Электроды для подводной сварки

Основной целью мокрой подводной сварки специальными электродами сварочными является достижение того же самого критерия качества как при сварке сухим способом на открытом воздухе. В настоящее время за рубежом разработаны электроды, которые при сварке могут почти полностью давать прочность основного материала, особенно для низколегированных сталей.

Существенной проблемой мокрой подводной сварки является свободная от влияния воды способность переноса металла в стабильной электрической дуге. Следовательно, покрытие должно быть защищено водонепроницаемой оболочкой, которая обеспечивает стабильность материала покрытия с момента зажигания дуги до окончания сварки. Покрытие не должно подвергаться неблагоприятному влиянию компонентов оболочки, несмотря на ее хорошие водозащитные свойства, нарушая, таким образом, свойства шва. Однако кроме соответствующих сварочных электродов и другого оборудования, высококачественный шов также требует специально обученных водолазов-сварщиков. Поскольку, в основном, трудно найти сварщиков с большим опытом подводной сварки, то одним из основных требований к покрытым электродам для мокрой подводной сварки является простота в обращении. Для того, чтобы даже менее опытный сварщик был способен варить высококачественный шов в трудных условиях работы, он не должен иметь никаких проблем с такими основополагающими процессами, как зажигание дуги, управление дугой и т.д. Третьим требованием является возможность сварки во всех положениях, или, по крайней мере, возможность максимального количества рабочих положений только для одного типа электродов сварочных. Электроды для мокрой подводной сварки должны обеспечивать достаточно высокую производительность. Такой подход уменьшает время сварки и улучшает качество шва. Одной из характерных черт мокрой подводной сварки является также увеличение значений параметров приблизительно на 15%. Однако более высокий ток не должен приводить к снижению однородности покрытия и оболочки, вызванному повышенной температурой или деструкцией оболочки. Поэтому, такой специально разработанный электрод должен обладать запасом способности приспосабливаться к большим токовым нагрузкам. Поскольку удалить шлак и сварить хороший шов трудно, необходимо обеспечить достаточное проплавление во избежание возможности непровара и похожих дефектов в случае однопроходного шва.

На основе этих требований можно определить точный состав покрытия и тип водонепроницаемой оболочки, комбинация которых дала бы шов хорошего качества.

Неадекватное покрытие может загрязнять шов водородом и, из-за деструкции оболочки электрическая дуга может погаснуть. Применение водонепроницаемой оболочки должно выполняться в соответствии с точно определенной технологией, для того, чтобы избежать деструкции покрытия при попадании в воду. К тому же, если покрытия собственного производства, то их качество должно быть подтверждено пробной сваркой, поскольку определенные покрытия не сохраняют одинаковые свойства в сухой окружающей среде и в воде. Для производства электродов сварочных хорошего качества для мокрой подводной сварки, кроме удовлетворительного покрытия, необходима высококачественная водонепроницаемая оболочка.

Электроды для подводной сварки[ Главная ]
[ Прайс-лист ] [ Цена ] [Каталог электродов] [ Контакты]
[ Сделать заказ] [ Статьи сварочной тематики]

Представленные на сайте сведения носят информационный характер
и не являются публичной офертой,
определяемой положениями Статьи 437(2) ГК РФ.

Содержание:

Подводная сварка считается уникальной технологией, во время нее соединяются металлические конструкции, находящиеся в подводной среде. Этот метод используется при строительстве и ремонте разных сооружений, которые находятся под водой. Во время проведения сварки используется специальное оборудование, которое позволяет работать под водой. Но все же перед тем как приступать к работе стоит изучить основные особенности и нюансы процесса.

Электроды для подводной сварки

Особенности

Сварка под водой является опасной работой, это связано с тем, что сварщик находится в токопроводящей среде. В это время организм испытывает сильные нагрузки из-за сильного давления воды. Но все же применение данного метода делает возможным прокладку трубопровода для водоснабжения поселка или целого района. Также при помощи подводной технологии можно связать две части города при помощи прокладки металлического моста через реку.

Сварка в воде осуществляется за счет оттеснения жидкости испаряющимися газами, которые образуются в результате плавления электродов. Воздушная смесь производит выталкивание воды из области сварной ванны. Именно она удерживает дугу, производит соединение с высоким качеством.

К главным особенностям сварочной технологии под водой можно отнести:

  1. Горение дуги осуществляется в области воздушного пузыря, на его стенки давит жидкость. За счет этого оказывается давление на вплавляемую металлическую заготовку. Все это приводит к тому, что соединения получают глубокое проплавление.
  2. В связи с тем, что оказывается наружное давление и осуществляется моментальное остывание наложенного металла. При этом чешуя соединения приобретает углубленные формы.
  3. Испаряющиеся газовые смеси вызывают сильное вспенивание воды, это может ухудшить видимость сварного процесса. На видимость сварщика оказывает влияние структура жидкости, а именно степень ее прозрачности. По этой причине может происходить смещение центра соединения.
  4. На начальном этапе может происходить не точное попадание электрода в точку соединения конструкций из металла. Через защитный фильтр невозможно ничего увидеть в темноте, поэтому сварщик вынужден брать второй рукой кончик электрода и направлять его на начальную область сварного соединения.
  5. При сварочной технологии в отличие от работ на суше используются повышенные режимы тока. Это требуется из-за быстрого охлаждения металлической основы. В итоге получается прочное и герметичное сварное соединение. Однако ускоренный процесс кристаллизации молекулярной решетки создает слабую сопротивляемость шва на изломы, а также снижает ударную вязкость.
  6. Водная сварочная технология обладает тяжелым розжигом. Конструкции из металлической основы, сверху частично покрыты коррозийным поражением, это может снижать возбуждение дуги. По этой причине сварщик вынужден буквально ковырять электродом по изделию.
  7. Поскольку под водой действует сила притяжения, то швы должны выполняться сверху вниз.
  8. При проведении сварочного процесса под водой дуга должна гореть непрерывно, это обеспечит полноценное образование газового пузыря и предоставит возможность для нормальной накладки шва.
Читайте также:  Влагозащита ip44 что это

Технология

Чтобы понять, как варят сваркой под водой, стоит рассмотреть особенности технологии данного процесса. Основная суть состоит в том, что при проведении варения под водой выделяется газ, который образует пузырь. Именно он обволакивает электроды для подводной сварки и свариваемые детали, что приводит к освобождению пространства для горения дуги.

Электроды для подводной сварки

Стоит отметить! Тепло, которое выделяется при горении дуги, расходуется на разогревание и плавление металла. При этом металлическая основа постоянно охлаждается под воздействием окружающей воды.

Иногда температура при проведении подводного сварочного процесса может опускаться до отрицательных значений. Обычно это происходит в ситуациях, когда вода насыщенна большим объемом солей.

Газ, который выделяется при горении дуги, частично считается продуктом сгорания металлов. Небольшая его часть (водород и кислород) образуется во время разложения воды под влиянием электрического тока и повышенной температуры.

Форма шва

Если вы новичок или неопытный сварщик с небольшим стажем, то прежде чем проводить подводную сварку вам обязательно нужно пройти обучение. Оно позволит разобраться во многих нюансах этого процесса, включая какой формы должен быть шов. В связи с тем, что при проведении технологии под водой происходит постоянное всплытие газа в беспорядочном движении, это может ограничить видимость в зоне сварной ванны.

Именно данные обстоятельства оказывают влияние на особенности конструкции шва при проведении сварки под водой. Они обычно выполняются в виде тавров, а именно когда соединяемые детали находятся относительно друг друга под углом, который близок к прямому. А если соединяемые детали должны быть в одной плоскости, то их сваривают внахлест.

Напряжение и ток

При проведении сварочного процесса под водой требуется высокое напряжение, которое сможет обеспечить устойчивое горение дуги. Его показатели должны составлять 30-35 В.

Чтобы смогла производиться подача такого напряжения на глубину, применяются специальные сварочные аппараты, которые могут выдавать напряжение в 80-120 В и сварной ток 180-220 А. Сварочная технология под водой может выполняться с применением постоянного и переменного тока.

Электроды и сварная проволока

Особое внимание стоит обратить на электроды для сварки под водой. Данные элементы должны быть выполнены из материала, который не подвержен воздействию воды. Часто для этого вида сварки используются материалы из малоуглеродистой стали.

Электроды для подводной сварки

Важно! Подводные электроды покрываются специальной обмазкой. Для нее используются составы, которые предотвращают разрушение материала длительного время. Они создают на поверхности защитной слой с водонепроницаемой структурой.

Электроды для сварки в воде могут покрываться парафином, воском, растворенным в ацетоне целлулоид. Именно эти смеси имеют хорошее защитное действие, они позволяют длительное время работать под водой.

Электроды для сварки с водой могут иметь диаметр от 4 до 6 мм. Часто применяются элементы специальных марок:

Во время проведения полуавтоматического сварочного процесса используется сварочная проволока следующих марок — СВ-08Г2С, ППС-АН1.

Сварочная технология, которая проводится под водой, является необходимой технологией для проведения важных работ. Она широко используется в нефтяной области, при проведении ремонтных работ судов морского и речного типа, причалов, портовых сооружений и других важных конструкций. Процесс обладает достаточно сложной технологией проведения, но если знать все важные особенности, то в результате можно получить прочное и долговечное соединение.

Интересное видео

Электроды для подводной сварки

Электроды для подводной сварки

Электроды для подводной сварки

Электроды для подводной сварки

Электроды для подводной сварки

Владельцы патента RU 2325983:

Изобретение может быть использовано для подводной ручной сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной прочности, в частности при ремонте металлоконструкций ответственного назначения, в том числе трубопроводов, которые эксплуатируются в водной среде. Стальной стержень электрода легирован в основном никелем и хромом. Значение никелевого и хромового эквивалентов ограничены величинами 19. 32% и 21. 33% соответственно. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: флюорит 22,0-31,0, рутиловый концентрат 22,0-37,0, окись железа 15,0-31,0, полевой шпат 8,0-13,0, магнезит металлургический 4,0-9,0, ферросилиций 0,5-2,0, карбоксиметилцеллюлоза 1,5-2,0. Коэффициент массы покрытия составляет 22-25%. Электрод обеспечивает при сварке во всех пространственных положениях качественное формирование металла шва, стойкость сварных соединений против образования холодных трещин в зоне термического влияния низколегированных сталей повышенной прочности и получение показателей механических свойств металла шва на уровне свойств основного металла. 5 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области дуговой сварки плавлением, в частности к разработке сварочных материалов для ручной подводной мокрой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной прочности. Может быть использовано в газовой и других областях промышленности.

Проблема сварки подводных металлоконструкций ответственного назначения на сегодняшний день не решена. Механические свойства сварных соединений, в первую очередь пластичность, не соответствуют уровню свойств основного металла. Кроме того, при сварке низколегированных сталей повышенной прочности в зоне термического влияния (ЗТВ) возникают холодные трещины, что делает невозможным эксплуатацию металлоконструкций ("Об оценке свариваемости низколегированных сталей с учетом быстрого охлаждения в условиях подводной сварки". Автомат. сварка, 1988, №12, с.48-50). Такой результат вызван двумя основными факторами, обусловленными наличием водной среды, — высокими скоростями охлаждения и высоким содержанием водорода. Для борьбы с холодными трещинами разработаны электроды, обеспечивающие получение металла шва аустенитного типа, обладающего высокими механическими свойствами и позволяющего избежать образования холодных трещин. Но шлаковая система покрытия таких электродов позволяет получать качественное формирование металла шва только в нижнем положении. При сварке на вертикальной плоскости и особенно в потолочном положении сварочно-технологические свойства электродов ухудшаются, так как физические свойства шлака, образующегося при плавлении электродного покрытия, не создают надежной защиты расплавленного металла, не предупреждают его от стекания, а также образования подрезов и наплывов. Как результат, формирование наплавленного металла становится неудовлетворительным, механические свойства таких швов резко снижаются. В то же время большинство работ при ремонте подводных металлоконструкций (подводная часть корпуса судов, трубопроводы, вертикальные опоры платформ и стенки портовых сооружений) нужно выполнять именно в пространственных положениях, отличных от нижнего. Поэтому обеспечение возможности сварки во всех пространственных положениях — один из ключевых вопросов при создании электродных материалов, разработке или совершенствовании технологического процесса подводной сварки.

Читайте также:  Шайба контактная с зубцами

Известен электрод (Авторское свидетельство СССР №1540992 от 07.02.90, бюл.№5) со стержнем из высоколегированной проволоки Св.-07Х25Н12Г2Т, покрытие которого содержит (мас.%):

Мрамор10-14
Плавиковый шпат18-22
Полевой шпат2-4
Ферромарганец7-10
Ферротитан3-6
Ферросилиций3-6
Поташ0,5-1,5
Титановый порошок4,7-7,7
Двуокись титанаостальное

Недостатком электрода с таким покрытием является слишком большое количество шлака, образующегося при его плавлении. Хотя это и обеспечивает надежную защиту металла сварочной ванны и шва от водной среды, но делает невозможным выполнение сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего. Кроме того, вследствие недостаточного запаса аустенитности в металле шва близ линии сплавления возникают хрупкие прослойки, склонные к образованию холодных трещин.

Известен также электрод (Патент РФ №2071895, МПК В23К 35/365) со стержнем из высоколегированной проволоки Св.-10Х16Н25АМ6, покрытие которого содержит (мас.%):

Плавиковый шпат36-40
Кварцевый песок17-21
Ферромарганец8-12
Ферротитан4-6
Ферросилиций4-6
Поташ1-3
Окись хрома1-3
Двуокись титана9-29

При таком соотношении CaF2 и TiO2 перенос расплавленного металла имеет ярко выраженный крупнокапельный характер, который значительно ухудшает стабильность горения дуги. Высокое содержание SiO2 приводит к увеличению вязкости шлака, вследствие чего он не полностью укрывает наплавленный металл, формирование шва ухудшается, что делает невозможной сварку в пространственных положениях, отличных от нижнего. Это подтверждается результатами испытаний сварочно-технологических свойств, проведенных разработчиками электрода (Сварочное производство, №11, 2000 г.).

Оба эти электрода позволяют получить сварные соединения с уровнем механических свойств, который отвечает уровню свойств основного металла, и избежать образования холодных трещин в ЗТВ низколегированных сталей повышенной прочности. Но их сварочно-технологические свойства не удовлетворяют поставленным требованиям.

В качестве прототипа нами избран электрод (Авторское свидетельство СССР 1549706 от 15.03.90, бюл. №10), покрытие которого содержит (мас.%):

Мрамор14-16
Плавиковый шпат24-26
Полевой шпат3-5
Ферромарганец9-11
Ферротитан4-6
Ферросилиций4-6
Поташ0,5-1,5
Двуокись титанаостальное

Стержнями электродов служит стальная высоколегированная проволока, которая содержит хром и никель в количестве не менее соответственно 13,5 и 22%.

По нашему опыту исследования шлаковых систем диапазон соотношений TiO2/CaF2, использованный в прототипе, не является оптимальным для качественного формирования сварных швов под водой, а введение в эту систему мрамора в количествах, которые превышают 10%, еще и ухудшает сварочно-технологические свойства электродного покрытия. Это не позволяет использовать их для качественной сварки во всех пространственных положениях. Кроме того, введение мрамора не оправданно из-за того, что некоторое (до 5%) уменьшение содержания водорода в наплавленном металле при разбавлении атмосферы дугового промежутка газообразными продуктами разложения мрамора практически не имеет значения из-за аустенитной структуры металла швов.

Задачей изобретения является обеспечение при сварке во всех пространственных положениях качественного формирования металла швов, стойкости сварных соединений против образования холодных трещин в ЗТВ низколегированных сталей повышенной прочности и показателей механических свойств металла швов на уровне свойств основного металла.

Поставленная задача решается тем, что электрод для подводной сварки, включающий стержень из высоколегированной стали и покрытие, содержащее рутиловый концентрат, полевой шпат, флюорит и ферросилиций, отличается от известных тем, что значения никелевого и хромового эквивалентов стержня ограничены следующими величинами: Niэкв. 19. 32%, Crэкв. 21. 33%, а покрытие содержит окись железа, магнезит металлургический и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

флюорит22,0-31,0
рутиловый концентрат22,0-37,0
окись железа15,0- 31,0
полевой шпат8,0-13,0
магнезит металлургический4,0-9,0
ферросилиций0,5-2,0
карбоксиметилцеллюлоза1,5-2,0,

при этом коэффициент массы покрытия составляет 22. 25%.

Снижение температуры твердения шлака, его удлинение, а также увеличение угла смачивания основного метала расплавленным достигнуты путем введения в покрытие сбалансированного количества флюорита и окиси железа. Введение значительного количества фторидов обеспечивает снижение содержания водорода в металле шва, десульфацию расплавленного металла, высокую степень усвоения легкоокисляющихся элементов и вместе с полевым шпатом оказывает содействие образованию шлаковой корки, которая надежно защищает шов от окружающей среды, и получению хорошего формирования. Это техническое решение — результат тщательного исследования влияния компонентов тройной системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов для подводной мокрой сварки. Использование в качестве стержня высоколегированной проволоки гарантирует получение металла шва аустенитного типа, благодаря которому исключается образование холодных трещин в ЗТВ низколегированных сталей повышенной прочности.

Сущность проведенных опытов иллюстрирует чертеж, где на концентрационном треугольнике качественно воспроизведен характер влияния соотношения ингредиентов системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов. Здесь А — область оптимальных составов покрытия электродов для выполнения мокрой подводной сварки во всех пространственных положениях многопроходных стыковых швов.

Направление 1 — при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию наплавленных валиков треугольной формы, образованию твердой керамической шлаковой корки со склонностью к заклиниванию при многослойной сварке стыковых соединений, увеличению коэффициента усиления швов, огрублению чешуйчатости, образованию дефектов в виде подрезов, шлаковых включений при сварке многопроходных швов.

Направление 2 — при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию твердой керамической шлаковой корки, высоких неравномерных грубочешуйчатых, а в конце концов литых валиков округлой формы, ухудшается отделение шлаковой корки, появляются большие капли рядом со швом, возрастает напряжение дуги, режим становится неустойчивым.

Читайте также:  Патрон для сверлильного станка с конусом морзе

Направление 3 — при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию валиков с малым коэффициентом усиления, мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к поверхности основного металла или предварительно наплавленных валиков, перенос расплавленного металла приобретает мелкокапельный характер, наблюдается образование аморфноподобного шлакового покрытия наплавленных валиков, которое легко удаляется щеткой, возможность качественной сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего, ограничивается.

Таким образом границы содержания флюорита, рутилового концентрата и окиси железа, а также их соотношение в покрытии электрода, который предлагается в качестве изобретения, определены в ходе исследования шлаковой системы CaF2-TiO2-FeO и отвечают значениям области А оптимальных составов системы.

С целью улучшения стабилизации дугового промежутка и обеспечения стабильного горения дуги как на прямой, так и на обратной полярности, а также определенного увеличения коэффициента формы в покрытие введен магнезит (в виде магнезита металлургического), что также практически предотвращает разбрызгивание. Введение магнезита в количестве, которое превышает принятый предел, приводит к огрублению чешуйчатости валиков и неравномерности их по высоте.

Окись железа при введении в шлаковую систему CaF2-TiO2 снижает температуру ее плавления, а также коэффициент поверхностного натяжения, что приводит к мелкокапельному переносу расплавленного металла и образованию валиков с мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к основному металлу или металлу предварительно наплавленных валиков. Введение в покрытие предлагаемого электрода FeO в количестве, меньшем заявленного, приводит к образованию "горбатых" валиков. Превышение количества FeO свыше предлагаемого предела способствует образованию легкоплавких шлаков, которые делают невозможным качественное формирование вертикальных и потолочных швов. Введение FeO в предлагаемом количестве в присутствии фторида кальция вызывает образование фторидов железа, которые также обеспечивают дополнительное снижение диффузного водорода в наплавленном металле.

Введение полевого шпата в указанных границах вызывает образование достаточно плотной шлаковой корки и способствует вместе с магнезитом стабилизации дугового промежутка. Увеличение содержания полевого шпата сверх указанного предела приводит к образованию более жидкотекучих шлаков большой массы, что затрудняет сварку в пространственных положениях.

Ферросилиций способствует переходу необходимого количества марганца из стержня в наплавленный металл. Но повышение его содержания выше предлагаемого предела приводит к росту внутрикристаллитной ликвации в металле аустенитных швов, вследствие чего происходит обогащение кремнием пограничных слоев дендритов. При этом снижается критическая скорость деформирования аустенитного металла швов и их стойкость против образования горячих трещин.

Состав сварочной проволоки был выбран из следующих соображений. Недостаточный уровень легирования (Niэкв. Компоненты

12345флюорит2022263134рутиловый концентрат3937292218окись железа1115223134магнезит119843полевой шпат15131187ферросилиций22222карбоксиметилцеллюлоза22222

Для оценки сварочно-технологических свойств водолазом-сварщиком в лабораторном бассейне на глубине 2 м во всех пространственных положениях сваривались стыковые образцы из стали Ст3 толщиной 14 мм. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе с учетом внешнего вида, отделимости шлака, характера шлаковой корки, разбрызгивания, стабильности горения и т.п., таблица 2. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что электроды с покрытием предложенного состава обеспечивают удовлетворительное формирование многослойных швов во всех пространственных положениях.

Электроды для подводной сварки

При изготовлении электродов для дальнейших испытаний использовали покрытие №3, таблица 1.

Испытания изготовленных электродов включали сварку и металлографические исследования технологических проб типа Теккен и сварку стыковых соединений в нижнем, вертикальном и потолочном положениях для определения механических свойств. В качестве основного металла использовали сталь 17Г1С, предрасположенную к образованию холодных трещин в ЗТВ.

Для определения трещиностойкости сварных соединений в качестве стержней использовали экспериментальные проволоки с легированием в пределах Niэкв.=19. 32% и Crэкв.=21. 33%, таблица 3. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Электроды для подводной сварки

Электроды для подводной сварки

Таким образом, использование стержней из проволок с уровнем легирования Niэкв.=19. 32% и Crэкв.=21. 33% обеспечивает получение сварных соединений без трещин.

Для определения механических свойств металла шва были изготовлены электроды со стержнями из проволоки Св.-10Х16Н25АМ6. Результаты испытаний приведены в таблице 5. Их анализ позволяет сделать следующие выводы. Электроды предложенного состава обеспечивают отсутствие трещин как в металле шва, так и в зоне термического влияния и уровень механических свойств, который превышает уровень механических свойств стали 17Г1С.

Таблица 5
Результаты испытаний электродов со стержнями из проволоки Св.-10X16H25AM6
Пространственное положениеМеханические свойства металла шваИспытания пробы Теккен
σt, МПаσb, МПаδ, %
Нижнее42059032трещин нет
Вертикальное39057032
Потолочное38057030

Таким образом, предложенный электрод позволяет получить во всех пространственных положениях качественное сварное соединение с необходимым уровнем механических свойств при сварке под водой низколегированной стали повышенной прочности без холодных трещин в зоне термического влияния и может быть рекомендован для применения при ремонте подводных трубопроводов.

Электрод для подводной сварки, который включает стержень из высоколегированной стали, и покрытие, содержащее рутиловый концентрат, полевой шпат, флюорит и ферросилиций, отличающийся тем, что значения никелевого и хромового эквивалентов стержня ограничены следующими величинами, мас.%:

Niэкв.19-32
Crэкв.21-33

а покрытие дополнительно содержит окись железа, магнезит металлургический и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

флюорит22,0-31,0
рутиловый концентрат22,0-37,0
окись железа15,0-31,0
полевой шпат8,0-13,0
магнезит металлургический4,0-9,0
ферросилиций0,5-2,0
карбоксиметилцеллюлоза1,5-2,0

при этом коэффициент массы покрытия составляет 22-25%.