Аустенитные электроды что это
Электроды для сварки аустенитных и марганцовистых высоколегированных сталей
Электроды для сварки аустенитных сталей выбирают, изготовленные из сварочной проволоки марок Св-01Х19Н9, Св-06Х19Н9Т, Св-04Х19Н9С2. Используемое электродное покрытие ЦЛ-2, ЦЛ-4, состоящее из 35,5% мрамора, 41% плавикового шпата, 8,5% марганца и 15% молибдена. Также хорошие показатели при свариваемости аустенитных сталей показывают электроды УОНИ-13/НЖ и др.
Тонкие листы для сварки легированной стали 12Х18Н9Т и её аналогов хорошо свариваются аргонодуговой сваркой. Если такую сталь сваривать качественными электродами, или применять сварку под флюсом, то возникает перенасыщение сварного шва углеродом, который содержится в составе покрытия или флюса. Избыток углерода в сварном шве снижает стойкость металла к межкристаллитной коррозии.
Электроды для сварки высоколегированных марганцовистых сталей
Такие стали обладают высокой твёрдостью и износостойкостью, что позволяет их применять при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и погрузчиков, шеек камнедробилок. А также других исполнительных органах машин, применяемых в дорожных работах и строительной промышленности, которые эксплуатируются в условиях ударных нагрузок и работают на истирание.
Электроды для сварки высоколегированных марганцовистых сталей применяют, изготовленные из углеродистой проволоки: Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2. Покрытие для электродов выбирают такое же, какое используется для наплавочных электродов марок ОМГ. В состав покрытия входит 23% мрамора, 15% плавикового шпата, 60% феррохрома, 2% графита. Все эти компоненты перемешаны между собой в жидком стекле. Масса жидкого стекла составляет, примерно, 30% от общей массы сухих компонентов.
Рекомендуются, также, электродные покрытия, которые используются для наплавочных электродов марок ОЗН. Состав таких покрытий: 45-49% мрамора, 15-18% плавикового шпата, 26-33% ферромарганца, 3% алюминия, 4% поташа. Все эти компоненты перемешаны в жидком стекле.
Также для сварки аустенитных сталей и марганцовистых сталей широко используют электроды со стержнями из проволоки марок Св-04Х19Н9, Св-07Х25Н13. Покрытие у электродов ЦЛ2, состав покрытия: 44% мрамора, 51% плавикового шпата и 5% ферромарганца. Все компоненты перемешаны в жидком стекле, масса которого составляет до 22% от суммарной массы сухих компонентов. Также хорошие результаты получаются в случае применения покрытия УОНИ-13/НЖ. Сварку ведут постоянным током обратной полярности, небольшими промежутками. Силу тока для сварки выбирают из расчёта 30-35А на миллиметр диаметра электрода.
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:
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:
Сваривать детали разнородного состава обычными электродами нельзя, поскольку риски получения некачественного шва максимальны.
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:
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:
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.
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.
Электроды для сварки жаропрочных аустенитных сталей.
Часть 6
3 группа. Аустенитные однофазные электроды, применяемые для сварки жаропрочных сталей, имеющих повышенное содержание никеля (до 35%), но не содержащих ниобий. 
Непригодность сварочных электродов с высоким содержанием никеля для сварки сталей, имеющих в своем составе ниобий, обусловлена тем, что при легировании чисто аустенитного металла шва ниобием, резко снижает его стойкость против образования горячих трещин, в то время как в двухфазном металле шва ниобий повышает эту стойкость.
Связано это с характером растворения ниобия в никеле и его способностью, аналогично кремнию, образовывать с никелем легкоплавкую эвтектику, отрицательно влияющую на технологическую прочность однофазных аустенитных швов в тех случаях, когда количество образующейся эвтектики сравнительно невелико. 
При большом количестве образующейся эвтектики происходит «залечивание» трещин легкоплавкой эвтектикой. Наблюдается это при комплексном легировании чисто аустенитного металла ниобием и кремнием при соотношении Nb : Si = 4:1 и при содержании в шве ниобия до трех-четырех процентов.
К третьей группе относятся сварочные электроды типов Э-11Х15Н25М6АГ2 (электроды ЭА-395/9, НИАТ-5), Э-09Х15Н25М6АГ2Ф (электроды ЭА-981/15).
Однопроходные швы, корневые и облицовочные валики при сварке аустенитных сталей с высоким содержанием никеля (до 35%) и молибдена менее 5% (не имеющих в своем составе ниобия) следует выполнять электродами марок ЭА-395/9, НИАТ-5, дополнительно легированных молибденом через покрытие.
Наплавленный металл не стоек против межкристаллитной коррозии в исходном состоянии после сварки и после стабилизирующей и аустенизирующей термической обработки, поэтому электроды этой группы не пригодны для сварки аустенитных сталей, работающих в жидких агрессивных средах. 
При наличии в конструкции контакта швов с агрессивной средой следует верхний слой наплавлять сварочными электродами типа Э-07Х19Н11М3 электроды ЭА-400/10У, ЭА-400/10Т и другими, обеспечивающими металл, стойкий против межкристаллитной коррозии в исходном состоянии после сварки, и не содержащими ниобий, что исключает возможность образования горячих трещин в перемешанном слое сварного шва.
Необходимо учитывать, что жаропрочность сварных соединений существенно может отличаться от жаропрочности основного и наплавленного металлов, испытанных раздельно.
Это обусловлено склонностью сварных соединений к локальным разрушениям в околошовной зоне.
Поэтому выбор электродов по принципу равной либо близкой жаропрочности шва и основного металла оправдывается только для кратковременных ресурсов работы сварных соединений.
Для длительных ресурсов работы предпочтительнее выбирать электроды, обеспечивающие металл шва с повышенной длительной пластичностью типа Э-08Х16Н8М2 и другие.
Технологические характеристики электродов, химический состав и механические свойства металла, наплавленного высоколегированными электродами различных типов предназначенных для сварки жаропрочных хромоникелевых сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах.
Сварка аустенитных сталей – обо всех тонкостях процесса понятно и просто
Сварка аустенитных сталей признается достаточно сложным, но при этом вполне выполнимым процессом, который имеет немалое количество нюансов. Их следует учитывать тогда, когда планируется сваривать конструкции из подобных сплавов.
1 Немного информации об аустенитных сплавах
Аустенитные стали – это композиции на железной основе с большим объемом легирующих добавок, ключевыми из коих являются хром и никель. Общий объем всех легирующих элементов в таких сплавах может равняться 65 процентам. Композиции аустенитного класса активно эксплуатируются в разных сферах машиностроения, включая энергетическое и химическое, так как изделия из них могут эффективно функционировать при разных показателях температуры.
Различают высоколегированные, жаропрочные, коррозионностойкие и жаростойкие композиции. Все они обладают различными свойствами, что и обуславливает их служебное назначение.
Например, жаропрочные стали, улучшаемые вольфрамом и молибденом, способны долгое время противостоять высоким температурным нагрузкам. Конструкции из коррозионностойких сплавов не боятся вредного влияния агрессивных сред, а жаростойкие сохраняют свою химическую структуру при температурах до +1150 градусов.
После грамотно проведенной термообработки описываемые сплавы обретают уникальные пластические и прочностные характеристики. Так, после закалки по уровню пластичности они превосходят обычные углеродистые стали в несколько раз. В целом стоит отметить, что именно режимы термической обработки оказывают огромное влияние на структуру аустенитной стали (такое же, как и их химический состав).
По системе легирования интересующие нас композиции подразделяют на два больших класса: хромомарганцевые и хромоникелевые. Кроме того, отдельно выделяют хромоникельмарганцевые и хромоникельмолибденовые составы.
2 Описание особенностей сварки
Такие стали сваривать достаточно сложно, так как они имеют явно выраженную склонность к формированию в околошовной области и непосредственно в сварном шве горячих трещин и микронадрывов. Указанные дефекты появляются из-за возникновения в сплаве крупнозернистой макроструктуры (другими словами, они имеют межкристаллитный характер).
Металл сварных соединений, когда речь идет об аустенитных композициях, характеризуется особой формой кристаллизации (ее называют ячеисто-дендритной), которая становится причиной появления легкоплавких фаз и очень крупных кристаллов столбчатого типа. Увеличить стойкость швов можно при помощи специальных технологий, дающих возможность устранить указанную структуру металла. Суть таких методик обычно заключается в измельчении кристаллов, а также в уменьшении количества серы и фосфора в металле.
Очень часто с горячими трещинами борются при помощи снижения уровня проплавления металла и посредством использования материалов для сварки, которые производятся из сталей электрошлакового переплава либо вакуумной выплавки. Иногда существенно снизить опасность образования трещин можно увеличением ликвирующих добавок (например, бора) до таких показателей, которые позволяют получить на кристаллитах обильную эвтектику.
Если же указанные методики не подходят, используется универсальный способ предупреждения трещин, который предполагает модификацию кристаллизационной схемы сварных швов, приводящий к увеличению степени растворимости ликвирующих добавок в первичном феррите, присутствующем в них. При изменении схемы отмечается дезориентация и измельчение структуры феррита и кристаллов аустенита, что значительно снижает активность появления трещин. Процесс модификации швов выполняется посредством добавки таких легирующих компонентов, как молибден, хром, алюминий или кремний.
3 Тонкости сварки жаропрочных сплавов аустенитного класса
Сварные соединения таких сталей должны на протяжении долгого времени эксплуатации при высоких температурах не изменять своих механических (весьма, заметим, высоких) возможностей. Выполнить данное условие непросто из-за того, что в металле шва при быстром его охлаждении после сварки наблюдается закрепление неравновесных структур. Они уменьшают пластические характеристики сварного соединения уже при температуре около +350 °С (так как происходят бурные диффузионные процессы).
Кроме того, при температурах от +500 до +650 °С отмечается формирование α-фазы и в то же самое время выпадение карбидов, от +350 до +500 °С (при выполнении операции термического старения) – образование хрупкости. Очень хрупким металл становится и при выдержке, производимой при температуре около 800 °С (она приводит и к уменьшению прочности соединения). С целью минимизации указанных негативных явлений в жаропрочных сплавах пытаются уменьшить содержание углерода (в металле шва и в основном металле).
В жаропрочных сталях нередко образовываются и трещины в околошовной области, вызываемые понижением прочностных и пластических показателей основного металла во время его термической обработки. Подобные дефекты обусловлены тем, что кислород и углерод в больших количествах, будучи поверхностно-активными элементами, способны стать причиной возникновения эвтектик легкоплавкого типа. А при продолжительной работе конструкций, сделанных из жаропрочных сталей, в области сварного шва нередко появляются интерметаллиды и карбиды (мелкодисперсные), которые делают соединение хрупким.
Все эти проблемы решаются наплавкой специального металлического слоя с двухфазной структурой, которая не имеет ничего общего с основным металлом. Но при эксплуатации сварных конструкций дополнительный слой упрочняется, что через некоторое время снова приводит к образованию деформированного участка и все тех же трещин. Избавиться от них можно высокотемпературной (порядка 1100 градусов) аустенизацией и следующим за ней самонаклепом либо стабилизирующим отжигом. Последний осуществляется при температуре не менее 750 градусов.
4 Электрошлаковая сварка аустенитных сплавов
Данный вид сварки сводит к минимуму вероятность появления горячих трещин, что обусловлено технологией ее выполнения. Электрошлаковый процесс характеризуется:
При этом высокие рабочие температуры (от 1200 °С) с течением времени приводят к околошовным (по своей сути локальным) разрушениям металла шва. Если же электрошлаковой сварке подвергаются сплавы с высокой коррозионной стойкостью, в соединении нередко формируется так называемая ножевая коррозия, нивелировать которую можно при помощи стабилизирующего отжига и закалки металла.
Выполняется описываемый вид сварки электродами пластинчатой формы (их толщина находится в пределах 6–20 миллиметров) либо трехмиллиметровой проволокой. Пластинчатые стержни рекомендуется применять для деталей, имеющих малые по длине сварные швы, но большую толщину.
Проволока дает возможность изменять процесс кристаллизации соединения и форму сварной ванны, за счет чего риск появления трещин значительно снижается. Но производство проволоки требует больших финансовых и трудовых затрат, чем изготовление пластинчатых стержней. Кроме того, ее жесткость уменьшает надежность функционирования подающих и токоподводящих механизмов оборудования, используемого для сварки.
Флюсы для электрошлакового процесса:
При работе с жаропрочными композициями допускается применять и безокислительные фторидные флюсы, но их использование в некоторых случаях требует обдува шлаковой ванны (ее верхних слоев) струей аргона.
5 Ручная дуговая сварка
Этот процесс проводится таким образом, чтобы заданный химсостав шовного металла оставался неизменным при любых пространственных положениях и вариантах соединений. При этом во внимание обязательно принимается объем наплавленного металла и степень проплавления основного металлического слоя.
Добиться соблюдения данных условий можно посредством изменения состава покрытия применяемых электродов. Покрытие подбирают так, чтобы в шве не было трещин горячего типа, и присутствовал (в требуемых количествах) первичный феррит. Чаще всего, используются фтористокальциевые стержни. Ими не совершают поперечные колебания (а также в процессе сварки поддерживают короткую дугу), что снижает опасность появления изъянов, обусловленных прилипанием брызг.
Специалисты рекомендуют осуществлять ручную сварку ниточными швами при помощи электродов сечением три миллиметра. Желательно, кроме всего прочего, на протяжении 60–90 минут перед началом процесса прокаливать сварочные стержни при температуре от 250 до 400 градусов. Подобная предварительная их подготовка исключает вероятность формирования пор в получаемом соединении.
Покрытые стержни эксплуатируют при электродуговой сварке на обратнополярном постоянном токе. Показатель его силы, как правило, выбирают по отношению к сечению сварочного электрода на 15–30 А/мм выше. На максимальном токе выполняют работы в нижнем положении. А в вертикальном и потолочном положениях нужно использовать меньшую (на 10–30 процентов) силу тока.
6 Сварка в атмосфере защитных газов
Методика позволяет сваривать изделия разной толщины – от десятых частей до нескольких десятков миллиметров, применяя активные и инертные газы, а также их смеси. За счет такого разнообразия защитной среды сварщик имеет возможность подбирать условия ввода в металл требуемого количества тепла и изменять эффективность электродуги, расширяя тем самым технологический потенциал сварочной операции.
Сварка в защитной газовой атмосфере может производиться в любых пространственных положениях. По этой причине она очень часто используется вместо дугового процесса, особенно в тех случаях, когда защитная среда создается инертным гелием либо аргоном. В данной ситуации сварку ведут плавящимися либо вольфрамовыми стержнями. Они идеальны для соединения изделий 5–7 миллиметров толщиной (например, тонкостенных труб) и сваривания корневых швов.
Сварка в защитных газах осуществляется импульсной или горящей дугой. Рациональнее использовать первый вид дуги, так как он снижает проявления коробления кромок, которые подвергаются свариванию, а также снижает длину околошовного участка, гарантируя при этом качественное создание шва на небольшой по толщине конструкции.
Вольфрамовые стержни для сварки аустенитных сплавов эксплуатируют без присадочного материала либо с таковым. Выбор конкретного способа зависит от конструкции и толщины сварного соединения. Сварка проводится на токе (постоянном), имеющем прямую полярность, в автоматическом режиме либо вручную (тогда нужно применять горелки специального вида). Отметим, что автоматическая сварка аустенитных композиций с большим объемом алюминия ведется на переменном токе.
В смеси газов и в активных газах обычно используют плавящиеся сварочные стержни. Они, впрочем, подходят и для выполнения операции в инертных средах. Последние, в частности, рекомендуют для соединения изделий из высоколегированных сплавов, в составе коих имеется титан, алюминий и иные компоненты, считающиеся легкоокисляемыми.
Плавящиеся электроды обеспечивают высокое качество процесса при импульсно-дуговой сварке, выполняемой в смеси углекислого газа, кислорода и аргона, а также в чистом аргоне. Данным способом, как правило, соединяют конструкции малой толщины. Импульсно-дуговая операция в инертной среде обеспечивает минимальную вероятность образования трещин.
Плазменной сваркой в защитной атмосфере чаще всего соединяют стали толщиной не более 12 миллиметров. Использовать плазму для сварки более массивных деталей нет смысла, так как в сварных швах формируются подрезы, снижающие качество операции.
Проволоки Св-06Х20Н11МЗТБ, 08Х25Н13БТЮ, 08Х20Н9С2БТЮ, 06Х19Н10МЗТ, 07Х18Н9ТЮ для сварки аустенитных сплавов с большим уровнем легирования создаются с учетом того, что они обязаны обеспечивать необходимые механические показатели и высокую стойкость против ржавления. В связи с этими требованиями в проволоках имеется высокое содержание хрома, ниобия, алюминия, титана и кремния.
7 Все нюансы сваривания аустенитных сталей под флюсом
Нефтехимические и химические предприятия для соединения элементов разнообразного специального оборудования из аустенитных сплавов чаще всего используют именно сварку под флюсом. Она гарантирует неизменность характеристик металла и его состава по всей протяженности сварного соединения. При этом указанное постоянство свойств наблюдается и при сварке с разделкой кромок, и при операции без разделки.
Указанное достоинство сварки под флюсом позволяет получать любые по длине швы без появления в них кратеров и обеспечивает следующие преимущества:
Легирование соединительного шва осуществляется через сварочную проволоку либо флюс. Более качественную стабильность структуры шва обеспечивает проволока, которая изготавливается по Государственному стандарту 2246. В качестве флюсов применяются составы без фтора (высокоосновные), а также фторидные композиции с низким содержанием кремния. Именно такие флюсы (АНФ-14, АН-26 и другие) обеспечивают малый угар компонентов, вводимых в сталь с целью легирования, и формируют слабо- или вовсе безокислительные среды.
Бористый фторидный флюс АНФ-22 рекомендуется применять в тех случаях, когда есть высокая вероятность возникновения в процессе сварки трещин. А нейтральные составы типа 48-ОФ-Ю либо АНФ-5 идеально годятся для проведения сварочной операции с использованием проволок, в которые входит бор, титан или алюминий.
Если сварка осуществляется под бесфтористыми флюсующими составами, процесс ведется на прямом по полярности токе, под фтористыми – на обратном. В обоих случаях при этом применяется постоянный ток. По сравнению со сваркой углеродистых сталей силу тока для выполнения сварки аустенитных композиций берут на 10–30 процентов меньшую (при условии, что нужно получить аналогичный уровень проплавления металла).
Обратите внимание! Флюсы, которые применяются для соединения изделий из высоколегированных сталей, перед сваркой всегда прокаливают. Температура данной операции – от 500 до 900 градусов, продолжительность – не менее 60 и не более 120 минут. Если все советы по сварке проволоками с высокой степенью легирования под флюсом будут учтены, сварной шов стопроцентно получит заданные характеристики.