки ответственных конструкций, работающих при температуре до 450-550°С. Наплавленный электродами металл шва стоек против охрупчивания.
Покрытые э лектроды АНЖР-2 обеспечивают в металле сварного шва содержание никеля не менее 31% и исключают появление структурной неоднородности при длительной работе в среде с температурой до 550°С.
Наглядным примером сварки разнородных металлов является сварка коррозионностойких и низколегированных сталей между собой.
Широкое применение имеет сварка низколегированных и углеродистых сталей с аустенитными коррозионностойкими сталями.
Во время сварки коррозионностойких сталей с низколегированными либо углеродистыми сталями необходимо соблюдать правило - сварка должна производиться с помощью высоколегированных коррозионностойких электродов – котороые гораздо более высоколегированны по сравнению с металлом свариваемой основной поверхности.
Имеются два способа использования покрытых электродов для сварки коррозионностойких сталей.
Первый из них заключается в том, что шов сварной полностью заполняют электродами из высоколегированной коррозионностойкой стали или же электродами сварочными на никелевой основе.
Второй способ заключается в том, что углеродистые и низколегированные металлы в зоне шва заполняются (плакируются) коррозионностойкими высоколегированными сварочными электродами.
Разделка затем заполняется металлом электродов , которые сродни по своему составу с коррозионностойкой сталью основной поверхности.
Такие сварочные работы, обычно выполняются без предварительного подогрева.
Для соединения разнородных материалов рекомендуются электроды марок – ОЗЛ-6, ЭА-395/9, АНЖР-2 и АНЖР-1, НИИ-48Г, ОЗЛ-312 и другие марки электродов для разнородных сталей.
Марганцовистые стали это один из видов разнородных. Часто их называют сталями Гадфильда либо аустенитно-марганцовистыми сталями. Особенность их в химическом составе. В этих сталях содержится от одного до 1,4 % углерода и от одиннадцати до 14% марганца.
В отдельных марганцовистых сталях могут быть и другие легирующие элементы.
Марганцовистые стали имеют особую способность упрочняться в ходе рабочих нагрузок: это ударные и контактные нагрузки.
Сварка марганцовистых сталей
Марганцовистая конструкционная сталь особого назначения обладает уникальным сочетанием прочности и вязкости, что используется для изготовления брони, траков, танков, рессор, пружин. Изделия характеризуются высокой износостойкостью к истиранию, ударным нагрузкам. Производят их методом отливки, но в процессе эксплуатации нередко требуется сварка марганцовистых сталей. Это может быть как создание новой конструкции, так и наплавление изношенной части.
Показателем свариваемости является углеродный эквивалент, в формулу которого входят: C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu — расположение по мере влияния. Основные легирующие элементы — углерод и марганец: чем выше их содержание, тем больше усложняется процесс. Сплав с C до 0,25% относят к хорошо свариваемым, но при увеличении показателей эта способность падает.
Особенности химического состава марганцовистых сталейВажно! При работе необходимо обеспечить быстрое охлаждение шва, поскольку при длительном нагреве происходят выделение карбидов и снижение прочности
Наличие С 0,6-1,2%, Mn 1-14% также может легироваться другими элементами в количестве до 1%. При расплавлении основная масса составляющих соединяется с кислородом, выделяя шлак, углерод образует газ СО, т. е. выгорает. Шлак, в свою очередь, мешает проведению процесса: закрывает электродугу, частично попадает в расплав и снижает прочность соединения. Процесс окисления уменьшает в расплаве содержание материалов, что совершенно меняет первоначальный химический состав, а значит, и свойства.
Влияние способа плавки на содержание газов и механические свойства
Сварка марганцовистых аустенитных сталей осложняется еще и структурными изменениями в околошовной зоне. Нагрев до температур рекристаллизации приводит к выделению карбидов, росту зерен, т. е. локальному изменению свойств металла из-за трансформации структуры — снижению прочности и вязкости, увеличению хрупкости.
Разновидности и технологии сварочного процессаТехнология сварки марганцовистых сталей, вне зависимости от способа ее проведения, должна учитывать все негативные факторы и обеспечить:
- Защиту от окисления. Частично эту функцию выполняет шлак, что происходит после его образования и для чего тратится часть элементов. Чтобы полностью предотвратить процесс окисления, необходимо использовать защитную атмосферу. Как правило, это применение вакуума — технологии дорогой и сложной в исполнении. Намного практичнее аргонно-дуговая сварка. Она будет уместной как в промышленных условиях, так и частном использовании.
- Частичное или полное восстановление химического состава. Содержание элементов в сварном шве кардинально меняется, чтобы частично или полностью его восполнить, задействуют электроды с покрытием из аналогичных элементов. Существуют марганцевые, алюминиевые с дозированным содержанием элементов разновидности.
- Форма наплавки. Сплавы при выгорании образуют большое количество угарных газов, что затрудняет не только видимость. Задерживаясь в расплаве, они снижают прочность структуры. Чтобы обеспечить их выход, наплавка электродами проводится уширенными стежками.
- Быстрое охлаждение. Длительный нагрев и медленное охлаждение Mn-сталей приводят к выпадению карбидов, которые снижают прочность и делают хрупким шов. Оптимальным по скорости нагрева и охлаждения соотношением является электродуговой метод.
Сварка стали 65Г сложная из-за содержания С. Для этих марок применяется ряд условий, которые снижают последствия вмешательства в структуру. По сути, процесс представляет собой наплавку промежуточного слоя между поверхностями. Для этого используются электроды определенного состава, подбираются они в зависимости от степени легирования.
С помощью электродов с содержанием Mn проводят наплавку на обычную конструкционную сталь, тем самым придавая ей износостойкость, присущую Mn-сталям. Процедуру проводят в 4 слоя, в каждом из которых увеличивается содержание марганца.
Сварка стали 16ГС выполняется электрошлаковым способом в защитной газовой атмосфере под флюсом. Она не склонна к отпускной хрупкости и характеризуется высокой стойкостью от перегрева в зоне термического влияния. Для наплавки рекомендуются электроды Э42, Э50А.
Способы выполнения и побочные явления сварки стали 09Г2С аналогичны вышеописанному. Для полу- и автоматического метода применяют электродную проволоку СВ08ГА, СВ-ЮГА, СВ10Г2 + флюс АН-348А, ОСЦ-45.
Сварка стали 30ХГСА. Легирование хромом, кремнием в околошовной структуре обеспечивает не только феррито-перлитный состав (образуется определенное количество бейнита и мартенсита), но и длительное охлаждение, что способствует выпадению карбидов по границам зерен и появлению повышенной хрупкости. Здесь применяются электроды Э55А, Э60, Э55.
Сварка пружинной стали, равно как и сварка рессорной стали, практически невозможны. Марка 50ХГА не предназначена для сварных конструкций. Эффект пружины она получает при пластической деформации в холодном состоянии, а при свариваемости в зоне термического влияния следствием становятся частичный отпуск и потеря прочности. Компромисс — использование электродов ОК 68/82, которые оптимальны для наплавки переходных слоев.
Сварка стали 09Г2С, технология выполнения которой предусматривает соединение в любой конфигурации, в том числе осуществление сварки полосовой стали, отличается от высоколегированной — в данном случае принцип сращения имеет характерную схожесть с наплавлением. Стыковка может проводиться разными способами: непрерывным оплавлением с подогревом и без. Зазоры при сварке металла допускаются в зависимости от сечения и вида расплавления — от 0,5 до 8 мм.
Особенности наплавки марганцовых сталей
Заключение
Углерод — основа, которая указывает на свариваемость, второй по значимости элемент — марганец (содержание до 1,5% мало влияет на процесс). Если С более 0,25%, возможность проведения операции зависит от добавочных элементов. При повышении его свыше 0,29% — возможно соединение с особыми условиями, при помощи обычного электрошлакового переплава. При повышении С более 0,4% — соединение практически невозможно, актуальным становится метод наплавки спец. электродами.
Сварка стали 40Х
Сталь 40х является конструкционным легированным металлом, который широко используется в промышленности. Технические характеристики и состав материала определяется по ГОСТ 453-71. Содержание углерода в ней должно быть, примерно, 0,4%, а хрома – 1%. Сварка стали 40Х является достаточно сложным процессом, так как материал относится к трудно свариваемым металлам. Для решения данной проблемы используют специальные технологии и методы.
Основная проблема заключается в том, что при сваривании получается большая вероятность появления трещин, раковин и прочих дефектов. Но характеристики самого металла являются весьма полезными при создании металлоконструкций, так что приходится подыскивать подходящие способы как варить сталь 40х.
Способы сварки стали 40ХСамым качественным и распространенным способом сваривания этого сорта металла, является сварка стали 40х аргоном. Электродуговой аппарат обеспечивает достаточно высокое напряжение для плавления, а газ защищает от воздействия посторонних вещей, которые приводят к браку. В данном случае подбирается присадочный материал той же марки, что и заготовка. Также возможно варить газом с помощью ацетилена. Это более простой, но менее надежный метод. Он может не подойти для слишком толстых слоев листов, так что может потребоваться дополнительная подготовка металла под сварку. Наиболее простым способом, уступающим в надежности предыдущим, является обыкновенная ручная сварка специальными электродами.
Выбор способаДля домашнего применения, когда на изделие не будет возлагаться большая ответственность, применяют самый простой способ – дуговую сварку. Ведь это самый дешевый метод, который не требует особой подготовки. Для сварки стали 40х электроды требуются специально предназначенные для этого дела. В промышленности для ответственных объектов применяют электродуговую сварку с аргоном. Несмотря на высокую себестоимость, это один из самых надежных методов, который обеспечивает длительный срок службы конструкции. Чтобы сделать процесс более дешевым, можно использовать газовую сварку с помощью ацетилена. Результат будет очень схожим, а в плане создания потолочных и вертикальных швов еще и более удобным. Другие виды и способы сварки металла применяются достаточно редко.
Сварка стали 40Х аргоном
Вне зависимости от выбранного способа следует тщательно подготовить поверхность перед свариванием.»
Свариваемость стали 40Х и ее свойстваМеталл плохо сваривается. Если сам процесс плавления и образования сварочной ванны происходит еще относительно нормально, так как здесь проявляется лишь повышенная вязкость, но весь ряд проблем, которые возникают на шве после окончания, зачастую приводят к его негодности для эксплуатации. Сварка стали 40хн отлично проявляет ее свойства к отпускной хрупкости. Во время самой сварки, а также после нее могут появляться трещины и прочие дефекты, в том числе и деформации. Это возникает из-за резких перепадов температуры, которые вызваны электрической дугой, что особенно заметно, когда происходит сварка тонкого металла электродом. Также это получается при образовании напряжений, которые получаются из-за недостаточного обеспечения защиты. Таким образом, дополнительные действия нужны как перед сваркой, так и после нее.
Сварка стали 40Х
Выбор инструментаКритерий при выборе материала сварочной проволоки или электрода – ровно один. Их металл должен максимально соответствовать составу того, который идет в заготовках. Следует только обращать внимание на толщину, чтобы она соответствовала толщине деталей, так как глубина приваривания должен быть максимальной из-за сложностей в податливости данной марки стали. Более важным параметром является защита. Сварка стали 40х полуавтоматом должна поддерживаться средой защитного газа, а при ручной – на электродах должно быть покрытие, рассчитанное на работу с этой маркой стали. Тут подойдут электроды марки Э85, у которых имеется пониженное содержание водорода в покрытии, а также которые стойки к образованию трещин при работе со сложными металлами.
Режимы
Чтобы повысить качество соединения, следует использовать уже проверенные параметры, которые рассчитаны для каждой толщины заготовки и соответствующего положения шва. Это существенно облегчит процесс работы.
Читайте также: