Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)

Проанализированы современное состояние и существующие проблемы в области разработки материалов для сварки углеродистых и низколегированных сталей: покрытых электродов, проволок сплошного сечения и порошковых проволок. Рассмотрены перспективные технологии их применения, а также организационные и экон...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2011
Main Author:	Шлепаков, В.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Series:	Автоматическая сварка
Subjects:	Производственный раздел
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102914
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор) / В.Н. Шлепаков // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 31-35. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102914
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1029142025-02-23T17:19:55Z Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор) Advanced electrode materials and methods of electric arc fusion welding (Review) Шлепаков, В.Н. Производственный раздел Проанализированы современное состояние и существующие проблемы в области разработки материалов для сварки углеродистых и низколегированных сталей: покрытых электродов, проволок сплошного сечения и порошковых проволок. Рассмотрены перспективные технологии их применения, а также организационные и экономические аспекты производства и применения электродных материалов. State-of-the-art and existing problems in the field of development of materials for welding carbon and low-alloy steels are analyzed, namely: coated electrodes, solid and flux-cored wires. Challenging technologies of their application, and also organizing and economic aspects of production and application of electrode materials are considered. 2011 Article Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор) / В.Н. Шлепаков // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 31-35. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102914 621.791.75:669.14/15. ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Шлепаков, В.Н. Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор) Автоматическая сварка
description	Проанализированы современное состояние и существующие проблемы в области разработки материалов для сварки углеродистых и низколегированных сталей: покрытых электродов, проволок сплошного сечения и порошковых проволок. Рассмотрены перспективные технологии их применения, а также организационные и экономические аспекты производства и применения электродных материалов.
format	Article
author	Шлепаков, В.Н.
author_facet	Шлепаков, В.Н.
author_sort	Шлепаков, В.Н.
title	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)
title_short	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)
title_full	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)
title_fullStr	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)
title_full_unstemmed	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)
title_sort	современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (обзор)
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Производственный раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102914
citation_txt	Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор) / В.Н. Шлепаков // Автоматическая сварка. — 2011. — № 10 (702). — С. 31-35. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT šlepakovvn sovremennyeélektrodnyematerialyisposobyélektrodugovojsvarkiplavleniemobzor AT šlepakovvn advancedelectrodematerialsandmethodsofelectricarcfusionweldingreview
first_indexed	2025-11-24T02:13:19Z
last_indexed	2025-11-24T02:13:19Z
_version_	1849636053882765312
fulltext	УДК 621.791.75:669.14/15 СОВРЕМЕННЫЕ ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ (ОБЗОР)* В. Н. ШЛЕПАКОВ, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Проанализированы современное состояние и существующие проблемы в области разработки материалов для сварки углеродистых и низколегированных сталей: покрытых электродов, проволок сплошного сечения и порошковых проволок. Рассмотрены перспективные технологии их применения, а также организационные и экономические аспекты производства и применения электродных материалов. К л ю ч е в ы е с л о в а : электродуговая сварка, углеродис- тые и низколегированные стали, покрытые электроды, про- волоки сплошного сечения, порошковые проволоки Сварочное производство как часть мировой эко- номики, связанной с изготовлением металличес- ких конструкций, испытывает в последние годы существенное влияние спадов и подъемов в фи- нансовой и деловой активности. Предприятия и организации, сферой деятельности которых явля- ются изготовление и применение электродных ма- териалов для дуговой сварки плавлением, стре- мятся оперативно адаптироваться к динамично изменяющимся потребностям рынка. Производителям сварочных материалов для планирования и обеспечения устойчивого функ- ционирования предприятий важно опираться на статистические данные и прогнозы в отношении тенденций изменения потребностей рынка как в целом, так и по конкретно производимым мате- риалам с оценкой конкурентоспособности в каж- дой области их применения. Основную группу электродных материалов массового и специализированного назначения для сварки и наплавки составляют штучные покрытые электроды, проволоки сплошного сечения и по- рошковые проволоки. Механизированные и авто- матизированные процессы сварки проволоками предусматривают использование дополнительных присадочных и защитных материалов (флюс, газ), за исключением порошковых проволок. Общей тенденцией в изменении структуры производства и применения электродных материалов, особенно в развитых в экономическом отношении странах Юго-Восточной Азии (Япония, Южная Корея, КНР), Америки (США, Канада, Бразилия) и Ев- ропы (Великобритания, Германии, Франция, Ита- лия, Голландия и др.), является устойчивый рост использования материалов для механизированной и автоматизированной (включая роботизирован- ную) сварки. В последние годы в число разви- вающихся конкурентоспособных способов сварки плавлением вошли такие технологические процес- сы, как лазерная сварка и ряд гибридных и ком- бинированных процессов, что стало возможным благодаря бурному развитию микроэлектроники, а также применению современных систем авто- матического управления. Покрытые электроды. Штучные электроды с покрытием являются наиболее широко приме- няющимся электродным материалом, универсаль- ным с точки зрения организации процесса сварки в заводских и монтажных условиях. Обустройство сварочного поста требует небольших капиталь- ных вложений в оборудование, а расходы на элек- троды относительно невелики. К недостаткам, присущим процессу сварки штучными электродами, относятся невысокая производительность плавления, обусловленная низкой плотностью тока, потери части материала на огарки, а также зависимость качества сварки от квалификации сварщика. В то же время воз- можности регулирования сварочных свойств пу- тем изменения состава покрытия велики, что поз- воляет сохранять высокую конкурентоспособ- ность этого материала при механизированных способах сварки. Уровень технологии изготовления и поставки заказчикам электродов на ведущих предприятиях стран СНГ существенно вырос и приблизился к мировому по основным показателям. Решены воп- росы качества нанесения покрытия, стартового участка, маркировки, расфасовки и упаковки. Но- менклатура электродов остается относительно уз- кой. Отчасти это связано с объективными при- чинами состояния рынка потребления. Тем не менее, недостаточный выпуск электродов для сварки высокопрочных, нержавеющих и жароп- рочных сталей, никелевых, алюминиевых и мед- ных сплавов, чугуна и наплавки оставляет часть *По материалам сообщения, представленного на VI Меж- дународной конференции по сварочным материалам стран СНГ «Сварочные материалы. Разработка. Технология. Произ- водство. Качество. Конкурентоспособность» (Краснодар, 2011). — Краснодар, 2011. — С. 193–199. © В. Н. Шлепаков, 2011 10/2011 31 потенциального рынка свободным для закупок по импорту. При разработке электродов недостаточно ис- пользуются современные методы анализа и ис- следований, в частности компьютерное модели- рование с применением базы данных о матери- алах, изучение сенсорики процесса сварки со ста- тистической обработкой, достижения в области материаловедения, например опыт ряда зарубеж- ных фирм по нанесению на покрытие индикатор- ных меток, указывающих степень влажности или температуру прокалки, что важно для электродов с основным покрытием. Классификация покрытых электродов сближа- ется с международными стандартами (ISO 2560A, EN 757, EN 1600 и др.) по основным требованиям и признакам, облегчающим выбор нужного типа и марки электродов потребителями. Тенденции мирового рынка свидетельствуют о необходимос- ти увеличения объема информационного сопро- вождения. Кроме показателей механических свойств, хи- мического состава, содержания водорода и дан- ных по параметрам режимов для различных по- ложений сварки, необходимо приводить сведения о рентгеновской плотности, сопротивляемости об- разованию трещин, проплавлению основного ме- талла, разбрызгиванию, отделимости шлака, ха- рактеристикам сварочного аэрозоля и т. п. Более подробная информация в рекламных материалах и сопроводительной документации вызывает до- верие потребителей и снижает вероятность предъявления претензий, связанных с недостаточ- ной информированностью. Большую роль в стабильности производства покрытых электродов, как и других электродных материалов, играют формы организации эконо- мических связей с потребителями. Актуально сти- мулирование потребителей к применению совре- менных источников питания с обратной связью, позволяющих сварщику с держателя электрода дистанционно подстраивать параметры сварки. Проволоки сплошного сечения. В ведущих в экономическом отношении странах мира про- волоки сплошного сечения для электродуговой сварки составляют более половины всего произ- водства сварочных материалов. Области приме- нения по способу защиты зоны плавления раз- деляются на сварку в защитных газах и сварку под флюсом, по степени автоматизации — на ме- ханизированную (полуавтоматическую), автома- тическую и роботизированную. При разделении по классам свариваемого металла проволоки ис- пользуют преимущественно для сварки углеро- дистых и низколегированных, нержавеющих ста- лей, а также алюминиевых и титановых сплавов. Для достижения требуемых служебных свойств сварных соединений возможно регулирование по- казателей за счет состава не только проволоки, но и защитного материала (моногазы или смеси, агломерированные или плавленые флюсы). Плотность тока при сварке проволоками сплошного сечения существенно выше, чем штуч- ными электродами, что позволяет регулировать характеристики плавления в широких пределах, реализовать синергетические и комбинированные управляемые процессы для сварки различных ме- таллов и объектов применения. В частности, уп- равление переходом электродного металла в шов может обеспечить устойчивые характеристики при переносе с короткими замыканиями, капель- ном без замыканий, осевом струйном, пульсиру- ющем струйном или модульно-регулируемом по поверхностному натяжению капли металла. На основе использования современных физи- ческих и математических моделей, а также компь- ютерного моделирования процесса дуговой свар- ки плавлением созданы современные системы ис- точников питания полупроводникового и инвер- торного типов с программно управляемыми ха- рактеристиками электрических параметров, свя- занных прямым и обратным адаптивным управ- лением с механизмом подачи проволоки в зону плавления. Это позволило не только обеспечить надежность выполнения алгоритма сварки, но и существенно снизить энергозатраты, устранить влияние субъективного фактора. Рациональное, программно управляемое тепловложение в металл позволило достичь повышения значений свойств сварных соединений. Классификация сварочных проволок сплошно- го сечения представлена в группе международных стандартов на проволоки, защитный газ, флюс и их сочетания (EN 440, EN 439, EN 760, EN 12072 и др.). Здесь базовые показатели свойств соот- ветствуют методологии ISO (минимальное зна- чение предела текучести и фиксированная тем- пература испытаний с гарантированным значени- ем ударной вязкости). Существует расхождение с рядом националь- ных стандартов по градации и номенклатуре про- волок, газов и флюсов, что может создавать труд- ности с реализацией, в частности при поставке продукции на экспорт. Что касается форм намотки и упаковки (тре- бования европейского стандарта EN 759), то в этой части только передовые предприятия обес- печивают соблюдение требований международ- ных стандартов. В последние годы большое внимание уделя- ется состоянию проволоки при поставке (допуски, точность изготовления, намотки, состояние и ка- чество поверхности). По качеству омеднения или покрытия неомедненной проволоки имеются но- вые решения, позволяющие не только улучшить показатели применяемости при механизирован- 32 10/2011 ной и автоматической сварке, но и существенно уменьшить валовые выделения сварочного аэро- золя. Порошковые проволоки. Для применения по- рошковых проволок в большинстве случаев тре- буется такое же оборудование, как и для проволок сплошного сечения. Однако в первом случае име- ются определенные преимущества в технологич- ности, производительности и металлургической приспособляемости для сварки сталей широкой номенклатуры. В 1974 г. в британский стандарт впервые ввели порошковую проволоку с металлическим сердеч- ником (массовая доля неметаллических матери- алов не более 4 %). Сварочные порошковые про- волоки классифицированы европейскими стан- дартами (EN 758, EN 12073) и стандартами ISO (ISO 17632, ISO 18276, ISO 17633), введенными в действие в 2004–2005 гг. Не все национальные стандарты адаптированы к нововведениям, поэ- тому зачастую проволоки порошковые с метал- лическим сердечником классифицируют по стан- дартам на проволоку сплошного сечения. В производстве и применении порошковых проволок лидерство в последние годы сохраняют страны Юго-Восточной Азии (Япония, Южная Корея, КНР), где производство порошковых про- волок превышает выпуск штучных электродов и приближается по объему к проволокам сплошного сечения. В США, Франции, Великобритании, Гер- мании объемы применения порошковых проволок сравнялись с объемами ручной дуговой сварки покрытыми электродами за счет как развития соб- ственных производств, так и допуска на свои рын- ки производителей из Юго-Восточной Азии (Японии, Южной Кореи). Страны СНГ существенно отстают в этой об- ласти, что способствовало приходу на эту часть рынка продукции японских, южнокорейских и ря- да европейских производителей. К сожалению, подобная ситуация складывается и в сфере за- купки оборудования для механизированной и ав- томатизированной сварки. В структуре применения порошковых прово- лок основную долю составляют проволоки для сварки в защитных газах (порошковые проволоки с рутиловым, основным и металлическим сердеч- никами). Особую группу составляют самозащит- ные проволоки, позволяющие вести процесс свар- ки без дополнительной защиты газом или флю- сом, а потому наиболее приемлемые для свароч- но-монтажных работ. После бурного роста потребления порошковых проволок (особенно газозащитных) в 1970–1980-е годы зафиксирован временный спад, вызванный объективными причинами (большой диаметр, по- вышенное выделение дыма, недостаточный уро- вень показателей свойств). К 2000 г. вновь воз- росло потребление порошковых проволок благо- даря существенному повышению качества изго- товления, параметров свойств и применяемости для сварки сталей различных классов в отраслях промышленности и строительства. Что касается порошковых проволок для сварки под флюсом, то их область применения ограни- чена сваркой сталей высокой прочности, где они конкурируют с проволоками сплошного сечения. Большинство типов порошковой проволоки, в сравнении с проволоками сплошного сечения, обеспечивают лучшие технологические свойства (форму шва и провар соединения) и производи- тельность сварки. Среди монтажных способов автоматической сварки с применением порошковой проволоки следует выделить электрогазовую (сварку стыко- вых соединений с принудительным формирова- нием шва), которая по производительности и ка- честву превосходит конкурирующие способы. По способу изготовления порошковые прово- локи подразделяются на вальцованные (изготов- ленные путем формовки холоднокатаной ленты заданного размера в круглый профиль, заполня- емый порошковой смесью на промежуточной стадии формовки) и так называемые бесшовные, полученные путем заполнения агломерированным флюсом длинномерной трубной заготовки на спе- циальных вибростендах. В последние годы освоено заполнение трубной заготовки из ленты (штрипса) непосредственно перед сваркой продольного шва, выполняемой ла- зером или токами высокой частоты. Последую- щий процесс изготовления включает доформовку прокаткой и волочение по схеме, подобной при изготовлении проволоки сплошного сечения с применением промежуточных отжигов. Такая тех- нология позволяет достигать низкого содержания водорода в проволоке и наносить любые виды покрытия на поверхность. Для реализации данной технологии требуются значительные капиталовложения в оборудование и эксплуатационные расходы. В связи с этим сто- имость продукции повышается в среднем вдвое, по сравнению с проволокой вальцованной. Современные порошковые проволоки постав- ляются в готовом для применения виде (по стан- дарту EN 759) и пригодны для сварки с исполь- зованием серийного оборудования. Перспективные технологии применения электродных материалов. Среди интенсивно развивающихся новых технологий сварки синер- гетические системы имеют отношение ко всем электродным материалам. Задачи, способные ре- шать такие системы, включают мониторинг, сен- сорный контроль, моделирование и программи- рование электрических процессов, определяющих характер горения дуги, переноса электродного ме- 10/2011 33 талла, что позволяет оптимизировать процесс по сварочно-технологическим характеристикам, ра- ционально использовать энергию и повысить ка- чество сварных соединений. Для сварочных штучных электродов это вы- ражается в улучшении оперативных характерис- тик, существенном снижении влияния квалифи- кации сварщика, уменьшении разбрызгивания и уровня выделения сварочного аэрозоля. У меха- низированных и автоматизированных процессов сварки проволоками сплошного сечения и порош- ковыми возможности значительно шире благода- ря совместному управлению скоростью подачи проволоки и электрическими параметрами дуги. При двух- и многодуговом процессах сварки по- является возможность комбинирования характе- ристик плавления и переноса металла, что поз- воляет регулировать скорость сварки и путем ком- бинирования проволок достигать лучших свойств сварного соединения. Такие процессы реализуют- ся при использовании автоматической и роботи- зированной сварки. Из гибридных процессов наиболее эффективно развивается направление, в котором сочетаются процессы сварки лазерным лучом и порошковой проволокой или проволокой сплошного сечения в защитных газах. Объединение высоких значений проплавляющей способности лазерного луча и производительности плавления присадочного ма- териала в одной сварочной ванне позволяет про- ектировать форму и размеры сварного шва, на- иболее приемлемые для сварного соединения. При этом высокая ионизирующая способность лазер- ной плазмы повышает стабильность дугового раз- ряда и энерговложение на плавление электродной проволоки. По эффективности и адаптивности такой спо- соб превосходит известную сварку в узкий ще- левой зазор. К его недостаткам относятся повы- шенные требования к точности сборки соедине- ния и существенные затраты на оборудование. Ус- пешно реализован процесс сварки тандем в за- щитных газах (две проволоки в одну ванну), в котором взаимное магнитное влияние дуг элек- трически развязано благодаря использованию двух синхронизированных источников импуль- сного питания дуги. Современные миниатюрные электромеханические приводы позволяют значи- тельно облегчать аппаратуру для монтажной свар- ки и даже размещать механизм подачи проволоки в сварочной горелке, что вполне приемлемо при использовании проволок малого диаметра. Организационные и экономические аспек- ты производства и применения электродных материалов. Изготовление электродных матери- алов состоит из цепочки технологических про- цессов, включающих (укрупненно) подготовку сырья, изготовление заготовки продукции или компонентов заготовки, производство товарной продукции, ее обработку и упаковку, сопровож- даемых процедурами входного контроля (инс- пекции) — технологического и выходного (зак- лючительного), входящих в систему управления качеством продукции. Многие предприятия стран СНГ включают в состав производственных процессов операции, не свойственные базовой технологии изготовления товарной продукции. К их числу относят дроб- ление и помол компонентов, варку стекла из глы- бы, обработку и первичное волочение проволоки из катанки, продольный роспуск рулонов ленты на полосы и т. п., перенося ответственность за риск потерь, затраты на охрану труда и экологию на основное производство. Современные производства в развитых странах работают по принципу специализации с исполь- зованием полностью подготовленных по требо- ваниям изготовителя электродных, сырьевых и вспомогательных материалов, а также комплек- тующих, получаемых на основе календарных и долгосрочных договоров с предприятиями-пос- тавщиками. В мировой практике поставщики охотно идут на заключение таких договоров не- посредственно или через дочерние предприятия (если необходимо доведение сырья до требуемых кондиций). Мнение о том, что при обработке на месте уменьшаются затраты, давно опровергнуто международной практикой. Проектирование построения экономических отношений эффективно на основе фьючерсов с четким отслеживанием тенденций мирового рын- ка. Развитие и совершенствование управления де- ятельностью предприятий с современной систе- мой использования информационных технологий должны заменить устаревшую систему заказ–пос- тавка. Японские экономисты, связанные с рынком то- варов и услуг сварочного производства, считают приоритетным перевод экономических отноше- ний на новый уровень посредством создания ус- тойчивых триад производитель–дилер–потреби- тель, позволяющих устанавливать справедливую цену и распределение доходов. Это следует учи- тывать, особенно в условиях перехода прав соб- ственности и управления заводами сварочных ма- териалов на территории стран СНГ к ведущим зарубежным фирмам и существенного обострения конкуренции по всей номенклатуре производимой продукции. Определенную тревогу вызывают низкий уро- вень технического оснащения сварочного произ- водства и засилие устаревших технологий. В этом плане изготовителям сварочных материалов для всех способов дуговой сварки целесообразно ори- ентироваться на использование новейших дости- жений в технике и технологии, отслеживая си- 34 10/2011 туацию и стимулируя потребителей также к пе- реходу на современный уровень оснащенности. В решении возникающих проблем не следует полагаться только на собственный опыт, обраще- ние к печатным техническим и рекламным из- даниям. Квалифицированную помощь можно получить у специалистов ведущих научно-иссле- довательских и конструкторско-технологических институтов, особенно по таким вопросам, как обоснованный выбор решения, анализ причин воз- никновения проблем и поиск пути их устранения, повышение квалификации персонала, оценка пер- спективности инноваций и т. п. В мире бурно раз- вивающихся информационных технологий следует использовать все имеющиеся возможности. State-of-the-art and existing problems in the field of development of materials for welding carbon and low-alloy steels are analyzed, namely: coated electrodes, solid and flux-cored wires. Challenging technologies of their application, and also organizing and economic aspects of production and application of electrode materials are considered. Поступила в редакцию 05.08.2011 TECHNOСВАРКА 2011 — 6-я СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СВАРКИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ 07–09 .12 .2011 г. Казань, Россия Организатор: ОАО «Казанская ярмарка» При поддержке: Министерства промышленности и торговли РТ, Ассоциации предприятий и предпринимателей РТ, Мерии города Казани В программе выставки Научно-практическая конференция, круглые столы, презентации компаний, демонстрация дейст- вующих образцов оборудования. Встречи с представителями предприятий, установление новых дело- вых связей, обмен опытом по актуальным вопросам, заключение соглашений и договоров. Экспозиция выставки • Оборудование и технологии для сварки и термической резки металлов • Оборудование для обработки поверхности • Сварочные материалы, принадлежности, комплектующие изделия • Оборудование и технологии для пайки • Автоматизация сварочных производственных и технологических процессов, программное обеспечение • Научное и информационное обеспечение • Реновация сварочного оборудования • Техническая диагностика • Электронно-лучевая, лазерная, плазменная сварка и резка • Оборудование и технологии для обработки поверхностей • Оборудование для орбитальной сварки и обработки труб • Спецодежда и средства индивидуальной защиты • Контроль качества сварных соединений, основных и сварочных материалов • Охрана труда и экологическая безопасность в сварочном производстве 10/2011 35

Современные электродные материалы и способы электродуговой сварки плавлением (Обзор)

Institution

Similar Items