Безникелевые хромомарганцевые электроды для сварки и наплавки высокопрочных и разнородных сталей

Хромомарганцевые электроды, обеспечивающие получение аустенитного металла шва (наплавки) повышенной прочности, предназначены для ручной дуговой сварки без подогрева и термической обработки при изготовлении и ремонте деталей и узлов из закаливающихся и разнородных сталей. Применяют для сварки сталей, насыщенных серой и другими поверхностными и внутренними загрязнениями. Данные электроды имеют относительно невысокую стоимость.

04 декабря 2019

В.М. Кулик, канд. техн. наук, Э.Л. Демченко, Д.В. Васильев, В.П. Элагин, Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины

На нашем сайте вы можете выбрать и заказать печи для прокалки электродов по выгодным ценам. Мы являемся официальным представителем Mathey Dearman Inc. в России. Получить консультацию по ассортименту и условиям поставки можно по телефону (8452) 66-22-80 или оставив заявку на сайте.

При сварке тяжелонагружаемых и работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания деталей и узлов из высокопрочных и разнородных сталей существует опасность образования в соединениях холодных трещин, что обусловливает необходимость выполнения подогрева и последующего отпуска. Это усложняет технологический процесс, и не всегда возможно при сварке массивных и крупногабаритных изделий. Во избежание проведения этих дополнительных операций можно использовать высоколегированные Fe-Cr-Ni-(Mo) электроды. Однако они обладают относительно невысокими показателями прочности и износостойкости, что вызывает необходимость их утолщения наплавкой с перерасходом дорогостоящих сварочных материалов и увеличением трудозатрат. При этом ухудшается работоспособность соединения вследствие инициирования разрушения в местах резкого перехода от утолщенного шва к основному металлу.

В ИЭС им. Е.О. Патона разработаны безникелевые хромомарганцевые электроды марок АНВМ-2 и АНВМ-3 для ручной дуговой сварки и наплавки стали 110Г13Л и ее соединений с углеродистыми и низколегированными сталями и сварки высокопрочных легированных сталей с обеспечением аустенитного металла шва. Стержни электродов выполняют из низкоуглеродистой стальной проволоки Св-08 или Св-08А, электродное покрытие содержит порошкообразные чистые металлы, ферросплавы и графит для легирования наплавленного металла: до 0,15–0,39% C; 8,5–9,5% Cr; 19,0–24,0% Mn; 0,08–0,12% Ti; 0,15–0,20% V и до 0,16% N. Газошлаковую защиту зоны сварки обеспечивают минералы электродного покрытия, образующие при расплавлении и диссоциации основной шлак, оксид углерода и углекислый газ, а стабильное горение дуги — щелочные и щелочно-земельные элементы в атмосфере дуги. Коэффициент массы покрытия составляет 0,9–1,0, толщина покрытия возрастает с увеличением диаметра стержня электрода (табл. 1).

Газошлаковая защита и связывание водорода во фтористый водород, не растворимый в металлическом расплаве, обеспечивают предотвращение образование пор. Благодаря использованию чистых, без серы и фосфора шихтовых материалов, замене никеля марганцем, введению азота, снижению содержания кремния, легированию ванадием и модифицированию металла присутствующими дисперсными оксидами хрома и титана, а также высокой основности шлака образование горячих трещин в аустенитных швах исключается.

Высокая стойкость против замедленного разрушения и образования холодных трещин в сварных соединениях достигается за счет:

пониженной температуры плавления хромомарганцевого металла шва и степени перегрева металла ЗТВ;
связывания в HF и повышенной растворимости в аустенитном металле шва водорода;
растягивающих напряжений в процессе сварки, повышающих температуру превращения охлаждаемого аустенита в ЗТВ с уменьшением доли и снижением твердости образующегося мартенсита;
отпуска при очередных проходах сварки.

Рис. 1. Микро-структура аустенитного металла шва, выполненного хромомарганцевыми электродами, ×400

Рис. 2. Распределение твердости в поперечных сечениях сварных соединений сталей: а - 09Г2С и 110Г13Л, сваренных электродом АНВМ-2; б- 30ХГСА (упрочненной), сваренной электродами АНВМ-3

Получаемый хромомарганцевый металл шва имеет аустенитную структуру с выделениями карбидов и карбонитридов (рис. 1). Он обладает повышенной прочностью (табл. 2) и склонен к упрочнению при механическом наклепе. После холодной пластической деформации его твердость возрастает с 21–22 HRC_э (235–240 HV) до 39–50 HRC_э (380–550 HV), что повышает стойкость против ударно-абразивного изнашивания.

У зоны сплавления разнородных по структуре шва, выполненного электродами АНВМ-2 и АНВМ-3, и легированной сталей наблюдается локальное повышение твердости соответственно до 290 и 370–460 HV (рис. 2) вследствие образования мартенситной прослойки шириной 5–15 мкм. При сплавлении аустенитного хромомарганцевого металла шва с аустенитной высокомарганцевой сталью 110Г13Л мартенситная прослойка не образуется и локальное повышение твердости не происходит. Под влиянием сварочных нагревов твердость в зоне термического влияния легированных сталей повышается до 260 и 336 HV, на расстоянии нескольких миллиметров от шва она заметно снижается.

Прочность стыковых соединений стали 30ХГСА с σ₀₂ до 830 МПа и σ_в до 935 МПа, сваренной электродами АНВМ-3 без подогрева и термической обработки, достигает σ_в = 910 МПа, разрушение при испытании происходит за пределами шва. В зоне сплавления шва с основным металлом KCU⁺²⁰=63...124 Дж/см² и KCU_–40=17,5...23,6 Дж/см².

Удовлетворительные сварочно-технологические свойства электродов АНВМ-2 и АНВМ-3 (стабильное горение дуги, умеренное разбрызгивание, удовлетворительная отделимость шлаковой корки, устойчивость против образования пор и трещин в сварных соединениях) сочетаются с приемлемыми санитарно-гигиеническими показателями. По выделениям вредных веществ высоколегированные Cr-Mn электроды близки к высоколегированным Cr-Ni-Mn електродам. Они допускаются к использованию при наличии местной вытяжной вентиляции или средств индивидуальной защиты органов дыхания.

По результатам проверки в производственных условиях новые хромомарганцевые электроды рекомендованы для сварки и наплавки без подогрева и термической обработки деталей и узлов из трудносвариваемых и разнородных сталей при изготовлении и ремонте горнодобывающего и горнообогатительного оборудования. Они применимы для заварки дефектов литья. В отличие от хромоникелевых электродов, с их помощью можно выполнять сварку стали, насыщенной серой и другими поверхностными и внутренними загрязнениями, что позволяет оперативно восстанавливать сваркой без зачистки труднодоступные части изделий, поврежденных при эксплуатации. Стоимость новых хромомарганцевых электродов, производство которых освоено в НИЦ МЗН ИЭС им. Е.О. Патона, ниже стоимости хромоникелевых электродов в 2–3 раза.

Источник: Информационно-технический журнал "Сварщик в России", 1 (41) 2013