Сварка марганцовистых сталей

Марганцовистая конструкционная сталь особого назначения обладает уникальным сочетанием прочности и вязкости, что используется для изготовления брони, траков, танков, рессор, пружин. Изделия характеризуются высокой износостойкостью к истиранию, ударным нагрузкам. Производят их методом отливки, но в процессе эксплуатации нередко требуется сварка марганцовистых сталей. Это может быть как создание новой конструкции, так и наплавление изношенной части.

Показателем свариваемости является углеродный эквивалент, в формулу которого входят: C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu — расположение по мере влияния. Основные легирующие элементы — углерод и марганец: чем выше их содержание, тем больше усложняется процесс. Сплав с C до 0,25% относят к хорошо свариваемым, но при увеличении показателей эта способность падает.

Особенности химического состава марганцовистых сталей

Важно! При работе необходимо обеспечить быстрое охлаждение шва, поскольку при длительном нагреве происходят выделение карбидов и снижение прочности

Наличие С 0,6-1,2%, Mn 1-14% также может легироваться другими элементами в количестве до 1%. При расплавлении основная масса составляющих соединяется с кислородом, выделяя шлак, углерод образует газ СО, т. е. выгорает. Шлак, в свою очередь, мешает проведению процесса: закрывает электродугу, частично попадает в расплав и снижает прочность соединения. Процесс окисления уменьшает в расплаве содержание материалов, что совершенно меняет первоначальный химический состав, а значит, и свойства.

Влияние способа плавки на содержание газов и механические свойства

Сварка марганцовистых аустенитных сталей осложняется еще и структурными изменениями в околошовной зоне. Нагрев до температур рекристаллизации приводит к выделению карбидов, росту зерен, т. е. локальному изменению свойств металла из-за трансформации структуры — снижению прочности и вязкости, увеличению хрупкости.

Разновидности и технологии сварочного процесса

Технология сварки марганцовистых сталей, вне зависимости от способа ее проведения, должна учитывать все негативные факторы и обеспечить:

• Защиту от окисления. Частично эту функцию выполняет шлак, что происходит после его образования и для чего тратится часть элементов. Чтобы полностью предотвратить процесс окисления, необходимо использовать защитную атмосферу. Как правило, это применение вакуума — технологии дорогой и сложной в исполнении. Намного практичнее аргонно-дуговая сварка. Она будет уместной как в промышленных условиях, так и частном использовании.
• Частичное или полное восстановление химического состава. Содержание элементов в сварном шве кардинально меняется, чтобы частично или полностью его восполнить, задействуют электроды с покрытием из аналогичных элементов. Существуют марганцевые, алюминиевые с дозированным содержанием элементов разновидности.
• Форма наплавки. Сплавы при выгорании образуют большое количество угарных газов, что затрудняет не только видимость. Задерживаясь в расплаве, они снижают прочность структуры. Чтобы обеспечить их выход, наплавка электродами проводится уширенными стежками.
• Быстрое охлаждение. Длительный нагрев и медленное охлаждение Mn-сталей приводят к выпадению карбидов, которые снижают прочность и делают хрупким шов. Оптимальным по скорости нагрева и охлаждения соотношением является электродуговой метод.

Сварка стали 65Г сложная из-за содержания С. Для этих марок применяется ряд условий, которые снижают последствия вмешательства в структуру. По сути, процесс представляет собой наплавку промежуточного слоя между поверхностями. Для этого используются электроды определенного состава, подбираются они в зависимости от степени легирования.

С помощью электродов с содержанием Mn проводят наплавку на обычную конструкционную сталь, тем самым придавая ей износостойкость, присущую Mn-сталям. Процедуру проводят в 4 слоя, в каждом из которых увеличивается содержание марганца.

Сварка стали 16ГС выполняется электрошлаковым способом в защитной газовой атмосфере под флюсом. Она не склонна к отпускной хрупкости и характеризуется высокой стойкостью от перегрева в зоне термического влияния. Для наплавки рекомендуются электроды Э42, Э50А.

Способы выполнения и побочные явления сварки стали 09Г2С аналогичны вышеописанному. Для полу- и автоматического метода применяют электродную проволоку СВ08ГА, СВ-ЮГА, СВ10Г2 + флюс АН-348А, ОСЦ-45.

Сварка стали 30ХГСА. Легирование хромом, кремнием в околошовной структуре обеспечивает не только феррито-перлитный состав (образуется определенное количество бейнита и мартенсита), но и длительное охлаждение, что способствует выпадению карбидов по границам зерен и появлению повышенной хрупкости. Здесь применяются электроды Э55А, Э60, Э55.

Сварка пружинной стали, равно как и сварка рессорной стали, практически невозможны. Марка 50ХГА не предназначена для сварных конструкций. Эффект пружины она получает при пластической деформации в холодном состоянии, а при свариваемости в зоне термического влияния следствием становятся частичный отпуск и потеря прочности. Компромисс — использование электродов ОК 68/82, которые оптимальны для наплавки переходных слоев.

Сварка стали 09Г2С, технология выполнения которой предусматривает соединение в любой конфигурации, в том числе осуществление сварки полосовой стали, отличается от высоколегированной — в данном случае принцип сращения имеет характерную схожесть с наплавлением. Стыковка может проводиться разными способами: непрерывным оплавлением с подогревом и без. Зазоры при сварке металла допускаются в зависимости от сечения и вида расплавления — от 0,5 до 8 мм.

Особенности наплавки марганцовых сталей

Заключение

Углерод — основа, которая указывает на свариваемость, второй по значимости элемент — марганец (содержание до 1,5% мало влияет на процесс). Если С более 0,25%, возможность проведения операции зависит от добавочных элементов. При повышении его свыше 0,29% — возможно соединение с особыми условиями, при помощи обычного электрошлакового переплава. При повышении С более 0,4% — соединение практически невозможно, актуальным становится метод наплавки спец. электродами.