Описание электродов для спецсталей

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.