Практическое применение электродов ZELLER 655
Технология ремонта стальных конструкций с помощью сварки требует тщательного подбора материалов электродов для их восстановления до прежних технических параметров. Электроды марки ZELLER 655 значительно повышают эффективность ремонта благодаря своим сварочно-техническим характеристикам, особенно способностью сваривать разнородные, а также трудносвариваемые металлы.
Материал стержня электрода ZELLER 655 состоит из специально подобранного состава элементов, из которых основными являются Fe (железо), Cr (хром), Ni (никель). Наличие железа обеспечивает возможность применения расходника в наплавочной технологии восстановительного ремонта. Другие элементы придают сварочному шву хорошую коррозийную стойкость и отличную способность сопротивления механическому износу.
Состав покрытия электродов ZELLER 655 обеспечивает стабильную работу дуги, которую следует держать короткой или средней величины. Разбрызгивание при выполнении сварочных работ сводится к минимуму. Шлак легко отделяется. Покрытие обеспечивает легкое зажигание дуги как начальное, так и повторное, что облегчает проведение ремонтных работ, особенно в стесненных условиях.
Главной отличительной способностью электрода ZELLER 655 является получение сварочного шва с очень высокими прочностными характеристиками. Прочность на разрыв составляет 880-1280 Н/кв. Мм (Ньютонов на кв.мм.), что не достигается практически никакими другими существующими аналогичными сварочными материалами. Состав материала стержня в комплексе с элементами, входящими в его покрытие, практически исключают образование трещин в сварочном шве и обеспечивают весьма незначительные поводки шва и соединяемых металлов.
Где применимы
Вышеперечисленные основные сварочно-технические характеристики электрода марки ZELLER 655 позволяют эффективно использовать его в ремонтных работах при соблюдении следующего технологического регламента:
- рекомендуется производить прокалку электродов при температуре 350°С в течение одного часа;
- свариваемые поверхности следует очистить от ржавчины, остатков масла, красок и других загрязнений;
- выполнить разделку кромок, например, V – образную с углом 60° – 80°;
- при выполнении сварочных работ рекомендуется электрод держать в вертикальном положении, швы накладывать с перекрытием на одну треть предыдущего с отсутствием колебательных движений дуги;
- подогрев производить требуется при сварке габаритных заготовок, например, из высокоуглеродистой стали.
Сварка разнородных сталей
Некоторые конструкции в силу работы их отдельных частей в различных условиях производятся из неодинаковых по физико-химическим свойствам металлов. При сварке разнородных сталей обычными электродами вследствие отличий, например, в значениях теплового расширения, в сварочном шве образуются трещины. Электроды марки ZELLER 655 практически не изменяют структуру свариваемых металлов, оказывают на них минимальное воздействие. Шов создается в основном из присадочного материала, который имеет минимальные поводки и не имеет склонности к трещинообразованию. Прочностные характеристики конструкции остаются высокими.
Сварка высокоуглеродистых сталей
К высокоуглеродистым относятся, прежде всего, инструментальные (У8, У10, У12, Р6М5 и другие), штамповые (ШХ15, Х12МФ и другие) стали. Применяются для изготовления ответственных инструментов и штамповой оснастки. В процессе эксплуатации на них образуются трещины, которые выступают в качестве концентратора напряжений и могут быть причиной поломки изделия, если их вовремя не заварить. Так как эти стали склонны при термическом воздействии к закалке, что приводит к образованию в зоне сварки трещин и других подобных дефектов, требуется применение электродов с уникальными сварочными характеристиками. Марка ZELLER 655 успешно устраняет дефекты высокоуглеродистых сталей.
Сварка пружинно-рессорной стали
Пружинные стали (65Г, 50ХГА и другие) должны отличаться повышенными упругими и пластическими свойствами. В случае поломки одной или нескольких пластин из сборной конструкции рессоры их можно восстановить сваркой электродом марки ZELLER 655. Помимо высокой прочности шва, легирующие элементы электрода повышают растворяемость водорода в расплаве, что делает сварочный шов пластичным и соответствующим характеру воспринимаемых нагрузок, практически не отличающимся от параметров основного пружинного материала.
Сварка марганцовистых сталей
Марганцовистая сталь или сталь Гадфильда упрочняется под действием сильных ударов. Это свойство применимо и к сварочному шву, выполненному электродом ZELLER 655, который достигает высокой твердости под действием ударных нагрузок. Ремонт щек дробилок, гусеничных траков, зубьев экскаваторов и других конструктивных элементов, выполненных из марганцовистых сталей с помощью сварки можно выполнить расходниками ZELLER 655. При этом марганец и углерод основного материала практически не выгорает, сохраняя его механические свойства.
Сварка неизвестных марок сталей
При проведении сварочных ремонтных работ старых металлоконструкций, на которые отсутствует техническая документация, и нет возможности определить марку стали лабораторным путем, использование электрода марки ZELLER 655 решает все проблемы. Этот универсальный электрод способен обеспечить качественную сварку почти всех существующих марок сталей. Поэтому можно смело применять его для сварочных ремонтных работ с использованием неизвестных марок металлов.
Восстановление поверхностей технологией наплавки
В качестве наплавочного материала электрод марки ZELLER 655 может выступать в двух ипостасях.
- При восстановлении изношенной поверхности, имеющей твердость, превышающую максимально возможную при наплавке расходником ZELLER 655 этот электрод эффективно использовать в качестве буферного слоя перед наплавкой основного твердого сплава.
- Для изготовления валов, кулачков, копиров, шестерен очень часто применяются конструкционные углеродистые стали 40Х, 40Х13. Поверхностная твердость этих сталей после термообработки одинакова по величине с твердостью наплавочного слоя электродов ZELLER 655. Поэтому изношенные поверхности деталей из этих материалов можно наплавлять этими расходниками без дальнейшей термической обработки. В случае поломки зуба шестерни изготовленной из сталей 40Х или 40Х13 технология наплавки электродами ZELLER 655 позволяет полностью восстановить весь зуб. Расходник можно использовать для многослойного наплавления, при этом после каждого прохода не образуется никаких поверхностных дефектов. После восстановления контуров тела зуба с припуском с помощью механической обработки (наплавка хорошо ей поддается) доводят его до чертежных размеров. С помощью ударных нагрузок (это возможно сделать непосредственно во время работы шестерни) наплавленный зуб приобретает необходимую твердость порядка 40…45 HRC (твердость по Роквеллу).
История
Сталь Гадфильда, как уже можно было догадаться по самому её названию, была получена неким Гадфильдом. Но мало кто знает, кто этот человек, и когда была эта сталь им предложена. Если углубиться в историю, то можно узнать тот факт, что этот материал повышенной прочности был получен английским металлургом Робертом Гадфильдом в 1882 году. Она получила широкое распространение довольно скоро, так как на поверку оказалась весьма интересным материалом.
Вскоре после того, как сталь Гадфильда была выпущена в массовое производство, ей заинтересовались военные. И не случайно. Сталь высокой прочности должна была стать очень важным материалом для создания некоторых элементов защитной военной экипировки.
Внедрение стали Гадфильда в военную отрасль началось с того, что материал был использован для создания высокопрочных пехотных шлемов. Сначала такие шлемы были приняты на вооружение в британской армии, но американские военные не остались в стороне и тоже взялись за производство аналогичных шлемов. Технология создания шлемов из стали Гадфильда была неизменна вплоть до 80-х. Дело в том, что к тому времени уже ставшую знаменитой сталь заменили на органопластик, так как он был более лёгким, но оставался довольно прочным.
Также сталь Гадфильда широко применялась в танкостроении. Она использовалась для изготовления гусеничных траков для танков. Первой сталь Гадфильда для этой цели стала использовать из Британии в конце 20-х годов. Применение этой стали в изготовлении траков танковых гусениц позволило существенно увеличить пробег до 4800 км. Кстати, до использования чудо — стали пробег составлял 500 км. Что самое интересное, этот небольшой показатель считался настоящим рекордом в годы Первой мировой войны. Этот факт показывает насколько важно было использование стали Гадфильда в области танкостроения.
Впоследствии применение стали Гадфильда осуществлялось не только в военных областях. В Советском Союзе выплавку такой стоили освоили только к 1936 году.
Что такое наклеп?
Наклеп — увеличение прочности металлов и сплавов вследствие изменения их структуры в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. То есть температуры, при которой на месте потерявших форму, вытянутых зерен металла начинают возникать и расти новые зерна с неискаженной решеткой, правильной округлой формы. При наклепе металла его плотность уменьшается, происходит это из-за нарушения порядка в расположении атомов, искажения атомной решетки, образования микропор, увеличения плотности дефектов. Уменьшение плотности означает увеличение удельного объема единицы массы. Наружный наклепанный слой стремится расшириться, а внутренние не позволяют ему этого сделать. В металле возникают остаточные сжимающие напряжения. Они бывают очень полезными, так как способны приостанавливать процесс появления и увеличения поверхностных усталостных трещин.
Нельзя гарантировать равномерное постоянство удельных давлений в шарнире в пределах от 80 до 200 кг/см, при которых проявляется способность стали к наклепу, и тем самым выявляется ее свойство противостоять износу. Ниже этих показателей наклеп стали Гадфильда не наблюдается, а выше — возникает ее остаточная деформация, соответственно нельзя полноценно использовать её способности. Многочисленные наблюдения за работой тракторов СТЗ НАТИ в поле показали, что после примерно тысячи часов эксплуатации износ отверстий проушин шарнирных соединений равен 0,3 — 0,4 см, а в результате полутора-двух тысяч часов работы проушины истираются практически на всю толщину стенки 0,8 см или разрушаются ранее.
Легирование
Легирование — это изменение состава стали с помощью рассчитанного количества вспомогательных элементов, примесей, для придания ей определенных физических качеств. В числе наиболее часто применяемых легирующих составляющих значатся:
- марганец,
- титан,
- кобальт,
- вольфрам,
- алюминий,
- никель,
- хром,
- кремний,
- ванадий,
- ниобий.
Все эти добавки по-разному влияют на конечные качества получаемого сплава. Прежде чем целенаправленно добавлять в металл легирующие составляющие, люди познакомились с природными легированными сплавами, буквально упавшими с неба в виде железных метеоритов. Это железо применялось уже давно. Оно содержит до 8,5% никеля — активно применяемого сегодня легирующего элемента.
Изобретен этот вид стали был в 1882 г металлургом-англичанином Робертом Гадфильдом (был принят в почетные члены Академии Наук СССР в 1933 г.). Это высокопластичная сталь с большим содержанием марганца. Получилась эта марка стали настолько удачной, что и сейчас, практически без изменений в химическом составе, широко используется в самых разных отраслях промышленности. В СССР технологию выплавки этой стали освоили к 1936 году. В России и среди стран-членов Содружества Независимых Государств она известна под маркой 110Г13Л (или Г13Л). Литера «Л» обозначает, что эта сталь — для литья. Требования регламентируются ГОСТом 977-88 и его аналогами за рубежом.
Изменение свойств сплава
Когда металл подвергается механическому воздействию, в нем образуются микроскопические дефекты — дислокации, если такое воздействие продолжается, эти дефекты начинают смещаться и взаимодействовать. Они образуют новую структуру материала, которая сопротивляется дальнейшему пластическому изменению формы. Эта структура увеличивает способность металла сопротивляться прилагаемым усилиям, повышает предел текучести материала и снижает его вязкость. Это очень важно для тех металлов и сплавов, которые не упрочняются при термообработке.
При комнатной температуре сталь Гадфильда практически немагнитна, но, после холодной деформации, появляются магнитные свойства. Это явление сопровождается появлением в структуре металла плотных плоскостей скольжения дислокаций, которые дробят зерна на отдельные блоки. Открытием Гадфильда и Хопкинсона стало то, что испытание образца стали на разрыв, придало ему слабомагнитные свойства. Появление ферромагнетизма показывает, что после такого вида нагрузок, часть металла переходит в состояние а-железа.
Способы обработки
Холодная обработка металлов давлением — известный способ намеренного создания наклепа. Типичными технологическими процессами такой обработки металлов являются волочение, холодная ковка, прокатка, прессование (экструзия). Если переусердствовать с обработкой, то деталь из стали Гадфильда может развалиться на куски из-за усиливающихся внутренних напряжений, которые ее разрушают. Поэтому при обработке, например, лезвия ножа, которое рекомендуется слегка отбить перед итоговой заточкой, или отбивке косы (а это и есть холодная ковка), нужно наносить очень легкие удары и внимательно относиться к отдаче от молотка. Как только он начинает отскакивать, значит пора прекращать удары, иначе лезвие может раскрошиться.
Из-за высокой вязкости стали Гадфильда, детали из нее практически не могут обрабатываться режущими инструментами. Для массового изготовления продукции из этой стали подходит только литье. Формы для отливки должны быть выполнены очень тщательно, чтобы изготовленные детали не подвергать дополнительной обработке. После отливки изделия и застывания металла, качество стали достаточно низкое, так как на границе зерен аустенита есть мелкие включения карбидов, которые легко образуют трещины между зернами и приводят к быстрому разрушению. Токарная обработка возможна лишь с применением быстрорежущих сталей с высокой теплостойкостью. То есть инструмент, при возникающих в режущей кромке высоких температурах, должен сохранять высокую твердость и противостоять износу.
