К ВОПРОСУ О КАЧЕСТВЕ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

К ВОПРОСУ О КАЧЕСТВЕ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ АУСТЕНИТНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
В.О. Муктепавел, доцент ИСМАРТ, г. Северодвинск,
E-mail: [email protected]
Ручная дуговая сварка аустенитными электродами является широко
применяемым способом сварки при формировании корпусных конструкций
из сталей типа АК и АБ. Стали эти относятся к среднелегированным высокопрочным конструкционным сталям. Для обеспечения равнопрочности сварного соединения основному металлу при сварке этих сталей аустенитными
электродами должны выполняться специальные требования: сварку корня
шва рекомендуется выполнять электродами марки ЭА-48М/22; параметры
разделки металла под сварку зависят от толщины металла, от выбранного
способа заварки корня шва «дуга в дугу» или с выборкой корня шва; размеры
выполненного сварного шва (выпуклость, усиление, катет) имеют параметры,
превышающие размеры, принятые при сварке ферритными сварочным электродами и др.
При ручной дуговой сварке этих сталей применяются аустенитные
электроды марок ЭА-48М/22, ЭА-395/9, ЭА-981/15, ЭА-112/15.
Стали типа АК и АБ закаливающиеся стали, и при разработке технологий их сварки главным научным центром по конструкционным материалам
ЦНИИ КМ «Прометей» предусмотрены меры по исключению образования в
сварных соединениях трещин закалочного характера. Применение аустенитных сварочных материалов обеспечивает условия исключения холодных
трещин в сварных соединениях.
Технология сварки рассматриваемыми аустенитными сварочными
электродами регламентирована отраслевыми стандартами, разработанными
ЦНИИ КМ «Прометей»: ОСТ5Р.9673 «Соединения сварные из стали типа
АК. Основные положения. Типовой технологический процесс» и
РД5.УЕИА.2762-2004 «Руководящий документ. Сварка стали типа АБ2. Основные положения».
Реальная практика выполнения сварных швов и качество металла сварных швов при сварке электродами марок ЭА-395/9, ЭА-981/15 выявила одну
специфическую особенность, приведшую к разработке ЦНИИ КМ «Прометеем» новой марки электродов ЭА-112/15. При этом введение электродов марки ЭА-112/15 в названные выше отраслевые документы сопроводилось внесением рекомендаций: в ОСТ5Р.9673 - «Электроды марки ЭА-112/15 рекомендуется применять для сварки монтажных швов и швов в труднодоступных местах», в РД5.УЕИА.2762-2004 – «При сварке монтажных швов и швов
в труднодоступных местах аустенитными сварочными материалами рекомендуется применять электроды марки ЭА-112/15».
ЦНИИ КМ «Прометей» не объясняет, почему внесены эти примечания
и почему электроды марки ЭА-112/15 лучше марок ЭА-395/9, ЭА-981/15.
Подавляющее большинство производственных специалистов по сварке
– инженеров, мастеров, сварщиков не знает этих особенностей.
Обратимся к истории создания электродов марки ЭА-112/15.
В 60-70 годах прошлого столетия сварка сталей типа АК выполнялась
электродами ЭА-395/9, ЭА-981/15. Автор настоящей публикации, работая на
предприятии «Звёздочка», выяснил, что при сварке электродами ЭА-395/9,
ЭА-981/15 в потолочном положении в сварных швах наблюдаются дефекты в
виде газовых пор. При сварке в нижнем и вертикальном положении поры в
сварных швах отсутствуют. Предполагалось, что пористость сварных швов
возникает из-за техники сварки «с отрывом дуги», которая нежелательна, но
применяется сварщиками. В лаборатории сварки сварщики были переучены и
стали выполнять сварку в потолочном положениях без отрыва дуги [1]. Но
пористость сварных швов при сварке в потолочном положении сохранилась.
Авторитетом для «Звёздочки» являлось Севмашпредприятие. Обратились с вопросом к ведущим специалистам лаборатории сварки ОГСв СМП.
Ответ был «варить не умеете», т.е. специалисты СМП этой проблемы не знали. Договорились о совместном эксперименте. В КСП СМП на лесах у строящихся заказов организовали два поста сварки стыков пластин из стали АК29
в потолочном положении сварщиками СМП и «Звёздочки». Заварили, вскрыли металл швов воздушно-дуговой строжкой и обнаружили поры в обоих
швах. Подтвердилась реальная проблема пористости сварных швов, выполняемых электродами ЭА-395/9 и ЭА-981/15 в потолочном положении.
Углублённое рассмотрение вопроса выявило причину. При дуговой
сварке жидкий металл сварочной ванны насыщается газами, в процессе кристаллизации растворимость газов в металле резко уменьшается и газы выделяются. При сварке в нижнем и вертикальном положении условия выхода газов из кристаллизующегося металла благоприятные, а при сварке в потолочном положении неблагоприятные, поэтому сварка в потолочном положении
увеличивает вероятность получения дефектов в металле сварного шва.
Но кроме этого фактора электроды марок ЭА-395/9, ЭА-981/15 изготовлены с применением металлических стержней из сварочных проволок марок ЭИ395 и ЭИ981А. Металл стержней этих электродов содержит азот.
Азот при сварке вводится в металл сварного шва с целью повышения прочностных свойств и повышения запаса аустенитности.
Повышенное содержание азота в жидком металле (а азот поступает
также из окружающей воздушной среды) при неблагоприятных условиях
кристаллизации металла в потолочном положении приводит к образованию
газовых пор в металле шва.
(Следует отметить, что при сварке металла больших толщин наличие
дефектов до определённых пределов размера и количества в виде пор допустимо, так как не является критическим по прочностным показателям сварного соединения в целом. При этом рентгенографирование больших толщин
не все дефекты выявляет).
От предприятия «Звёздочка» был отправлен запрос в ЦНИИ КМ «Прометей» по обозначено проблеме. ЦНИИ КМ «Прометей» принял запрос и
начал искать пути решения проблемы.
Результатом работы стала разработка новых электродов марки ЭА112/15.
Стержни электродов изготавливаются из сварочной проволоки марки
ЭИ112. Отличительная особенность состава металла шва – пониженное
содержание азота, что уменьшает вероятность пористости сварных
швов.
Сведения о химическом составе металла швов аустенитных электродов
изложены в отраслевом стандарте ОСТВ5.9374 «Электроды покрытые металлические марок ЭА-112/15, ЭА-395/9, ЭА-606/11, ЭА-981/15, ЭА-48М/22 для
ручной дуговой сварки. Технические условия». Данные по химическому составу металла шва, выполненного электродами марок ЭА-112/15, ЭА-395/9,
ЭА-981/15 приведены в таблице, в которой выделено содержание азота. В
электродах ЭА-112/15 его меньше.
Таблица
Марка
электродов
C
Mn
ЭА-112/15
0,060,12
ЭА-395/9
не более
ЭА-981/15
0,12
0,060,12
1,503,00
1,202,80
1,503,00
Массовая доля элементов металла шва, %
Si
Cr
Ni
Mo
V
N2
0,350,70
0,350,70
0,300,65
13,517,0
13,517,0
13,517,0
22,027,0
20,027,0
22,027,0
4,507,00
4,507,00
4,507,00
0,901,60
-
не более
0,10
0,08-0,20
0,901,60
0,08-0,20
сера
фоcфор
не более
0,018
0,020
0,018
0,020
0,018
0,020
Практика использования электродов марки ЭА-112/15 вместо электродов ЭА-395/9, ЭА-981/15 при сварке в потолочном положении показывает,
что можно избежать пористости сварных швов.
Таким образом, приведенные в технологических документах по сварке
сталей АК и АБ рекомендации по применению электродов марки ЭА-112/15
для сварки монтажных швов и швов в труднодоступных местах направлены
на получение качественных сварных швов ответственных сварных соединений в сложных условиях
Список литературы
1. И.А. Ворновицкий и др. Способы предупреждения образования пор
при сварке электродами с фтористокальциевым покрытием. ЛДНТП.
Л. 1972.