Выбор сварочных материалов

Конструкции из жаропрочных сталей, работающие при температурах до 600°С,сваривают сварочными материалами, обеспечивающие в швах обязательное присутствие ферритной фазы(для предотвращения горячих трещин в швах).

Наиболее просто обеспечить заданное количество δ-Fe при сварке штучными электродами. При сварке в защитных газах и под флюсом необходимо учитывать долю участия основного металла в металле шва и варьировать марки присадочной проволоки при выполнении коренных и облицовочных швов существенно отличавшихся по доле участия основного металла. Чтобы исключить охрупчивание таких швов в результате сигматизации, необходимо не допускать более 4% δ-Fe, отдавать предпочтение электродам с минимально допустимым содержанием элементов –ферритизаторов, а такхе подвергать швы аустенитизации.

Для конструкций из гетерогенных жаропрочных сталей, длительно работающих при температуре 700-750°С, применяют структурно более стабильные сварочные материалы аустенито- карбидного, аустенито-боридного и аустенитного классов с учетом их склонности подсолидусным трещинам. Повышенная склонность швов такого состава к образованию горячих трещин предотвращается путем их чистоты по вредным примесям при специальной технологии выплавки.

Для однофазных аустенитных сварочных материалов применяемых для сварки сталей, не содержащих Nb, стойкость против горячих трещин в шве достигается путем легирования Mo и Mn, а также рафинирующими переплавами и добавками редкоземельных элементов.

Сварочная проволока

Сварочный электрод - изделие из электропроводного материала, служащее для подведения электрического тока к месту сварки. Различают плавящиеся и неплавящиеся электроды.

К плавящимся электродам относятся сварочные проволоки, прутки, пластины и ленты сплошного сечения, порошковые проволоки и ленты, а также, покрытые и комбинированные электроды (плавящиеся мундштуки).

 

Сварочные проволоки делятся на низкоуглеродистые (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2%); легированные (суммарное содержание легирующих элементов от 2 до 6%) и высоколегированные (суммарное содержание элементов более 6%).

Для обеспечения требуемых прочности и хладостойкости металла шва при сварке низколегированных и высокопрочных сталей состав сварочной проволоки следует выбирать таким, чтобы содержание углерода в шве не превышало 0,10 - 0,12%, а содержание кремния было меньше 0,5%. Оптимальное содержание других легирующих элементов находится в таких пределах, %: 0,6 -1,6 Мn, 0,9-1,1 Сr, 0,2 - 0,4 Мо, до 2 Ni и до 0,25 V. Степень легирования выбирается на основании требований к прочностным свойствам металла шва.

Высоколегированные аустенитные и ферритные проволоки применяются для сварки нержавеющих, жаростойких и других специальных сталей различного состава. Следует иметь в виду, что аустенитная проволока после волочения сильно нагартовывается и обладает большой жесткостью. Это облегчает подачу проволоки диаметром 2 - 3 мм по гибким шлангам при полуавтоматической сварке, но весьма затрудняет работу с проволокой большого диаметра. При автоматической сварке наклепанной аустенитной проволокой диаметром 4 - 6 мм ее следует предварительно подвергнуть термической обработке. В зависимости от состава проволоки и степени наклепа термическая обработка может заключаться в отжиге или закалке.

В зависимости от назначения плавящиеся электроды могут быть изготовлены из стали, алюминия, титана, меди или других металлов и сплавов.

Плавящиеся электроды одновременно служат для введения присадочного металла при сварке плавлением. Применяя плавящиеся электроды соответствующего химического состава, можно изменять в желаемом направлении состав металла шва, легировать его нужными элементами, снижать содержание вредных примесей.

При сварке плавящимся электродом образуется сварной шов, который получается за счет основного металла и металла электрода.

К неплавящимся электродам относятся электродные стержни и электроды для контактной электросварки - угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

 

 

Сварочные проволоки:

1)Порошковые проволоки и ленты состоят из металлической оболочки, заполненной порошкообразными веществами - газообразующими и шлакообразующими материалами, ферросплавами и металлами.

2) Стальная сварочная проволока, предназначенная для сварки и наплавки. Она классифицируется по группам и маркам стали. Выделяют три группы сварочной проволоки: низкоуглеродистую - 6 марок, легированную - 30 марок и высоколегированную - 39 марок.

3) Стальная омедненная проволока предназначена для полуавтоматической сварки в среде защитных газов (углекислота или смеси аргона).

Сварку производим сварочной проволокой Св-07Х25Н13 так как она обеспечивает требуемые механические свойства и химический состав металла шва.

Таб.3 Химический состав электродной проволоки Св-07Х25Н13.

C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
0,05	0,75	1,95	24,5		0,015	0,024

 

 

Таб.4 Механические свойства металла шва.

Временное сопротивление разрыву, МПа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/	Предел текучести, МПа

 

Сварочные флюсы.

Большинство металлов и сплавов при сварке взаимодействуют с окружающей атмосферой. Особенно реагирует расплавленный металл. Менее подвержен этому закристаллизовавшийся металл шва и металл в ЗТВ. В результате взаимодействия с окружающей средой происходит окисление металла, а также растворение в нем азота и водорода. Это приводит в большинстве случаев к ухудшению свойств металла шва и сварных соединений. Поэтому при сварке необходима защита металла сварочной ванны от контакта с воздухом. Применяется шлаковая, газовая и комбинированная защита.

Особенность шлаковой защиты заключается в возможности металлургической обработки расплавленного металла. Для этого применяют особые сварочные флюсы, образующие при расплавлении шлаки с определенными физико-химическими свойствами. Такие флюсы используют при автоматической и механизированной дуговой и электрошлаковой сварке и наплавке. Шлаки условно можно разделить на две группы: активные и пассивные. Активные шлаки наряду с защитой осуществляют и металлургическую обработку (раскисление, связывание серы и фосфора, легирование). Пассивные шлаки осуществляют в основном защитные функции. Кроме того шлаки должны обеспечивать хорошее формирование шва, надлежащий химический состав металла, отсутствие пор и трещин, устойчивость процесса сварки, легкую отделяемость шлаковой корки от поверхности шва. Для сварки сталей используют шлаки различных систем. В большинстве из них в качестве обязательной составляющей, оказывающей влияние на физические свойства шлака, входит фтористый кальций CaF2. наибольшее распространение получили шлаки, содержащие MnO, FeO, CaO, MgO, Al2O3 и др.

Соотношение оксидов в шлаках для сварки различных сталей изменяются. Уменьшение концентрации активных оксидов (FeO, MnO, SiO2) повышение в них содержания прочих оксидов (CaO, MgO, Al2O3) приводят к уменьшению окислительной способности системы по отношению к большинству легирующих элементов в сварочной ванне.

По способу изготовления флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Плавленый флюс получают сплавлением его составляющих. сплавленную массу после охлаждения подвергают дроблению на зерна требуемого размера. Неплавленые флюсы представляют собой механическую смесь порошкообразных материалов, замешанном на определенном связующем, например на жидком стекле, прокаленную и гранулированною нВ зерна определенных размеров. Преимуществом плавленых флюсов являются высокие технологические свойства(защита, формирование, отделяемость шлаковой корки и др.) и малая стоимость. Преимуществом неплавленых флюсов является возможность в более широких пределах легирования металла шва через флюс.

В настоящее время в промышленности преимущественно применяются плавленые флюсы. Плавленые флюсы различают по содержанию в них оксидов кремния – высококремнистые (до 40-50% SiO2) и бескремнистые; по содержанию оксида марганца – высокомарганцевистые(более 30 % MnO), среднемарганцевистые (от 15 до 30 % MnO) и низкомарганцевистые. Низкокремнистые стали применяют в основном для сварки легированных сталей. Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют в основном высококремнистые марганцевистые флюсы в сочетании с низкоуглеродистыми сварочными проволоками. Для сварки высоколегированных сталей содержащих большое количество таких легкоокисляющихся элементов, как C, Mo, Ti, Al и др. применяют бескремнистые флюсы на основе соединений CaO, CaF2, Al2O3 и бескислородные фтористые флюсы на основе CaF2, NaF и др. для сварки алюминия, магния, титана и их сплавов, используют флюсы образующие бескислородные шлаковые системы. Для титана - на основе CaF2, с небольшим добавлением хлоридов; для алюминия – на основе хлористых NaCl, KCl, LiCl) солей с добавками фторидов (NaF, KF, LiFи др.) для магниевых сплавов – на основе фторидных соединений (KF, NaF, BaF и др.). Для сварки меди и медных сплавов применяют флюсы образующие шлаковые системы основу которых составляют бораты. В другие шлаковые системы данные соединения входят в виде добавок.

Для изготовления флюсов используют исходные материалы (руды, кварцевый песок, рутил, коалин, мрамор, фтористые и хлористые соли и другие компоненты). Компоненты должны быть недорогими и чистыми от вредных примесей (серы, фосфора и др.). особенно высокая чистота требуется для флюсов используемых при сварке титана и его сплавов, а также других активных материалов.

Флюс влияет на устойчивость дуги, формирование и химический состав металла шва; в значительной мере определяет стойкость швов против образования пор и кристаллизационных трещин; от его состава зависит сила сцепления шлаковой корки с поверхностью шва.м при плавлении флюса выделяются газы и пары. Наличии во флюсе оксидов щелочных и щелочноземельных металлов увеличивает электрическую проводимость и длину дугового промежутка, что повышает устойчивость процесса сварки; наличие соединений фтора напротив снижает эти показатели. Таким образом флюсы обладают разными стабилизирующими свойствами в зависимости от их химического состава. На форму шва оказывает существенное влияние стабилизирующие свойства флюса, его насыпная масса и гранулометрический состав. Укорачивая дугу, флюс с плохим стабилизирующим свойством приводит к формированию узких швов с большой глубиной проплавления и высоким усилением. Флюс с хорошими стабилизирующими свойствами удлиняет дугу, дает широкие швы с малым проплавлением и небольшой высотой усиления.

Появлению в швах пор способствует: наличие ржавчины или окалины на свариваемых поверхностях; чрезмерное увлажнение флюса и свариваемых поверхностей; загрязнение свариваемых поверхностей органическими веществами; недостаточная защита зоны сварки от воздуха (малый слой флюса, большие зазоры между свариваемыми кромками); плохие технологические свойства флюсов или несоответствие флюса составу основного металла и электродной проволоки.

Изменяя содержание в металле шва углерода, серы, марганца, и других элементов флюс оказывает существенное влияние на стойкость швов против образования кристаллизационных трещин. Увеличение содержания углерода и серы в шве снижает, а увеличение содержания марганца повышает стойкость сварных швов против образования кристаллизационных трещин.

В состав флюса вводят элементы-стабилизаторы, повышающие стабильность горения дуги. Введение этих элементов позволяет применять переменный ток для сварки, более широко варьировать режимы сварки.

Химический состав металла шва формируется за счет основного и электродного металлов. Однако состав флюса может привести к заметным изменениям химического состава металла шва. Эти изменения возможны, как. правило, только в пределах долей процента, Для легирования металла шва применяют керамические флюсы.

Формирующая способность флюсов определяется вязкостью шлака, характером ее зависимости от температуры, межфазным натяжением на границе металл — шлак и т. п. Формирующая способность в значительной степени зависит от мощности дуги. При сварке мощной дугой (ток свыше 1000 А) хорошее формирование обеспечивают «длинные» флюсы, вязкость которых при повышении температуры монотонно уменьшается. При сварке кольцевых швов малого диаметра для предотвращения отекания шлака следует использовать «короткие» флюсы, вязкость которых резко уменьшается с повышением температуры. Существенное влияние на формирование шва оказывает газопроницаемость флюса, которая определяется размерами частиц и насыпной массой флюса.

Для сварки данной стали выбираем сварочный флюс АН-26С (ГОСТ 9087).

Область применения: Автоматическая и полуавтоматическая сварка нержавеющих коррозионно-стойких и жаропрочных сталей соответствующей сварочной проволокой.

· Строение зерен: стекловидное

· Цвет зерен: от серого до светло зеленого всех оттенков.

· Плотность: 1,3-1,8 г/см³.

Сварочно-технологические свойства:

· устойчивость дуги- хорошая.

· разрывная длина дуги- до 10 мм.

· формирование шва- хорошее с плавным переходом к основному металлу.

· склонность к образованию пор и трещин- низкая.

· отделимость шлаковой корки- хорошая.

 

Металлургические свойства: Низкокремнистый среднемарганцовистый солеоксидный флюс с химической активностью Аф = 0,45-0,5. При сварке-наплавке под флюсом не слишком интенсивно протекают кремне- и марганцевосстановительные процессы. Ударная вязкость металла швов составляет 150 Дж/см2 при 20°С. Хорошо зарекомендовал при сварке конструкций, работающих до -60°C.

 

Данные для применения: Постоянный и переменный ток до 1200 А, Vсв max до 120 м/ч; Uхх источника питания – не ограничено; сушка при Т= 400°С, 2 ч.

 

 

Таб.5 Химический состав флюса АН-26С,%

SiO2	CaO	MnO	MgO	Al2O3	CaF2	C	Fe2O3	S	P
29-33	4-8	2,5-4,0	15-18	19-23	20-24	не более
0,05	1,5	0,08	0,08

 

Режим сварки