“ + ” :

- можно подвергать электрод прокалке( а не просушке при) при 350 - 400˚ → удаление влаги из покрытия( СаСО₃ Т_пл = 2700˚);

- СаСО₃ дает шлак на основе СаО , у которого нельзя отнять кислород;

- много СаО – очень устойчивая дуга;

- играет роль ионизирующего компонента;

- дает много защитного газа(СО₂), так как он оттесняет воздух в зоне дуги.

“ - ” :

• шлак тугоплавкий → приходится вводить СаF₂, который расплавляет тугоплавкие вещества. СаF₂ приводит к появлению отрицательных ионов фтора F ^-, нейтрализующие положительно заряженные ионы Са⁺, являющиеся переносчиками энергии дуги → затрудняется горение дуги. F – деионизатор;

• Электроды применимы на постоянном токе с обратной полярностью.

Покрытие Б применяют для всех типов стали.

Электродное покрытие целюлозного типа(Ц).

ОМА – 2; ВСЦ – 1; ССЦ 2 .

Мука = 47%;

Ti концентрат = 36,5% (90% TiO₂);

MnO = 3.5%;

FeMn = 6%;

FeSi = 5%;

селитра KNO₃ = 2%.

Мука (дает Н₂ и СО ) газообразующая селитра связывает Н₂ , выделяя кислород.

Шлакоообразующие : Ti концентрат и MnO. Их мало!

“ + ” – сильная газовая защита;

“-“ – слабая шлаковая защита.

Сварка самозащитными электродными проволоками.

Преимущества вальцованной проволоки:

Ее легче получить, но из-за зазоров ее нельзя очищать(травить и т. п.).

“ + ” порошковых проволок по сравнению с электродами с покрытием.

В электродах с покрытием присутствуют технологические компоненты, которые отрицательно сказываются на свойствах. В порошковых проволоках таких компонентов не требуется.

Порошковые проволоки.

самозащитные требующие

выделяют защитный газ дополнительной

(в них вводится рутил или защиты.

карбонат кальция)

Лекция № 15

Металлургическая свариваемость сталей и сплавов.

Металлургическая свариваемость конструкционных материалов обеспечивается сохранением химического состава, структуры и служебных свойств швов, их однородности и чистоты по содержанию вредных примесей газов и неметаллических включений.

Ниже рассмотрены методы обеспечения свариваемости основных конструкционных сталей и сплавов.

Самый распространенный углеродистый конструкционный металл – стали типа Ст3, Ст20, они содержат единственный упрочняющий элемент – углерод. Его окисление и частичное уменьшение приводит одновременно к снижению прочности и образованию пор, содержащих СО – продукт окисления углерода.

Для предотвращения его окисления применяют активные защитные газы в сочетании с электродными материалами, имеющими необходимое количество активных раскислителей ( Si + Mn ). При сварке под флюсом и электродами с покрытием эти функции выполняют SiO₂, TiO₂ и Mno в кислых шлаках по механизму кремне марганцево восстановительного процесса в стадии капли и ванны, это позволяет применять электродные проволоки универсального типа св08. Однако ввод указанных раскислителей создает большое количество оксидов – продуктов реакции раскисления, развивающейся в глубине сварочной ванны, что не обеспечивает их полного удаления. Поэтому сварные соединения углеродистых сталей имеют пониженную ударную вязкость и хладостойкость, то есть работоспособность в условиях ударной нагрузки при отрицательных температурах.

Сварные соединения низколегированных сталей обладают повышенной прочностью и хладостойкостью. К таким сталям относят 09Г2С, 15ХСНД, 16Г2АФ. Для них суммарное содержание элементов не более 5%.

При сварке в защитных газах применяют низколегированные электродные проволоки – порошковые и сплошного сечения типа 07ХГСНА в совокупности с защитой аргоном в составе газовой смеси: Ar ( аргон ) + 20% СО₂ (Ar + СО₂ + О₂ ). В этом месте СО₂ служит для стабилизации дуги и обеспечения мелкокапельного переноса. При сварке под флюсом также применяют универсальные электродные проволоки типа св08 с керамическим легирующим флюсом, либо легированные электродные проволоки и плавленые флюсы с пониженными окислительными свойствами АН20.

Более высокий уровень прочности имеют высокопрочные и теплоустойчивые легированные закаливающиеся стали, в которых сумма легирующих Элементов не превышает 10% при содержании одного из них не более 5% ( ст. Х5М, ст. 26Х2НВМБР, ст. 18ХН4МА, ст. 15ХМФА и другие).

Уровень металлургической свариваемости этих сталей зависит не только от сохранения в шве легирующих элементов, но и от содержания водорода, Увеличивающего вероятность образования холодных трещин в закаленных участках соединения. Такие стали с поддувом аргона сваривают в аргоне высшего качества или в аргоно – гелиевой смеси легированными электродными проволоками, отличающимися от стали пониженным содержанием углерода (св20ХСНВФА, св07ХГСНМА ) и вредных примесей.

При сварке под флюсом и электродами с покрытием сварку ведут с подоргревом. Применяют основные флюсы типа ОФ – 6 ( СаО + Al₂O₃ + MnO + SiO₂ + CaF₂ ) и низководородистые электроды с основным покрытием типа УОНИ, также после прокалки 350 –400 ⁰ 1,5 часа. В особо сложных ситуациях { невозможность подогрева, массивность деталей, высокая степень легирования ( Сэкв > 0,45 ) } применяют электродные проволоки и электроды аустенитного класса.

Четвертая группа – высоколегированные нержавеющие коррозионностойкие стали аустенитного класса типа 08Х18ЖОТ, 12Х25Н13БТЮ. При сварке этих сталей необходимо сохранить коррозионную стойкость и стойкость против образования горячих трещин. Этого достигают как составом швов, так и структурой, то есть образованием в аустените 4 – 6 % ферритной фазы (δ – Fe ) . Для сохранения доли хрома, а также других легирующих элементов, содержащихся в основном металле и в аналогичных сварочных материалах, применяют инертный газ высшего качества, пассивные флюсы и электроды, стержни которых имеют низкое содержание углерода с основным покрытием. Для обеспечения заданного содержания δ – Fe и выпадения карбидов хрома ведут сварку с ускоренным охлаждением, исключая науглероживание швов, окисление, окисление ферритизаторов и не допуская увеличение азота в металле шва.При этом ведут контроль качества швов по содержанию δ – Fe в шве на уровне 4 – 6 %.

Металлургическая свариваемость высокопрочных алюминиевых и магниевых сплавов обеспечивается способами, предотвращающими окисление основы сплавов и легирующих элементов, образование пор и горящих трещин, сохраняющими их служебные свойства..

Наиболее эффективны механизированные способы импульсно – дуговой сварки неплавящимся (W ) электродом и плавящимся электродом.

Главный фактор борьбы с окислением металла и включениями окислов швов – катодное распыление, разрушающее окислы воздействием дуги на металл – катод. Пористость подавляется вибрациями ванны, при питании дуги импульсами тока это облегчает выделение пузырьков газа ( водорода ) из ванны, а также снижением парциального давления водорода в дуге. Этого достигают электрохимической обработкой поверхности металла, которая растворяет оксиды и адсорбированный водород, а также применением режимов мелкокапельного переноса металла электрода в ванну, исключающего перегрев капель при замыканиях дуги, соответственно уменьшающих накопления водорода.

Требуемые свойства металла шва и ЗТВ достигают увеличением скорости кристаллизации и охлаждения швов, что позволяет в процессе сварки произвести местную закалку, обеспечивающую эффективное послесварочное упрочнение низкотемпературной обработкой – дисперсным твердением ( старением ).

Под однородностью швов следует понимать отсутствие локальных очагов преимущественного выделения неметаллических включений: шлаков и легкоплавких шкваров в результате межкристаллитной и зональной ликвации. Подавление такой неоднородностью достигается управлением схемой кристаллизации при сварке сплавов на любой основе. Наибольшая степень неоднородности образуется в швах с линейной схемой кристаллизации. Они формируются на весу, то есть без теплоотвода с корня шва с полным проваром кромок на большой скорости сварки. При этом кристаллиты растут по ортогонали к оси и стыкуются в центре шва под тупым углом, выталкивая примеси в центр и образуя зональную ликвацию.

При снижении скорости сварки в условиях сохранения полного провара кромок на весу получают плоскую схему кристаллизации, при которой кристаллиты растут по Х и У, то есть наклонно к оси шва.

Такая схема формирования шва приводит к междендритной ликвации. Рост кристаллитов приводит к отбрасыванию примесей к оси шва, а при больших скоростях - в боковые впадины между кристаллитами. Это приводит к протяженным ликвационным прослойкам и шлаковым включениям по зоне срастания дендритов и создает зону пониженной прочности.

Переход к объемной схеме кристаллизации подавляет междендритную и зональную ликвацию. Для этого сварку ведут на теплоотводящей подкладке, при которой кристаллиты растут одновременно по трем осям: Х, Yи Z, Что препятствует образованию ликвационных протяженных включений, являющихся одновременно местом зарождения горячих трещин.