Ручная дуговая сварка покрытыми электродами высокопрочных сталей

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами высокопрочных сталей

Для РД необходимо применять сварочные электроды обеспечивающие помимо высокой прочности металла шва, высокую пластичность, ударную вязкость и высокую стойкость против образования трещин

Для сварки применяются электроды типов: Э 60, Э 70, Э 85 и Э 100 по ГОСТ 9466 Марок УОНИ 13/65, УОНИ 13/85 (обеспечивающие высокую прочность, ударную вязкость и стойкость против образования трещин), ВИАМ-25 (с тонким стабилизирующим покрытием, для сварки металла толщиной до 2 мм. ), НИАТ-3 М, ВИ-10 -6 (для сварки толщин более 2 мм. ) НИАТ-5, ВСФ-65 У, ВСФ 85

Импортные аналоги типов E 8018, E 9018 по AWS A 5. 5 и EN 757 Швецкого концерна ESAB OY Марок: OK 74. 70, OK 73. 68 (модифицированный 2, 5% Ni и обеспечивающий высокую ударную вязкость вплоть до минус 60 0 С) OK 74. 78 (для сварки рельс и элементов железных дорог) ОК 75. 75 (для сварки высокопрочных крановых конструкций и трубопроводов с σв до 820 МПа), ОК 75. 78 (для сварки высокопрочных сталей типа Велдокс (Weldox) с пределом прочности до 965 МПа, в условиях работы до минус 60 град)

Импортные аналоги типов E 8018, E 9018 по AWS A 5. 5 и EN 757: немецкого концерна Bohler Thyssen Schweisstechnik Марок: Шварц-3 К Мод, Кессель 5520 Мо, Phoenix SH V 1 (предназначенные, в основном, для сварки трубопроводов высокой прочности свыше К 60), а также электроды марки LB-62 D Японского концерна Kobe Steel, Ltd.

Детали с жесткими замкнутыми швами и толщиной свариваемых элементов более 15 мм рекомендуется сваривать электроды типов Э-11 Х 15 Н 25 М 6 АГ 2 и Э-06 Х 19 Н 11 Г 2 М 2. При этом перед сваркой на кромки сварного соединения наплавляют слои толщиной 2— 3 мм электродами типа Э- 11 Х 15 Н 25 М 6 АГ 2. Сварку по наплавленным слоям производят электродами типа Э-06 Х 19 ННГ 2 М 2.

Автоматическая сварка под слоем флюса высокопрочных сталей

Автоматическая сварка под флюсом рекомендуется при толщине свариваемого металла более 4 мм. При толщине менее 4 мм наблюдаются коробление и увеличенное число дефектов в шве. Для предупреждения прожогов при односторонней сварке применяют остающиеся (стальные) и съемные подкладки (медные или в виде флюсовой подушки). При применении медных подкладок медь может попасть в металл шва, что вызывает образование горячих трещин. С целью предупреждения попадания меди и более качественного формирования проплава иногда применяют флюсо-медную подкладку.

Применение остающихся приваренных стальных подкладок при сварке высокопрочных сталей в некоторых случаях, приводит к образованию трещин в корне шва.

В этом случае целесообразно применять дополнительную тонкую «плавающую» подкладку толщиной 1, 0— 1, 5 мм, предупреждающую привание основной подкладки

Подкладные кольца и замковые соединения для сварки не рекомендуются, так как они снижают надежность изделия в эксплуатации. Вместо подкладных колец первые слои целесообразно выполнять аргонодуговой сваркой на весу.

Для сварки под флюсом большинство марок высокопрочных сталей в основном применяют проволоки марок Св-08 А, Св-08 ГА, Св-18 ХМА, Св-08 ХМ, Св- 08 ГНМ, Св-08 ХГ 2 СНМТ Для сварки сложнолегированных высокопрочных сталей применяют проволоки специального состава. Например, для сварки стали 28 Х 3 СНМВФА применяется проволока марок Св-28 Х 3 ГСНВМ или Св-20 ХСНВФА, а для сварки стали 30 Х 2 ГСНВМ используют проволоки марок Св-20 Х 2 ГСНВМ или Св- 20 ХСНВФА.

Для сварки трубопроводов из высокопрочной стали применяются импортные аналоги указанных выше проволок марок: Pipeliner LА-85, L-61 (Lincoln Electric, США), OK AUTROD 12. 24, OK AUTROD 13. 24 (ESAB AB, Швеция).

В связи со склонностью высокопрочных сталей к образованию кристаллитных трещин, к флюсам предъявляют жёсткие требования к наличию “S” и “Р” , а также веществам способных образовывать в шве неметаллические включения. Таким образом, флюсы должны содержать и основные окислы, и возможно меньшее количество кислых окислов.

Среди флюсов, применяемых для сварки высокопрочных сталей наибольшее распространение нашли флюсы марок ОСЦ-45, АН-348 -А, АН-47, АН-15 Для сварки сложнолегированных сталей (28 Х 3 СНМВФА, 30 Х 2 ГСНВМ и т. п. ) рекомендуют применять флюсы марок АВ-5 или 48 -ОФ-10.

Для сварки трубопроводов из высокопрочной стали применяются импортные аналоги указанных выше флюсов марок: Pipeliner 860, Lincolnweld 860, Pipeliner MIL 800 H (Lincoln Electric, США) OK FLUX 10. 71 (ESAB AB, Швеция).

Для увеличения сопротивляемости сварных швов к горячим трещинам, а также повышения пластичности и ударной вязкости металла шва используют основные флюсы, такие как АН-26, АН-20, 48 -ОФ-10, обеспечивающие более высокую чистоту металла шва по сере и окисным включениям. Во избежание пористости и наводороживания швов флюсы перед сваркой необходимо прокаливать, с тем чтобы их влажность не превышала 0, 1%. Это достигается нагревом флюсов до 300 – 350°С с выдержкой 2 – 3 ч.

Высокопрочные низко- и среднелегированные стали сваривают под флюсом, как правило, без подогрева. Подогрев усложняет ведение сварочного процесса. Только в случае сварки жестких узлов, а также сварки сталей 30 ХГСА и 30 ХГСНА большой толщины применяют подогрев до 250 – 300 град. После сварки таких сталей необходим общий отпуск при 600° С или местный при 300° С для предупреждения образования холодных трещин.

В современной промышленности всё большее применение находит специальный флюс марки АН– 15 М По химическому составу АН– 15 М практически новый флюс. При сварке под этим флюсом обеспечивается отсутствие выгорания “С” и лёгких элементов, меньшее загрязнение примесями. Благодаря этому добиваются: • повышения стойкости против образования горячих трещин; • повышения механических свойств: ударная вязкость на 15 %, и предел прочности на 10 – 12 %; • улучшения отделимости шлаковой корки при начале сварки и при непрерывном наложении слоёв

Увеличение прочности связанно с меньшим выгоранием “С”. А увеличение ударной вязкости связанно с меньшим загрязнением швов неметаллическими включениями. АН– 15 М более короткий и более тугоплавкий флюс поэтому стекание флюса меньше.

Автоматическая сварка под флюсом с применением гранулированной металлической присадки

К числу преимуществ использования крошки относят: -повышение стабильности процесса автоматической сварки за счет снижения чувствительности к изменению зазора, позволяющее исключить прожоги и протеки металла; -уменьшение остаточных сварочных деформаций; -расширение диапазона толщин металла, свариваемого без предварительной разделки кромок; - дополнительные возможности для получения оптимального состава металла шва, когда ограничен выбор сварочных материалов.

К недостаткам способа относят: - повышение вероятности непровара при отсутствии надежного контроля положения электрода по центру свариваемого стыка; - необходимость использования специального дозатора крошки в виде приставки к сварочному аппарату.

Крошку изготавливают из сварочной проволоки диаметром 1, 6 - 2, 0 мм путем рубки ее на специализированных станках или стандартном фрезерном станке, оснащенном подвижным механизмом. Длина гранул должна быть равной 1, 5 - 2, 5 мм.

Дозировку и засыпку металлической крошки производят специальными дозаторами, устанавливаемыми на сварочном автомате. Допускается засыпать крошку перед сваркой вручную. Дозировка крошки может производиться как перед началом сварки, так и в процессе сварки или комбинированным способом. (При автоматической дозировке перед сваркой крошка засыпается до подачи флюса с опережением на расстоянии не менее 50 мм. При автоматической дозировке в процессе сварки крошка подается на вылет электрода со стороны хвостовой части сварочной ванны. ) Наибольший эффект по повышению производительности процесса сварки достигается при комбинированном способе дозировки крошки.

Количество металлической крошки, подаваемой в зону сварки для соединений с разделкой кромок, определяется по формуле где: dэл - диаметр плавящегося электрода, мм; Vпод - скорость подачи электродной проволоки, м/ч; Vсв - скорость сварки, м/ч.

Первые проходы при автоматической сварке под флюсом с применение крошки выполняют на флюсовой подушке, остающейся подкладке, по расплавляемой вставке или ручной подварке. Для формирования обратной стороны двухсторонних стыковых швов без предварительной подварки вместо флюсовой подушки при сварке первого прохода шва допускается использовать подушку из крошки.

Сварка в среде защитного газа высокопрочных сталей

Дуговую сварку в защитных газах можно осуществлять в среде как инертных, так и активных газов. В качестве инертных газов используют чистый аргон Б и В по ГОСТ 10157 и технический гелий первого сорта по МРТУ 51 -77. В качестве активного газа используют сварочный углекислый газ по ГОСТ 8050. Для смесей защитных газов используется кислород газообразный технический по ГОСТ 5583, аргон и двуокись углерода. Для получения тройной смеси рекомендуется использовать жидкую аргонокислородную смесь, содержащую до 9%O 2, поставляемую по ТУ 14 -1 -2079 -77.

Сварка может быть осуществлена неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами. При сварке в активном газе применяют только плавящийся электрод.

В качестве неплавящихся электродов для ручной и автоматической сварок на постоянном токе прямой полярности применяют: вольфрамовые прутки по ТУ ВМ 2 -529, лантанированные вольфрамовые прутки ВЛ-2 и ВЛ-10 по СТУ 45 -ЦМ-1150, а также прутки из торированного вольфрама ВТ 15 по ТУ 11 Я. Е. 0021 -056 и итрированного вольфрама СВИ-1 по ТУ 48 -42 -73; при сварке на переменном токе применяют чистые вольфрамовые прутки по ТУ ВМ 2 -52 Э.

Могут быть использованы импортные аналоги марок: W (или WP) – чистый вольфрам; WT-20 - торированный вольфрам; WZ-8 циркониевый вольфрам; WI-20 – итрированный вольфрам; WL-15 и WL-20 лантанированный вольфрам; WC-20 церированный вольфрам, производства фирм «ASKAYNAK – Lincoln Elektric» или фирмы «WELDO» .

Для предупреждения образования пор рекомендуется применять присадочные материалы с повышенным содержанием раскислителей Si и Мn (Св-08 Г 2 С; Св- 12 ГС; Св-08 ГСМТ и др. ).

Формирование сварных швов улучшается при сварке конструкционных сталей с использованием смеси газов – аргона и гелия (до 25%); чтобы избежать пористости в шве, а также улучшить устойчивость горения дуги при сварке на переменном токе, дополнительно вводят небольшое количество кислорода (до 1%).

Неплавящимся электродом рекомендуется сваривать изделия из материала толщиной не более 4 – 5 мм. Сварку плавящимся электродом можно применять при изготовлении изделий из материалов толщиной 1 мм и выше. Для материала толщиной до 2 мм рекомендуется автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом без присадки или с присадочной проволокой; целесообразна сварка импульсной дугой. При большей толщине сварку производят с применением присадки.

При сварке высокопрочных сталей толщиной 3 – 5 мм высокое качество сварных соединений может обеспечиваться при сварке по методу ИЭС им. Е. О. Патона: первый слой выполняют без присадки с полным проваром кромок стыка, второй – с поперечными колебаниями электрода и механической подачей присадочной проволоки. Глубина проплавления при этом должна быть 60— 70% толщины основного металла. Сварку производят короткой дугой с дуговым промежутком 0, 5 – 1, 0 мм.

Указанный метод сварки применяют для: - уменьшения перегрева сварного соединения, - получения благоприятной кристаллизации металла шва, - уменьшения коробления, - повышения механических свойств сварного соединения

Для увеличения проплавляющей способности дуги при аргонодуговой сварке высокопрочных сталей применяют активирующие флюсы (АФ). Применение АФ повышает проплавляющую способность дуги в 1, 5 — 2 раза, что исключает необходимость разделки кромок и многопроходной сварки при толщинах 8 – 10 мм.

Современные высокопроизводительные способы сварки высокопрочных сталей плавящимся электродом в среде защитного газа

Высокоскоростная двухдуговая (тандемная) сварка плавящимся электродом в среде защитных газов

Указанный способ сварки основан на использовании двух электродных проволок, подключённых к разным источникам питания, горящих в одну сварочную ванну. Ток к каждой из проволок подводиться в импульсном режиме, причём попеременно то к одной, то к другой проволоке, так, что в каждый момент времени горит только одна из дуг.

Prinzip des Tandem-Prozess LHSB

Betriebsart: Puls/Puls

Использование импульсного режима для сварки высокопрочных сталей позволяет гибко регулировать тепловложение в основной металл в зависимости от марки свариваемого материала. Причём основной задачей является минимизация тепловложения при обеспечении высокой производительности процесса. Отчасти одновременному достижению двух этих противоположных целей способствует применение импульсного двухдугового процесса сварки.

Сварку выполняют проволокой малого диаметра (не более 1 мм), что позволяет при сравнительно невысоких силах токах добиться высокой плотности тока в проволоке и её большой скорости плавления. К тому же сварка проволоками малого диаметра характеризуется мелкокапельным переносом и более стабильным процессом сварки, чем сварка проволоками диаметром более 1, 2 мм.

Преимуществом указанного способа является невысокая сила тока при работе на одну дугу (т. е. обеспечение не высокого тепловложения, и незначительного перемешивания основного и электродного металла), с одновременным обеспечением высокой производительности процесса, за счёт тандемной работы двух дуг.

Реализацией технологий с двухдуговыми процессами (в том числе импульсными) занимаются несколько мировых производителей. Набольших успехов в отработке технологии импульсной тандемной сварки добилась фирма «Fronius» . Технология высокоскоростной двухдуговой импульсной сварки этой фирмы в основном применяется для сварки труб большого диаметра из высокопрочных термомеханически упрочнённых сталей или сталей с карбонитридным упрочнением (для труб с классом прочности свыше К 60).

ROBACTA TWIN THERMO • Min. Lagertemperatur – 50°C • Zwangskontaktierung • Winkel zw. den Kontaktrohren 12° • Kontaktrohrspitze Abstand 7, 2 mm

Использование технологии возможно в двух вариантах: • одиночный тандем (один участок шва варит одна двухдуговая головка); 2) двойной тандем (один участок шва варят одновременно две двухдуговые головки).

FRONIUS PIPELINE EDITION • SINGLE TANDEM PIPELINE PROZESS (Medium Diameter. Zwischenschlauchpaket Thermo W > 300 mm / 12 Inch) TPS 4000 MV Thermo Drahtvorschub VR 1500 Thermo Schweißrichtung Ti m Ti e. T 400 m w 0 e. T 400 Pipeline in w 0 di in gi di ta gi l ta FK 9000 R Thermo Robacta Twin Thermo l

FRONIUS PIPELINE EDITION • DUAL TANDEM PIPELINE PROZESS (Medium Diameter > 762 mm / 30 Inch) TPS 4000 MV Thermo Zwischenschlauchpaket Thermo W Drahtvorschub VR 1500 Thermo Schweißrichtung Ti m Ti e. T 400 m w 0 e. T 400 in w 0 di in gi Pipeline di ta gi l ta Robacta Twin Thermo l FK 9000 R Thermo

Для уменьшения количества наплавленного в разделку металла, снижения напряжений от усадки металла шва, а также для уменьшения доли участия основного металла в металле шва, выполняют ступенчатую узкую разделку кромок

WELDING PROCEDURE Nahtvorbereitung: A = 1. 3 mm (. 050") E = 37. 5° B = 1. 3 mm (. 050") F = 52° C = 4. 3 mm (. 170") G = 10° D = 2. 3 mm (. 090")

NAHT VORBEREITUNG ROHR-FRÄSER

PRODUKTION KONFIGURATION Kran Aussentemperatur -50°C Generator Kettenfahrze ug Gasversorg Schweiss-Zelt Thermobox ung

Stromquelle 1 Stromquelle 2 Stromquelle 1 THERMOBOX Stromquelle 2

SCHWEISS ZELT AUFBAU CRC Steuerung P 600 Drahtspule D 300 CRC Fernregler Zwischenschlauchpaket Thermo W Drahtvorschub VR 1500 Thermo

SCHWEISS ABLAUF Schweiß Richtung Ban d Traktor Tandem Brenner

Таким образом, применение высокоскоростной двухдуговой (тандемной) сварки плавящимся электродом в среде защитных газов для сварки высокопрочных сталей позволяет получить минимальный перегрев околошовной зоны, небольшую долю участия основного металла в металле шва, что позволяет снизить вероятность образования холодных трещин в сварных соединениях при обеспечении высокой производительности процесса.