ЛехаКолыма

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.

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% С; 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:

Показатель Диаметр стрежня, м 3 4 5 Длина стержня 350 450 450 Толщина покрытия на сторону 1,8-1,9 2,1-2,2 2,3-2,4 Диаметр покрытия 6,6-6,8 8,2-8,4 7,6-7,8

Размерные характеристики хромомарганцевых электродов

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 аустенитпых 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.

Получаемый хромомарганцевый металл шва имеет аустенитную структуру с выделениями карбидов и карбонитридов:

http://kypon.biz.ua/image/data/articles/chromonikelievue_electrodu/_microstrykyra_shva.jpg

Микроструктура аустенитного шва, выполенного хромомарганцевыми электродами

Он обладает повышенной прочностью и склонен к упрочнению при механическом наклепе:

Марка электрода

σ₀₂, МПА

σ_В, МПА

δ, %

Ψ, %

KCU, Дж/см² HV АНВМ-2 380-540 610-720 20-36 38-46 95-140 180-260 АНВМ-3 420-610 670-760 21-28 34-36 110-190 300-360

После холодной пластической деформации его твердость возрастает с 21-22 НRCэ (235-240 HV) до 39-50 НRCэ (380-550 HV), что повышает стойкость против ударно-абразивного изнашивания. У зоны сплавления разнородных по структуре шва, выполненного электродами AНВМ-2 и АНВМ-3, и легированной сталей наблюдается локальное повышение твердости соответственно до 290 и 370-460 HV вследствие образования мартенситной прослойки шириной 5-15 мкм.

http://kypon.biz.ua/image/data/articles/chromonikelievue_electrodu/rasprepeleniie_tverdosti_v_shve_svarochnom.jpg

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

При сплавлении аустенитного хромомарганцевого металла шва с аустенитной высокомарганцевой сталью 11ОГ1ЗЛ 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 электродам. Они допускаются к использованию при наличии местной вытяжной вентиляции или средств индивидуальной защиты органов дыхания.

По результатам проверки в производственных условиях новые хромомарганцевые электродырекомендованы для сварки и наплавки без подогрева и термической обработки деталей и узлов из трудносвариваемых и разнородных сталей при изготовлении и ремонте горнодобывающего и горно-обогатительного 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. К.О. Патона, ниже стоимости хромоникелевых электродов в 2-З раза.

Источник: информационно-технический журнал "Сварщик" №6 2012