Характеристики электродов для сварки разнородных сталей
В современным машиностроении, нефтегазохимической и других отраслях широко используется оборудование из разнородных сталей и сплавов. Это означает, что конструкция была сварена из материалов, которые серьезно различаются по своим физико-механическим характеристикам, химическому составу, процессу легирования и способности к свариванию. Иными словами, материалы имеют разную атомарно-кристаллическую структуру. Для соединения таких деталей применяются специальные электроды для разнородных сталей.
Где и зачем используются разнородные стали и сплавы
В современной промышленности конструкции из таких материалов имеют широкое применение. Они необходимы там, где их отдельные детали работают в разных условиях – при разных знакопеременных нагрузках, уровнях температур и агрессивности сред, абразивного износа, давления и т. д. В ряду таких сфер:
- ракетостроение;
- судостроение;
- энергетика (атомная, тепловая);
- радиоэлектроника;
- машиностроение;
- криогенные установки и т. д.
Конструкции такого типа называют комбинированными. Они обеспечивают необходимые технические и технологические характеристики оборудования, в широком ряде случаев позволяют сделать его производство более экономичным.
В чем сложность сварки разнородных сталей
Вся совокупность таких материалов условно подразделяется на четыре основные группы:
- углеродистые и низколегированные стали;
- высоколегированные;
- легированные повышенной и высокой прочности;
- теплоустойчивые.
Сваривать детали разнородного состава обычными электродами нельзя, поскольку риски получения некачественного шва максимальны.
- В металле шва могут образоваться горячие трещины.
- В области оплавления возможно появление участков, неоднородных по своей структуре.
- Из-за значительной разницы в коэффициентах линейного расширения металлов могут существенно возрасти остаточные напряжения в зоне шва.
В результате сварки в металле шва могут появиться интерметаллидные структуры – соединения из металлов, рассчитанных на совершенно разный температурный режим сварки. Поскольку эти структуры очень хрупкие, существуют высокие риски быстрого разрушения металла шва и конструкции в целом.
Особенности электродов
Ключевая задача электродов для ММА сварки разнородных сталей – получение равнопрочного сварного соединения. Большая часть таких изделий применяется для сварки высоколегированных и легированных высокопрочных сталей. Особенности таких присадочных материалов:
- минимальное содержание водорода, благодаря чему снижаются риски быстрого образования пор и межкристаллитных трещин в металле шва;
- высокое содержание никеля: коэффициент его расширения близок к показателям низко- и среднелегированных сталей, благодаря чему обеспечивается стабильная зона сплавления.
Еще одна особенность: наличие в составе, помимо никеля, кремния, цинка и других легирующих добавок – в широком ряде случаев они позволяют подавить рост и даже полностью предотвратить образование указанных выше хрупких интерметаллических прослоек.
Особенности сварки
В большинстве случаев соединения разнородных сплавов ММА сварка выполняется на пониженных токах, при этом – с увеличенной скоростью. Это необходимо для того, чтобы ширина переходного интерметаллического шва была минимальной. Таким образом предотвращается появление трещин, которые могут образоваться у линии сплавления в металле шва.
При сварке перлитных (углеродистых) и аустенитных (высоколегированных) сталей используются стержни из более тугоплавких аустенитных сталей. Это необходимо для того, чтобы обеспечить наплавленному металлу необходимую аустенитную структуру, что важно для конструкций из теплостойких, жаростойких и жаропрочных сталей. Одна из технологий такой сварки:
- наплавление тонкого слоя аустенитной стали на деталь из углеродистой стали;
- подогрев кромок;
- сварка деталей в режиме, используемом для аустенитных сталей.
При соединении углеродистых и хромистых сталей, напротив, используются электроды из сталей перлитного класса. В этом случае в зоне переходных участков со стороны хромистой стали обеспечивается необходимая высокая пластичность и ударная вязкость.
Как правило, сварка выполняется постоянным током обратной полярности. Инверторный аппарат позволяет максимально точно задать все сварочные параметры для получения металла шва необходимых характеристик.
Марки электродов для сварки разнородных сталей
Назовем некоторые наиболее распространенные марки электродной продукции, применяемые для решения профильных задач.
- НИАТ-5 – позволяют сваривать высоколегированные стали аустенитного класса с легированными и низколегированными.
- НИИ-48Г – обеспечивают прочный качественный шов, если необходимо соединить элементы из аустенитной хромоникелевой стали с деталями из высокомарганцовистых, специальных или низколегированных сталей.
- ЭА-395/9 – применяются при изготовлении конструкций, в которых сварным способом соединяются детали из аустенитных сталей, с одной стороны, и низколегированных или углеродистых – с другой.
Среди профильной продукции также широко известны отечественные марки ЦТ-28, Э-42А-Э100, ОЗЛ-6, ОЗЛ-27, ОЗЛ-28, НИАТ-5, ОЗЛ-25Б. Их специализация – соединение деталей из сталей самой обширной группы – углеродистых и низколегированных с элементами из теплостойких, жаростойких, неконструкционных, трудносвариваемых и других сталей.
Электроды для сварки разнородных сталей широко представлены в каталоге изделий Магнитогорского электродного завода.