Исследование сварочно-технологических свойств покрытых электродов для сварки низколегированных высокопрочных сталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование сварочно-технологических свойств покрытых электродов для сварки низколегированных высокопрочных сталей

Для производства сварных металлических конструкций, предназначенных для эксплуатации в северных районах РФ и на Арктическом шельфе актуально использовать высококачественные сварочные покрытые электроды отечественного производства, не уступающие по свойствам дорогостоящим электродам, поставляемых по импорту.

Номенклатура, качество электродов различных производителей в РФ, а также механические свойства сварных соединений, полученных с их использованием, существенно различаются, хотя в рекламных изданиях их характеристики почти всегда соответствуют действующим стандартам.

Цель настоящего исследования - выявить оптимальные марки электродов, которые обеспечивали бы гарантированные свойства сварных соединений при рабочих температурах до -70?С.

Материалы и методы исследований.

Марка сварочные электроды УОНИ 13/55 предназначена для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Допускается сварка электродами УОНИ 13/55 во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности. Наплавленный металл характеризуется высокой стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода. Электроды склонны к образованию пор при сварке по окисленным поверхностям и удлинении дуги.

Исследовали пять марок электродов различных производителей, в качестве контрольного образца использовали электроды фирмы ESAB (Швеция), выпускаемые в РФ под российским брендом - УОНИ 13/55.

Для изготовления сварных образцов использовали сталь марки 12Х2НВФА, толщина стандартных образцов для механических испытания составляла 6 мм. Перед сваркой электроды прокаливали при температуре 350-400?С в течение 1,5 часов. В качестве источника сварочного тока использовали инверторный сварочный аппарат KEMPPI MASTER MLS-3500. Постоянный сварочный ток - 100 А, полярность - обратная. Положение сварки - нижнее. Оценку сварочных свойств электродов проводили по пятибалльной системе.

Химический состав металла сварных швов, полученных с использованием различных экспериментальных электродов и электрода фирмы ESAB под условными номерами представлены в таблице 1.

сварной электрод сталь низколегированный

Таблица 1. Химический состав металла сварных швов

Испытания проводили согласно действующим в РФ стандартам. Твердость металла сварного соединения контролировали методом Роквелла с использованием прибор для измерения твердости ТР 5014 по ГОСТ 9013-59. Ударную вязкость сварных образцов при отрицательных температурах определяли по ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре ИО 5003-0,3-1 в криокамере модели ККМ-1М. Предел текучести и предел прочности сварных соединений измеряли на универсальной испытательной машине Zwick Z250. Структуру, морфологию и элементный состав наплавленного металла изучали с использованием инвертированного микроскопа Axiovert 40 MAT, оснащенного устройством для определения химического состава металла - оптико-эмиссионного спектрометра ARL 3460.

Сварочно-технологические свойства исследованных электродов, представленны в таблице 2.

Таблица 2. Сварочно-технологические свойства электродов

Из таблицы 1 видно, что выбранный для сравнительной оценки массово используемый в РФ электрод фирмы ESAB обеспечивает металл сварного шва с повышенным содержанием марганца и содержит минимальное количество серы. Это дает возможность в сочетании с отличными сварочными свойствами (табл. 2) получить повышенные прочностные характеристики металла сварного шва (рис. 1-3).

Рис. 1. Диаграмма значений ударной вязкости при температуре сварных швов, выполненных электродами: 1 - 5 (табл. 1 и 2)

По результатам испытаний сварных швов на ударную вязкость при температуре -70єС (рис. 1), лучший результат показали электрод фирмы ESAB (позиция 2) и электрод (позиция 1), так как в наплавленном ими металле содержится минимальное количество вольфрама (0,145% и 0,159% соответственно). Повышенное содержание вольфрама в металле, наплавленном электродом (позиция 4), оказало негативный эффект на значение его ударной вязкости (рис. 1), но в то же время это способствовало увеличению прочностных характеристик (рис. 3).

Хотя введение вольфрама в стали и способствует их дисперсионному твердению в результате термической обработки (отпуска), но при увеличении его содержания в металле ухудшаются показатели его пластичности, особенно ударной вязкости при отрицательной температуре [3].

Рис. 2. Диаграмма значений относительного удлинения д сварных швов, выполненных электродами: 1 - 5 (табл. 1 и 2)

Рис. 3. Диаграмма значений предела текучести у_т и предела прочности у_в сварного шва, наплавленного электродами №1-5

Рис. 4. Распределение твердости в металле переходной зоны

Рис. 5. Микроструктуры металла переходных зон сварных соединений при увеличении х200, выполненных с использованием электродов №1-5 (табл. 1)

Исследование топологии твердости (рис. 4) и структуры металла сварных соединений (рис. 5) показывает, что неоднородность его свойств в переходной зоне термического влияния довольно высокая. Так же наблюдается резкое изменение твердости металла у образцов позиции 1 и 2 Это характерно почти для всех типов сварных образцов, что обусловливает необходимость проведения после сварки термической обработки в виде отпуска для выравнивания свойств металла в зоне термического влияния [2, 3].

Анализируя результаты металлографических исследований, можно констатировать, что по механическим свойствам металла сварных швов отечественные аналоги лишь в некоторых случаях (поз. 3 и 4, табл. 1, 2) уступают свойствам металла электродов фирмы ESAB. Некоторое уменьшение относительного удлинения металла шва, полученного сваркой электродом поз. 1 можно объяснить повышенным содержанием неметаллических соединений алюмосиликатного происхождения. Однако, они мелкодисперсные и распределены однородно, что не влияет на величину ударной вязкости при отрицательной температуре. Снижение работы удара при -70?С для металлов (поз. 3 и 4) обусловлено наличием крупных неметаллических соединений кубоидной формы (поз. 3) и повышенного (до 0,4 масс.%) содержания вольфрама (поз. 4).

Промышленные испытания на технологической базе ФНПЦ «Титан-Баррикады» (г. Волгоград) сварочно-технологических свойств, сваренных образцов экспериментальными электродами и электродами, которые массово применяются в машиностроении РФ показали, что качество и механические свойства сварных соединений не уступают и находятся на одном уровне с образцами отечественных и зарубежных аналогов.

Список литературы

1. Электроды для сварки низколегированных термообрабатываемых сталей, эксплуатируемых при отрицательных температурах / Ю.М. Нягай, О.С. Каковкин, Д.В. Витман, Ю.В. Сванидзе // Сварочное производство. - 1991. №6. - С. 23-25.

2. Кривононосова Е.А. Структура и хладостойкость низкоуглеродистых сварных швов / Е.А. Кривоносова // Сварка и диагностика. - 2014. - №4. - С. 11-13.

3. Лившиц Л.С. Металловедение и термическая обработка сварных соединений / Л.С. Лившиц, А.Н. Хакимов - М.: Машиностроение. - 1989. - 336 с.

Размещено на Allbest.ru