3 Выбор сварочных материалов

3.1 Выбор материалов для дуговая сварка покрытыми электродами

К сварочным материалам, применяемым в данном способе сварки относятся покрытые электроды. Применяемые электроды должны обеспечивать:

1) устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва;

2) получение металла сварного шва заданного химического состава;

3) равномерное и спокойное расплавление электродного стержня и покрытия, минимальное разбрызгивание электродного металла;

4) максимально возможную производительность;

5) легкость отделения шлаковой корки и прочность нанесения покрытия;

6) сохранение физико-химических и технологических свойств в течении заданного промежутка времени;

7) минимальное токсичность при изготовлении и при сварке.

Классифицировать покрытые электроды можно по следующим признакам:

1. По назначению:

Для сварки сталей;

Для сварки чугуна;

Для сварки цветных металлов;

Электроды для наплавочных работ.

2. По технологическим особенностям:

Для сварки с глубоким проплавлением;

Для данной сварки.

3. По виду и толщине покрытия.

4. По химическому составу стержней и покрытия.

5. По характеру шлака.

6. По механическим, свойствам металла шва.

7. По способу нанесения покрытия.

При сварке нержавеющих сплавов нет необходимости в металлургической обработке металла шва, так как эти сплавы являются хорошо раскисленными.

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.

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.

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 рутиловым покрытием. Основу покрытия таких электродов составляют рутиловый концентрат (природный диоксид титана). Металл шва, выполненный электродами с рутиловым покрытием, соответствует спокойной или полуспокойной стали. Стойкость металла шва против образования трещин у электродов с рутиловым покрытием выше, чем у электродов с кислым покрытием. По механическим свойствам металла шва и сварного соединения большинство марок рутиловых электродов относится к электродам типа.

Рутиловые электроды обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими видами электродов, а именно обеспечивают стабильное и мощное горение дуги при сварке переменным током, малые потери металла на разбрызгивание, легкую отделимость шлаковой корки, отличное формирование шва. Электроды мало чувствительны к образованию пор при изменении длины дуги, при сварке влажного и ржавого металла и по окисленной поверхности.

К электродам рассматриваемой группы также относятся электроды с ильменитовым покрытием, занимающими промежуточное положение между электродами с кислым и рутиловым покрытиями. В состав покрытия этих электродов в качестве основного компонента входят ильменитовый концентрат (природное соединение диоксидов титана и железа).

Электроды с основным покрытием. Основу этого вида покрытия составляют карбонаты и фтористые соединения. Металл, наплавленный электродами с основным покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали. Благодаря низкому содержанию газов, неметаллических включений и вредных примесей металл шва, выполненный этими электродами, отличается высокими показателями пластичности и ударной вязкости при нормальной и пониженной температурах, а также обладает повышенной стойкостью против образования горячих трещин.

Вместе с тем по технологическим характеристикам электроды с основным покрытием уступают другим видам электродов. Они весьма чувствительны к образованию пор при наличии окалины, ржавчины и масла на кромках свариваемых деталей, а также при увлажнении покрытия и удлинении дуги. Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности. Перед сваркой электроды в обязательном порядке необходимо прокаливать при высоких температурах (250-4200С).

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 полуспокойной или спокойной стали. В то же время он содержит повышенное количество водорода. По механическим свойствам металла шва и сварных соединений электроды с целлюлозным покрытием соответствуют электродам. Для целлюлозных электродов характерно образование равномерного обратного валика шва при односторонней сварке на весу, возможность сварки вертикальных швов способом сверху вниз.

Стандартом ГОСТ 10052-75 предусмотрено 49 типов электродов для сварки коррозионно-стойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей мартенситно-ферритного, ферритного, аустенитно-ферритного и аустенитного класса.

При сварке высоколегированных сталей сварочные проволоки одной по ГОСТу марки имеют достаточно широкий допуск по химическому составу. Различие типов сварных соединений, пространственного положения сварки и т.п. способствует изменению глубины проплавления основного металла , а также изменению химического состава металла шва. Все это заставляет корректировать состав покрытия с целью обеспечения необходимого содержания в шве феррита и предупреждения, таким образом, образования в шве горячих трещин. Этим же достигаются и необходимая жаропрочность и коррозионная стойкость швов.

Применением электродов с фтористо-кальциевым покрытием, уменьшающим угар легирующих элементов, достигается получением металла шва с необходимым химическим составом и структурами. Уменьшению угара легирующих элементов, способствует и поддержанию короткой дуги без поперечных колебаний электрода. Это снижает вероятность появления дефектов на поверхности основного металла в результате попадания на него брызг. Тип покрытия электрода диктует необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменили постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива). Тщательная прокалка электродов, режим которой определяется их маркой, способствует уменьшению вероятности образования в швах пор и вызываемых электродом трещин. Для ручной дуговой сварке стали 12Х18Н10 работающей при температуре 450-650°С следует применять электроды[1,с.336, табл.9.4] следующих марок: ОЗЛ-7, Л-39, ЦЛ-11, Л-38Л,ОЗЛ-7, Л-38М.

В большинстве случаев не требуются специальные меры, направленные на предотвращение образования в нем закалочных структур.

Применение таких марок электродов обеспечивает получение металла швов с достаточной стойкостью против кристаллизационных трещин и требуемыми прочностными и пластическими свойствами. Легирование металла шва за счет провара основного металла легирующими элементами, входящими в основной металл, и повышенные скорости охлаждения позволяют получить металл шва с более высокими, , прочностными показателями. Все описанные выше электроды, предназначенные для сварки высоколегированных сталей с любым видом покрытия должны отвечать требованиям ГОСТ 10052-75, а также требованиям технических условий на электроды. В технических условиях могут содержаться дополнительные требования, которые являются необходимыми для более эффективного ведения процесса и получения сварных соединений с особыми характеристиками и повышенной эксплуатационной надежностью.

Химический состав и механические свойства следующих марок электродов.

ОЗЛ- 7.

Таблица 3.1 - Типичные механические свойства металла шва:

Временное сопротивление σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Ударная вязкость aн, Дж/см2
>630	>400	>25	120

Таблица 3.2 - Типичный химический состав наплавленного металла, %

C	Mn	Si	Сr	Ni	S	P	Nb
0,12	2,5	1,3	23,0	9,4	0,020	0,030	0.95

Сварочно-технологические свойства:

Устойчивость дуги – Удовлетворительная

Разбрызгивание – Малое, потери 5-10 %

Формирование шва – Хорошее

Отделимость шлаковой корки – Хорошая

Типичный коэффициент наплавки – 11.5

Расход электродов на 1кг наплавленного металла – 1,6 кг

Таблица 3.3 - Характеристика режимов.

Диаметр, мм	Длина, мм	Сила тока, А
		Положение шва
		нижнее	вертикаль.	потолочное
3,0	300	60-80	55-75	55-75
4,0	350	110-130	90-120	90-120
5,0	450	140-160	-	-
6,0	450	160-200	-	-

Технологические особенности:

Сварку следует вести короткой дугой. Структура металла шва аустенитно-ферритная. Благодаря наличию ферритной фазы устраняется склонность сварных швов к образованию горячих трещин. Рекомендуется прокаливать электроды при 300ْ С в течение часа.

Специальные свойства:

Возможна некоторая склонность металла шва к охрупчиванию из-за образования сигма-

Фазы в интервале температур 600-800˚С. Содержание ферритной фазы 5-10% (по ГОСТ

не менее 5%-15%). Склонен к межкристаллитной коррозии. Следует выполнить стабилизационный отпуск, чтобы повысить сопротивляемость межкристалидной коррозии. Средняя скорость окисления при 1050˚С 0,4 за 100 ч.

ОЗЛ- 8.

Таблица 3.4 - Типичные механические свойства металла шва.

Временное сопротивление σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Ударная вязкость aн, Дж/см2
>600	>350	>33	100

Таблица 3.5 - Типичный химический состав наплавленного металла, %.

C	Mn	Si	Сr	Ni	S	P
0,10	1,8	1,2	21,5	8,8	0,020	0,030

Сварочно-технологические особенности:

Устойчивость дуги – Удовлетворительная

Разбрызгивание – Обычное, потери 5%

Формирование шва – Хорошее

Отделимость шлаковой корки – Хорошая

Типичный коэффициент наплавки – 13

Расход электродов на 1кг наплавленного металла – 1,6 кг

Таблица 3.6 - Характеристика режимов.

Диаметр, мм	Длина, мм	Сила тока, А
		Положение шва
		нижнее	вертикаль.	потолочное
3,0	250	60-80	55-75	55-75
4,0	350	110-130	70-110	75-110
5,0	350	140-160	110-150	-

Технологические особенности:

Сварку следует вести короткой дугой. Огневая подготовка кромок под сварку не допускается. Структура металла шва аустенитно-ферритная. Склонность к трещинам понижена. . Следует выполнить стабилизационный отжига 870-920, чтобы повысить сопротивляемость межкристалидной коррозии.

Рекомендуется прокаливать электроды при 300ْ С в течение часа.

Специальные свойства:

Возможна некоторая склонность металла шва к охрупчиванию из-за образования сигма-

Фазы в интервале температур 600-800˚С. Содержание ферритной фазы 3,5-8,5 % (по ГОСТ

не менее 2,5-7%).

ЦЛ- 11.

Таблица 3.7 - Типичные механические свойства металла шва:

Временное сопротивление σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Относительное удлинение δ5, %	Ударная вязкость aн, Дж/см2
>630	>360	>24	90

Таблица 3.8 - Типичный химический состав наплавленного металла, %

C	Mn	Si	Сr	Ni	S	P
0,12	1,2	1,0	19	10,4	0,020	0,030

Сварочно-технологические свойства:

Устойчивость дуги – Удовлетворительная

Разбрызгивание – Умеренное, потери 5 %

Формирование шва – Удовлетворительное

Отделимость шлаковой корки – Удовлетворительная

Типичный коэффициент наплавки – 12,5

Расход электродов на 1кг наплавленного металла – 1,8 кг

Таблица 3.9 - Характеристика режимов.

Диаметр, мм	Длина, мм	Сила тока, А
		Положение шва
		нижнее	вертикаль.	потолочное
3,0	250	80-100	70-90	70-90
4,0	350	110-140	90-120	90-120
5,0	350	150-180	130-160	-

Технологические особенности:

Сварку следует вести короткой дугой. Огневая подготовка кромок под сварку не допускается. Рекомендуется прокаливать электроды при 350-400ْ С в течение 1,5ч.

Специальные свойства:

Содержание ферритной фазы 3-9% (по ГОСТ не менее 2,5%). Металл шва отличается

Высокой корозионностойкостью при температуре работы конструкции 450-600 С.

Л- 38М.

Таблица 3.10 - Типичные механические свойства металла шва.

Временное сопротивление σв, МПа	Относительное удлинение σ5, %	Ударная вязкость aн, Дж/см2
>600	>30	110

Таблица 3.11 - Типичный химический состав наплавленного металла, %.

C	Mn	Si	Сr	Ni	S	P
0,12	2,5	1,4	19,0	100	0,020	0,035

Сварочно-технологические свойства:

Устойчивость дуги – Хорошая

Разбрызгивание – Малое, потерь нет

Формирование шва – Удовлетворительное

Отделимость шлаковой корки – Удовлетворительная

Типичный коэффициент наплавки – 105

Расход электродов на 1кг наплавленного металла – 1,7кг

Таблица 3.12 - Характеристика режимов.

Диаметр, мм	Длина, мм	Сила тока, А
		Положение шва
		нижнее	вертикаль.	потолочное
3,0	250	80-100	60-80	60-80
4,0	350	130-150	90-130	90-130

Технологические особенности:

Сварку следует вести короткой дугой. Огневая подготовка кромок под сварку не допускается. Структура металла шва аустенитно-ферритная. Склонность к трещинам понижена. . Следует выполнить стабилизационный отжига 870-920, чтобы повысить сопротивляемость межкристалидной коррозии.

Рекомендуется прокаливать электроды при 300ْ С в течение часа.Допускается сварка позазорам.

Специальные свойства:

Ферритная фаза отсутствует (по ГОСТ 2,5-7%).Наплавленный металл обладает стойкостью против межкристалидной коррозии(до 350 С) после термической обработки при температуре выше 900 С.

Так как данная сталь относится к трудносвариваемым вследствие повышенной склонности швов и околошовной зоны к горячим трещинам, сварщики вынуждены прибегать к изменению композиции металла шва часто даже в ущерб его жаростойкости и др. характеристикам. Электроды марки ЦЛ-11 предназначены для сварки корозионностойких сталей, когда к металлу шва предъявляются жесткие требования стойкости против межкристалидной коррозии, работающих в агрессивных средах. Пригодны для сварки во всех пространственных положениях.

На основание этой рекомендации[4.c.127] прием электрод марки ЦЛ-11.

3.2 Выбор материалов для сварки под слоем флюса.

Этот один из основных способов сварки высоколегированных сталей толщиной 3…50 мм имеет большое преимущество перед ручной дуговой сваркой покрытыми электродами ввиду стабильности состава и свойств металла по всей длине шва при сварке с разделкой и без разделки кромок. Это достигается отсутствием частых кратеров, образующихся при смене электродов, равномерностью плавления электродной проволоки и основного металла по длине шва (при ручной сварке меньшая скорость плавления электрода вначале его использования и большая в конце изменяет долю основного металла в шве, а значит, и его состав), более надежной защитой зоны сварки от окисления легирующих компонентов кислородом воздуха и др.

Хорошее формирование поверхности швов с мелкой чешуйчатостью и плавным переходом основному металлу, отсутствие брызг на поверхности изделия заметно повышают коррозионную стойкость сварных соединений. При этом способе уменьшается трудоемкость подготовительных работ, так как разделку кромок выполняют на металле толщиной св. 12мм (при ручной сварке 3…5мм). Возможна сварка с повышенным зазором и без разделки кромок стали толщиной до 30…40мм. Уменьшение потерь на угар, разбрызгивание и огарки электродов на 10…20 % снижает расход дорогостоящей сварочной проволоки.

Однако при сварки под флюсом некоторых марок жаропрочных сталей требование обеспечения в металле шва регламентированного количества ферритной фазы не всегда может быть достигнуто. Это объясняет трудностью получения необходимого состава металла шва за счет выбора только сварочных флюсов и проволок (последние имеют значительные колебания химического состава в пределах стали одной марки) при сварке метала различной толщины (различная форма разделки и, значит, доля участия основного металла в формировании шва).

Отличие техники сварки высоколегированных сталей и сплавов от техники сварки обычных низколегированных сталей заключается в уменьшении вылета электрода в 1,5…2 раза ввиду повышенного электросопротивления сварочных проволок. Для предупреждения перегрева металла и связанного с этим огрубления структуры, возможности появления трещин и снижения эксплутационных свойств сварного соединения многослойные швы повышенного сечения. Это предопределяет использование сварочных проволок диаметром 2…3 мм. Аустенитные сварочные проволоки в процессе изготовления сильно наклепываются и имеют высокую жесткость, что затрудняет работу правильных, подающих и токоподводящих узлов сварочных установок, снижая срок их службы. Легировать шов можно через флюс или проволоку.

Легирование через проволоку более предпочтительно, так как обеспечивает повышенную стабильность состава металла шва. При сварке используют безокисленные низкокремнистые фторидные и высокоосновные флюсы, создающие в зоне сварки безокисленные или малоокисленные среды, способствующие минимальному угару легирующих элементов. Остатки шлака и флюса на поверхности швов , которые могут служить очагами коррозии сварных соединений на коррозионно- и жаростойких сталях, необходимо тщательно удалять. Тип флюсов предопределяет преимущественное использование для сварки постоянного тока обратной полярности. При этом достигается и повышенная глубина проплавления.

Для автоматической электродуговой сварки сталей с небольшим запасом аустенитности аустенитно-ферритными швами применяется марка флюса АН-20 или АН-26, АН-22.

Для электродуговой сварки под флюсом, стали 12Х18Н10Т, следует применять сварочные проволоки [1,с.370,табл.9.7] следующих марок: Св-08Х20Н9Г7Т, Св-04Х19Н9, Св-06Х19Н9Т, Св-04Х19Н9С2.

На основании рекомендаций [Каховский,c.376] для сварки стали 12Х18Н10Т, примем марку проволоки Св-06Х19Н9Т (ГОСТ 1222 – 64) и марку флюса АН – 22. Использование флюса АН-22 позволяет достигнуть большей пластичности шва. И использование сварочной проволоки марки Св-06Х19Н9Т с содержанием титана поможет предотвратить межкристаллитную коррозию.

Таблица 3.13 - Химический состав сварочных флюсов по ГОСТ 9087-81

Марка флюса	Содержание, %										Назначение
	SiO2	MnO	Al2 O3	CaO	MgO	CaF2	NaF	FeO	S	P
АН-20	21,0-23,0	До 0,5	28,0-32,0	3,0-7,0	9,0-13,0	25,0-33,0	17÷25	1,0	0,08	0,05	Автоматич. эл.дуговая сварка хромоникелевых высоколегированных сталей.
АН-22	3,5÷6,0	0,3	20÷24	16÷20	2,0	50÷60		1,0	0,025	0,025

Таблица 3.14 - Характеристики режимов механизированной сварки под флюсом [5,стр.147,табл.25]

Марка сварочной проволоки	Флюсы	Диаметр сварочной проволоки, мм	Режимы сварки
			Ток,А	Напряжение дуги,В	Скорость сварки, м/ч
Св-06Х19Н9Т	АН-20 АН-22 АН-26	2	180-300	26-30	15-40
		3	250-350	28-35	15-30
		4	350-450	30-36	15-30

Таблица 3.15 - Химический состав некоторых марок сварочной проволоки по ГОСТ 2246-70

Марка проволоки	С, не более	Mn	Si, не более	Cr, не более	Ni, не более	Mg	Ti, V	S, не более	P, не более
Св-08Х20Н9Г7Т	0.1	1.0-2.0	0.4-0.1	20-18	10-8	7-9	0.5-0.1	0,15	0,30
Св-04Х19Н9	0,06	1,0-2,0	0,6	18-20	12-10	-	-	0,25	0,30
Св-06Х19Н9Т	0,08	1,0-2,0	0,4-1,0	18-20	8-10	-	0,5-0,1	0,15	0,30
Св-04Х19Н9С2	0,06	1,0-2,0	0.9-1.2	18-20	12-10	-	-	0.25	0.30