Зори новых поколений

Опубликовано автор Admin — Нет комментариев ↓

О новых разработках ИЭС им. Е.О. Патона в области электродов для сварки конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей


Зори новых поколений
Игорь Явдощин, к.т.н., Институт электросварки им. Е.О. Патона
О новых разработках ИЭС им. Е.О. Патона в области электродов для сварки конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Номенклатура электродов общего назначения, выпускаемых предприятиями Украины, представлена главным образом электродами с рутиловым покрытием – АНО-4, АНО-21, МР-3, ОЗС-4, ОЗС 12, с ильменитовым покрытием – АНО-6, МР 3М, МР-3В и с основным покрытием – УОНИ-13/45, УОНИ 13/55, АНО-27. Подавляющему большинству этих марок электродов более 30 лет, а электродам УОНИ-13 – более 60 лет от роду. Все эти марки серьезно уступают зарубежным аналогам, в первую очередь по сварочно-технологическим свойствам, и вряд ли смогут с ними конкурировать по таким свойствам в условиях открытого рынка. Единственным фактором, пока что сдерживающим экспансию зарубежных электродов на отечественный рынок, является их слишком высокая цена – в 1,5-2 раза выше стоимости украинских электродов. Однако из года в год эта разница в цене по объективным причинам сокращается, и неминуемо придет время, когда импортные электроды действительно начнут теснить старые внутренние разработки на рынках СНГ. Учитывая эту ситуацию, ИЭС им. Е.О. Патона совместно с НПФ “Патон-Электрод” разработали и предлагают для использования несколько серий электродов нового поколения, которые смогут противостоять натиску иностранной продукции.
ПЕРВАЯ СЕРИЯ
Первую серию разработок представляют низководородные электроды, предназначенные для замены электродов УОНИ 13/55 в разных сферах применения при сварке особо ответственных конструкций. Необходимость такой замены диктуется объективными обстоятельствами: для электродов УОНИ 13/55 характерны такие недостатки, как формирование усиленных валиков, плохая отделимость шлаковой корки (особенно в глубокой разделке), невозможность вести сварку на переменном токе и др. Порог хладноломкости металла шва для этих электродов составляет -300С.
Основой же для новых разработок послужили, с одной стороны, результаты исследования по уточнению состава газошлако-образущей части покрытия электродов, благодаря которым удалось существенно улучшить их сварочно-технологические свойства, с другой стороны – изучение путей совершенствования системы раскисления и микролегирования наплавленного металла с целью повышения его ударной вязкости при отрицательных температурах.
В первых 2-х таблицах приведены результаты оптимизации системы раскисления С-Mn-Si-наплавленного металла за счет дополнительного микролегирования его титаном, алюминием и магнием, а в третьей из приведенных таблиц – дополнительного микролегирования Ti-B и Ti-Ni-B. Оптимальные варианты выделены заливкой соответствующих строк.
На основе этих исследований разработаны такие марки электродов, как АНО-12, АНО-12МR, АНО-101, АНО-102 и АНО-103.
Так, электроды АНО-12 и АНО-12МR (тип Э50А) имеют многоцелевое назначение. Рекомендуются для сварки конструкций подъемно-транспортного оборудования, для применения в судостроении и судоремонте при сварке сталей классов А, Д, Е, для сварки сосудов высокого давления, узлов и конструкций вагонов, объектов металлургического комплекса и др. Обеспечивают высокую стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин. По комплексу свойств не уступают электродам ОК 48.80, ОК 53.04 шведской фирмы ESAB.
Порог хладноломкости наплавленного металла не достигается вплоть до температуры -500С, что обеспечивается оптимальным легированием марганцем, кремнием и титаном. Электроды АНО-12 сертифицированы Det Norske Veritas по категории 4Y НЮ.
Сварку электродами АНО-12 ведут во всех пространственных положениях (кромевертикальных нисходящих швов) постоянным током обратной полярности или переменным током от трансформаторов с напряжением холостого хода не менее 65В. Электроды АНО-12МR дополнительно характеризуются низкой гигроскопичностью покрытия в условиях высокой влажности окружающей атмосферы (относятся к классу “moisture resistance”).
Далее, электроды АНО-101 (тип Э55) тоже имеют многоцелевое назначение и рекомендуются для применения в судостроении и судоремонте, при сооружении мостовых конструкций, для сварки узлов подъемно-транспортного оборудования и др. Порог хладноломкости наплавленного металла понижен до -70°С – благодаря микролегированию титаном и бором. По сварочно-технологическим свойствам и по требованиям к источникам питания аналогичны электродам АНО-12.
Электроды АНО-102 (тип Э50А) обеспечивают высокую коррозионную стойкость сварных швов в морской воде, что достигается благодаря легированию никелем и медью. Предназначаются к применению в судостроении и судоремонте для сварки сосудов, узлов и конструкций, которые эксплуатируются в условиях воздействия морской воды. Порог хладноломкости металла шва -ниже -40°С.
Влияние титана на KCV металла швов, выполненных электродами УОНИ-13/45
Индекс электрода
Содержание, %
KCV, Дж/см2, при температуре, °С
 
FeTi в покрытии
Ti в наплавл. металле
+20
-20
-40
Т-15
15
0,043
186-198 190
79-107 94,3
25-72 46,6
Т-10
10
0,030
223-232 228,3
102-155 128,6
16-61 31,3
Т-5
5
0,020
209-236 225
141-157 147,6
64-75 68,3
Источник: предоставлено автором
Влияние ПАМ на свойства металла швов, выполненных электродами УОНИ-13/45
Индекс электрода
Содержание в покрытии, %
KCV, Дж/см2, при температуре, °С
Химический состав
наплавленного металла,
%
 
FeTi
ПАМ
+20
-20
-40
УК
12
0
193,4-194,9 194
66,2-78,4 71,5
63,7-3,48 71,9
Mn-0,97 Si-0,36
УП-1
5
0
207,2-223,1 215
95,6-105,4 102,1
79,7-110,3 96,8
Mn-0,93 Si-0,28
УП-2
5
0,5
198,6-234,1 213,3
107,9-167,6 132,8
79,7-91,9 86,2
Mn-0,98 Si-0,26
УП-3
5
1,0
223,1-257,4 239,4
149,5-181,4 161,3
85,8-114,0 103,6
Mn-0,99 Si-0,24
УП-4
5
2,0
198,6-210,8 204,7
72,3-122,6 100,9
51,5-98,0 75,1
Mn-1,02 Si-0,428
Источник: предоставлено автором
Выбор оптимального уровня легирования и микролегирования наплавленного металла никелем,
титаном и бором
Вариант
Содержание, %
Массовая доля, %, в наплавленном металле
 
Ti
В
С
Мп
Si
Ni
O
N
Cерия Mn-Si-Ti-B
Т621
0,032
0,0064
0,081
1,56
0,431
-
0,039
0,011
Т622
0,034
0,0075
0,070
1,34
0,394
-
0,038
0,012
Т623
0,036
0,0124
0,056
1,34
0,423
-
0,037
0,012
Cерия Mn-Si-Ni-T-S
Н21
0,020
0,0020
0,082
1,47
0,386
0,69
0,033
0,019
Н22
0,022
0,0050
0,088
1,50
0,419
0,71
0,036
0,017
Н23
0,025
0,0070
0,074
1,46
0,435
0,69
0,035
0,009
Источник: предоставлено автором
Механические свойства металла, наплавленного электродами марок
АНО-12, АНО-101, АНО-102 и АНО-103
Марка
*, Н/мм2
*,Н/мм2
*, %
KCV, Дж/см2, при температуре
испытаний, °С
 
 
 
 
+20
-40
-60
АНО-12
490
580
28
160
70
-
АНО-101
520
600
25
180
-
70
АНО-102
460
540
25
180
70
-
АНО-103
670
760
22
160
-
60
Источник: предоставлено автором
Электроды АНО-103 (тип Э70) рекомендуются для сварки ответственных конструкций из низколегированных высокопрочных сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по хладостойкости. Порог хладостойкости металла шва ниже -500°С, что также достигается благодаря микролегированию титаном и бором.
Все электроды вышеупомянутой серии, в отличие от электродов УОНИ-13/55, характеризуются спокойным горением дуги, малым разбрызгиванием расплавленного металла, обеспечивают мелкочешуйчатое формирование металла шва, легкую отделимость шлаковой корки.
Типичные свойства металла, наплавленного электродами АНО-12, АНО-101, АНО-102 и АНО-103, приведены в последней из приведенных таблиц.
ВТОРАЯ СЕРИЯ
Вторая серия разработок включает в себя электроды марок АНО-37 с покрытием рутилового вида и АНО-36 с покрытием рутилцеллюлозного вида. Обе марки соответствуют типу Э46 по ГОСТ 9467-75, предназначены для сварки переменным или постоянным током конструкций из низкоуглеродистых марок сталей во всех пространственных положениях. По комплексу сварочно-технологических свойств эти электроды значительно превосходят электроды АНО-4, АНО-21, МР-3, ОЗС-4, т.к. обеспечивают легкое начальное и повторное зажигание дуги, отличное формирование металла шва, легкую отделимость шлаковой корки, малое разбрызгивание металла.
Благодаря повышенному содержанию целлюлозы в покрытии электроды АНО-36 позволяют варить вертикальные швы высокопроизводительным способом “сверху вниз”.
Электроды АНО-36 и АНО-37 соответствуют уровню лучших зарубежных аналогов, что отмечают многие потребители. Однако при выборе заказчиков следует учитывать, что они на 5-7% дороже серийных электродов старых разработок. Тем не менее, спрос на электроды АНО-36 и АНО-37 постепенно возрастает, особенно со стороны предприятий, для которых вопросы товарного вида и качества сварных швов играют важную роль. Полагаем, что электроды именно этих 2-х марок смогут в ближайшем будущем составить техническую и экономическую конкуренцию электродам общего назначения, которые поступают на отечественный рынок из стран дальнего зарубежья.

Добавить комментарий