Уменьшение сварочного тока снижает производительность сварочных работ. Поэтому были проведены исследования по изысканию других способов предупреждения кристаллизационных трещин в металле шва.
В результате установлено, что при сварке пластинами сварочный ток нужно снижать в значительно меньшей степени. В этом случае получается более благоприятная форма ванны жидкого металла и поэтому можно избежать появления трещин в металле шва при более высоком содержании в нем углерода.
Использование флюсов на основе фтористого кальция (фторидные флюсы) создает дополнительные возможности для предупреждения кристаллизационных трещин при электрошлаковой сварке среднеуглеродистых сталей. Такие флюсы в сочетании с пластинчатыми электродами позволяют, например, сваривать сталь 40 без образования трещин, несмотря на высокое содержание в металле шва углерода (до 0,35%), причем используется сварочный ток значительной величины (1300 А при сечении электрода 12X70 мм).
При аналогичной сварке под флюсом АН-8 в шве образуются кристаллизационные трещины. Объясняется это тем, что фторидные флюсы способствуют десульфурации ванны жидкого металла. Содержание серы, например, в шве, выполненном с применением флюса АНФ-7, в пять раз меньше, чем в шве, выполненном с применением флюса АН-8.
При электрошлаковом процессе благодаря большой теплонасыщенности свариваемого металла в зоне сварки ванна жидкого металла имеет значительный объем и медленно охлаждается во время кристаллизации.
Это (особенно в случае сварки углеродистых сталей) приводит к крупностолбчатому строению металла шва (рис. 133, а). В результате он приобретает низкие механические свойства. Поэтому при электрошлаковой сварке необходимо измельчение структуры металла шва, которого можно добиться термической обработкой соединения после сварки.
Для углеродистого металла шва такой термической обработкой будет нормализация, т. е. нагрев свыше Ас3 с последующим охлаждением на воздухе. Нормализация в значительной степени измельчает структуру (рис. 133, б) и заметно повышает механические свойства металла шва.
Рис. 133. Микроструктура металла шва на углеродистой стали 40, выполненного электрошлаковой сваркой: а — до термообработки, б - после нормализации.
Сварные соединения из углеродистых сталей должны подвергаться нормализации еще и потому, что электрошлаковая сварка вызывает перегрев основного металла у зоны сплавления его с металлом шва.
Микроструктура металла околошовной зоны сварного соединения углеродистой стали 40, выполненного электрошлаковой сваркой, показана на рис. 134. В результате углеродистые стали претерпевают усиленный рост зерна и теряют свои механические свойства, особенно ударную вязкость.
Рис. 134. Микроструктура металла околошовной зоны сварного соединения из углеродистой стали 40, выполненного электрошлаковой сваркой: а — до термообработки, б — после нормализации.
Испытуемый материал | Ударная вязкость кГ-м/см2 |
Сталь 40 | 6,0 |
Зона сплавления до нормализации | 1,5—1,6 |
Зона сплавления после нормализации | 4,4—6,0 |
Восстановить структуру и механические свойства углеродистых сталей на указанном участке можно только последующей нормализацией сварного соединения.
Для конструкций, изготовляемых с применением электрошлаковой сварки, углеродистая сталь применяется в виде горячекатаных плит, поковок и отливок.